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• Ana Torres Morales

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• Mecánica de fractura
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• Fatiga (material)
• Plasticidad (Física)
• Ingeniería mecánica

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INTRODUCCIÓN

El planeta Tierra está en constante movimiento y los cambios geológicos suceden cada día y en cada momento, sin embargo, normalmente

tienen

lugar

prácticamente

de

forma

imperceptible. Todo terreno experimenta deformaciones cuando se somete a condiciones de carga u otros. El análisis de deformación de los suelos es bastante complejo, debido a las reacciones que ocurren en él. En el presente trabajo se analizan los factores y mecanismos por los cuales ocurren algunas de las fallas en estructuras, las cuales a la misma vez son ocasionadas por alteraciones en el terreno; como hundimientos y levantamientos del terreno, evaporación del agua del terreno entre otras.

FUNDAMENTO TEÓRICO Una estructura de concreto puede presentar anomalías, debido a muy diversas causas. El tema es muy amplio y en él se podría profundizar

con muy pocas probabilidades de agotarlo. En el presente trabajo, se tratará de resumir (si es que puedan considerarse como resumibles), algunos importantes puntos que participan en la problemática general del tema. Actualmente cuando se proyecta y construye una estructura de concreto, generalmente el ingeniero tiene, por lo menos, en la mente tanto la funcionalidad de la obra; como una durabilidad un tanto indefinida si se midiera en años pero que llamaremos “adecuada”; una

razonable

conservación

y

reparaciones

que

deben

ser

cuidadosamente tomadas en cuenta, y todo esto enmarcado en un costo total y tiempo de construcción mínimos y generalmente ajustados a un proceso de licitación o cuando menos a un examen comparativo con la competencia. De acuerdo con la información estadística que se maneja, la cual se encuentra sujeta a muchas variables, posiblemente pudiera reducirse a los porcentajes aproximados siguientes, en cuanto a las causas que provocan lo que pudiera definirse como “falla” en estructuras de concreto de edificios, lo que pudiera considerarse como la media europea, se aproxima a los siguientes porcentajes, para una clasificación como la que sigue: Falla atribuible a:  De 40 a 45% Proyecto.  De 20 a 25% Ejecución.  De 10 a 15% Materiales.  Restante Uso indebido y diversos. Y con respecto al tiempo de aparición de fallas, podríamos considerar los porcentajes:

Aparición de la falla:  45% de los fallos aparecen durante la construcción. 2

 17% de los fallos aparecen durante el plazo de garantía.  37% de los fallos aparecen entre los 7 y los 10 años.  Max 1% de los fallos aparece después de los 20 años. Como es de suponerse, en los valores anteriores no se encuentra considerada el tipo de falla ocasionada por eventos tales como un sismo. Por ello es importante diferenciar, después de la presencia de un evento de esa naturaleza entre las fallas que ya pudiesen existir y las fallas que han aparecido debido al fenómeno de la naturaleza, así como las fallas ya existentes pero que pudiesen haberse acentuado. Puede considerarse que las fisuras son los tipos de falla que con mayor frecuencia aparecen en las construcciones de concreto, por lo que muchos investigadores, tanto en forma individual o como parte de diversas agrupaciones o agencias, han tratado de “catalogar” los diferentes tipos de agrietamiento, y se ha establecido una especie de lenguaje, un tanto convencional, para designarlas. Así se hace una diferenciación entre “fisura” y “grieta” basándose en el ancho de la abertura, pero variando un tanto el valor límite entre ellas. Para muchos investigadores la diferencia consiste en si la abertura es mayor o menor a 2 mm. Así mismo la clasificación se refiere a grietas “vivas” o “muertas” en referencia a si ya se han estabilizado o continúa su proceso de formación. Una manera de catalogar el agrietamiento que aparece en una estructura de concreto, se relaciona con la forma y ubicación de la grieta misma, por lo que generalmente se complementa con fotografías o bien con dibujos. Existen diversas situaciones debido a las cuales se pueden presentar condiciones patológicas en una estructura de concreto, y en una forma resumida se trata el problema en este pequeño trabajo, ya que el tema puede tener muy diversos enfoques en los cuales se pudiese llegar a profundizar hasta formar todo un tratado, y aún así sería discutible si se encuentra completo.

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Dentro de la brevedad de este escrito, se tratará de simplificar un problema complejo, con la finalidad de obtener algunas conclusiones de tipo práctico. Cuando se presentan situaciones de emergencia en la ciudad, debidas a un sismo, los ingenieros civiles, independientemente del área a la que nos dediquemos dentro de nuestra actividad cotidiana, sentimos un llamado a colaborar en alguna forma con nuestros semejantes.

ANÁLISIS DE FALLAS ESTRUCTURALES 1. MECANISMO DE FALLA Es el proceso o secuencia que ocurre en el elemento estructural cuando falla. Puede haber un solo mecanismo de falla o varios que se acopien. Ejemplo: Mecanismo de pandeo, mecanismo de fractura, etc. 2. MODO DE FALLA Es la configuración (de forma geométrica) que adopta el elemento estructural cuando falla. Ejemplo: Modo II de fractura, modo local de pandeo. 3. PARÁMETRO CRÍTICO Es un indicador asociado a la falla. Se usan indicadores como la tensión, la deformación, desplazamiento, carga, numero de ciclos de carga, energía, etc. Ejemplo: número de ciclos de fatiga, carga crítica de pandeo. 4. CRITERIOS DE FALLA Permiten predecir el modo de falla. Ejemplo:

criterios

de

plasticidad

de

Von

Mises,

criterio

energético de estabilidad.

MODOS

DE

FALLA

ESTRUCTURALES 4

MÁS

FRECUENTE

EN

ELEMENTOS

Los modos de falla más comunes y más frecuentes en los elementos estructurales son las siguientes:  Plasticidad  Fractura  Fatiga  Desplazamiento  Corrosión 1. PLASTICIDAD Manifestación:

aparición

de

algunos

mecanismos,

grandes

deformaciones son posibles. Origen: estructura microscópica (deslizamiento de cristales). Plasticidad local: redistribución de tensiones a zonas con menores tensiones. Factores que influyen: procesos de carga y/o descarga, ritmo de carga, estados multiaxiales y elevadas temperaturas. 2. FRACTURA Manifestación: el elemento se rompe antes de tener deformaciones grandes. Origen:

defectos

locales

del

elemento

estructural

a

nivel

microscópico. Modo de falla: iniciación de superficies interiores, separación de la estructura en partes. Factores que influyen: bajas temperaturas, cargas dinámicas, capacidad del material para absorber energía. 3. FATIGA Manifestación: Fractura progresiva. Causa: Estados tensiónales repetidos o cíclicos. Falla sin aviso previo visual. Factores que influyen: concentración de tensiones, cambios abruptos de sección, fisuras, etc. 5

Caracterización: Número de ciclos límite, resistencia a la fatiga. 4. DESPAZAMIENTOS INSTANTÁNEOS Origen: esbeltez del objeto estructural. Modo 1: Desplazamientos grandes con equilibrio estable. Modo 2: Pandeo (equilibrio inestable), falla en la forma estructural. No se consideran aquí fallas por modos de pandeo, que están dominados por la geometría y no por el material. Modo 3: Vibraciones Consecuencias: Ruido, golpes entre partes que se mueven, grandes desplazamientos transitorios. Modelos: constitutivas elásticas, cinemáticas no lineales. Reducción

de

desplazamientos:

modificación

de

la

forma,

redimensionar secciones. No influye tanto cambiar el material. Factores que influyen: relaciones geométricas. Consecuencias:

problemas

operativos,

colapso,

inseguridad

del

usuario. 5. CORROSIÓN Manifestación: Pérdida de material en el espesor de un elemento. Reducción de dimensiones de una sección. Origen: acción química o ambiental. Factores que influyen: agresividad del medio. Cambios en el material pueden modificar el modo de falla. Ejemplo: reforzar un puente con material compuesto reforzado con fibras puede cambiar un modo de falla flexional por una en compresión, que es más frágil.

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FALLAS EN LAS ESTRUCTURAS En un gran número de calles de la Urb. Santa Victoria podemos apreciar por estos días que la mayor parte de pistas se encuentran en un mal estado por lo que se han empezado a realizar trabajos de mejoramiento de pavimentos. Por ejemplo en la Calle Los Geranios y la Av. Pacasmayo observamos la presente falla en pavimentos; los motivos por los que se producen son varios entre ellos encontramos hundimientos pequeños o agrietamientos profundos en la carpeta de rodamiento, esto debido a que existe la aplicación de una sobrecarga a la estructura. Además, en esta parte de Chiclayo, las últimas precipitaciones fluviales han mermado la resistencia de las pistas, sufriendo principalmente un problema de filtración de agua a las capas más superficiales del pavimento originalmente construido.

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La longitud de la falla divisada en la fotografía se estima en unos 2.50 m, mientras que la profundidad del hundimiento en unos 20 cm.

TIPOS DE FALLAS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS Y FLEXIBLES Se pueden presentar los siguientes tipos de fallas:  FALLAS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS

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

Levantamiento de Losas



Fisuras de esquina



Figuración en D



Desplazamientos verticales diferenciales (escalonamiento)



Daños en el sellado de juntas



Fisura longitudinal



Bombeo de Finos



Punzonamiento



Reactividad álcali-árido



Fisuras en forma de mapa



Desportilladuras en juntas y fisuras



Fisuras transversales y diagonales

 FALLAS EN PAVIMENTOS FLEXIBLES  Piel de cocodrilo  Exudación  Fisuras en bloque  Fisuras longitudinales  Desprendimientos y peladuras  Ahuellamiento  Fisuras Transversales  Fisuras reflejadas Algunas estructuras también sufren fallas en algunas ocasionas por causas de levantamientos del suelo, como es el caso de esta vereda ubicada en la calle Los Mirtos de la Urb. Santa Victoria. Aquí el motivo principal podría deberse a que cerca de la vereda encontramos muchos árboles aledaños a ésta y a veces por no considerarse el crecimiento de sus raíces se puede originar problemas de este tipo. Es este caso el crecimiento de las raíces ha provocado un desplazamiento uniforme de la estructura hacia la parte superior de unos 8cm lo que podría originar más adelante posibles fisuras o agrietamientos en ella.

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Por

otra parte las fisuras o agrietamientos en la mayor parte de estructuras tienen su origen en un mal diseño de cimentaciones como también en temblores o terremotos. En esta Iglesia Evangélica ubicada en la cuadra 16 de la Av. Los Amautas vemos como se ha fisurado la construcción pero no podemos determinar a ciencia cierta cuál ha sido el motivo de esta falla en la edificación.

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FISURA AL COMIENZO DE LA PARED

FISURA A LA MITAD DE LA PARED

Las siguientes imágenes muestran una gran cantidad de fallas en las veredas que están ubicadas en la Av. Los Incas del distrito de La Victoria, en estos casos tal vez han ocurrido un incorrecto estudio de suelos como también se ha podido llevar a cabo de forma incorrecta el proceso constructivo de la estructura (en este caso las veredas). En las primeras fotografías se muestra un agrietamiento severo debido a que ha ocurrido un levantamiento del suelo y en las demás observamos fisuras pequeñas.

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En la ciudad de Lambayeque por ejemplo hemos podido apreciar que algunas veredas no han sufrido daños por una incorrecta ejecución de la obra ni por infiltración de agua producto de las lluvias; sino más bien a que debido a los distintos trabajos de mejoramientos en los pavimentos de las distintas calles de la ciudad se ha afectado considerablemente a algunas calzadas de las calles como podemos divisar en las siguientes fotografías.

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Las edificaciones antiguas también sufren daños en su mayoría de veces por la cantidad de años a la que ha estado al servicio de la comunidad, un ejemplo de esto es la Casa Montjoy, lugar histórico donde se proclamo la primera independencia de una provincia en el Perú como lo es Lambayeque. Aquí por ejemplo hemos notado que el nivel del piso a la entrada de la casa ha tomado una ligera pendiente lo que nos haría pensar que en el transcurrir de estos años esta casona ha sufrido un asentamiento de unos cuantos centímetros respecto al nivel que ha deber tenido en los primeros años de su construcción.

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En nuestra universidad también encontramos algunos defectos en algunas estructuras, como por ejemplo cuando la mayoría de nosotros ha ido a jugar a las plataformas deportivas vemos que una de ellas está totalmente destruida. Al parecer lo que sucedió es que no se pudo prever que en aquel lugar existía crecimiento de vegetación en gran medida lo que conllevo a traer abajo la pequeña losa deportiva.

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Siguiendo el recorrido por los rincones de nuestra universidad encontramos también defectos en la construcción que esta limítrofe a la universidad, en este caso Max Salud. En nuestra opinión se ha hecho un estudio de suelos poco profundo además que en esta zona ha contribuido la infiltración de agua en el lugar de emplazamiento del centro de salud mencionado. Por lo que observamos en las imágenes la estructura se ha levantado más de unos 10cm respecto al nivel original establecido en el proyecto. 15

LADO CONTIGUO DE MAX SALUD CON LA UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO (ESPALDAS DEL CENTRO DE SALUD) 16

Entre las facultades de Derecho y Enfermería de nuestra Universidad encontramos esta estructura fallida, producto del levantamiento del suelo, se cree que ha sucedido a causa de no haber hacho un estudio minucioso del suelo ya que se ha ejecutado en un suelo superficial.

LEVANTAMIENTO DE UNA ACERA

Entre las mismas facultades de Enfermería y Derecho también se puede apreciar una falla estructural que no permite la utilización del ambiente que se muestra en la fotografía. En ella podemos apreciar el levantamiento de una cimentación la cual a causado algunas fisuras en la estructura, también se cree este desperfecto se debe al poco estudio del suelo para edificar, esta estructura no se ha ejecutado sobre un suelo afirmado y no se ha tenido en cuenta la infiltración del agua de los riegos que se realizan a las plantas de su alrededor. Otro factor que probablemente ha causado daños perjudiciales en la edificación son las sales que presenta el suelo donde se ha emplazado la obra, ya que como podemos apreciar en la parte inferior de la imagen de a pocos se empieza a notar un estado de corrosión que paulatinamente puede ocasionar un agrietamiento severo en el elemento construido.

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LEVANTAMIENTO DE UNA CIMENTACIÓN (2 A 5 cm)

Aquí apreciamos otro tipo de falla que es por lo general común observar en las edificaciones de nuestra zona. En las entrada a la piscina municipal de Lambayeque podemos apreciar esta estructura que ha quedado separada del suelo, literalmente casi volando, creemos que esto ha sucedido a causa una mala elección de la cimentación correcta para este tipo de obras o tal vez por una mala ejecución en los trabajos de la misma. Está separado un promedio de 40 cm en el vértice del lado derecho y 10 cm en el vértice del lado izquierdo.

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ASENTAMIENTO DEL SUELO

ASENTAMIENTO DE EDIFICIO La residencial Leguía está compuesta por cuatro bloques que conforman un rectángulo. En el bloque que conforman los edificios del 10 al 13, se pudo notar un asentamiento de un edificio que conforma este bloque.

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ASENTAMIENTO Edificio 12

Edificios a un nivel normal

Una imagen en planta del edificio 12 y 13 vemos la diferencia entre uno y otro.

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Notamos que mientras un suelo tiene en su superficie jardín (edificio 13) el otro está compuesto de arena con superficie seca. Una foto de la arena del lugar:

Lo interesante de este material es que al ejercerle presión con la mano no la pude aplastar el suelo. Cuando se ejerció presión en el jardín se pudo aplastar el suelo. Aunque la prueba es muy empírica nos hace ver el que el suelo del edificio 12 se ha consolidado.

Posibles Causas

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Debido a la carga que el edificio 12 ejerció en el terreno fue mayor a su resistencia el suelo se asentó lo que originó una consolidación en el suelo. Evidentemente esto no ocurrió en el edificio 13. El asentamiento quizás fue debido a una sobrecarga del edificio 12 por distintos motivos como: Sobrepoblación de los departamentos diseñados para 5 personas, aumento de carga muerta, etc.

Estas fotos se ubican en la universidad Pedro Ruiz Gallo, a espaldas de las facultades FICSA y FIQUIA, en ellas se observa como el suelo ha sido lavado y ha terminado por producirse un hundimiento en esta parte de la universidad, afectando a diversas infraestructuras como: falsear el cerco perimétrico, dañar la edificación dedicada para el estudio ubicada en la 22

facultad FICSA (situada al frente de OAP), afectar postes de alumbrado entre otras estructuras.

Los principales motivos por los que ha podido suceder lo descrito son varios; como sabemos el suelo tiene una constante de permeabilidad que es la capacidad de tiene de dejar pasar el agua, el paso de excesiva agua a manera de filtraciones por los suelos en las cuales han sido construidas estas obras civiles, ha generado el 23

lavado de los suelos por arrastre de partículas de un suelo a una estructura de drenaje.

Teniendo como base lo antes expuesto en páginas anteriores podemos decir que los suelos han sido erosionados, lo cual ha producido estas fallas las cuales se pueden divisar en las siguientes fotografías tomadas in situ. 24

En esta foto se muestra una falla, producida por la vegetación; en este caso la vegetación ha producido un efecto de levantamiento del suelo a causa de los esfuerzos normales por compresión. El esfuerzo se produce al momento del crecimiento de las raíces de la vegetación.

En el primer caso el área afectada es de 3.64x1485m 2, y ha sufrido un levantamiento de 4.8 cm. En el segundo el área afectada es de 3m 2 aproximadamente, y ha sufrido un levantamiento máximo de 12.3 cm.

Los estragos que originan los suelos salinos, son muy evidentes en las estructuras. Las eflorescencia salina se muestra como manchas en forma de espuma, pelusas o polvillo blanco a la que llamamos salitre, y es producto de la humedad que ingresa a las paredes y ladrillos que luego cuando se evapora arrastra las sales solubles a la superficie exterior, no solo afectando estéticamente, sino también 25

atacando y destruyendo lentamente el revoque, los ladrillos, las estructuras y por supuesto la pintura y recubrimientos, los cuales son empujados por el salitre terminando por desprenderse.

Las siguientes fotografías se ubican al lado del cruce de la Av. Lora y Lora con Av.

Fernando Belaunde en la ciudad de Chiclayo. La zona afectada

acapara más de dos cuadras en la Av. Lora y Lora; las posibles filtraciones de una tubería de desagüe en deterioro pueden haber producido el lavado de los suelos. El desencadenamiento de esto en el suelo ha provocado la 26

formación de cavernas subterráneas que al no soportar más han cedido. Los diámetros de las fallas son 3.63m y 2.46m y la profundidad calculada aproximadamente es de 2.61m Pero esta no la primera vez que sucede esto, ya que por lo que podemos apreciar x estos días es que se están iniciando los procesos de solución de esta vía, en la segunda foto se ve ya el corte realizado para la subsanación de la calle.

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En esta figura se nota el asentamiento de una estructura, y el mismo problema existe en casi toda esta cuadra, la altura del asentamiento promedio se ha calculado que es de 9.4 cm. Esta falla posiblemente se ha producido por el mal cálculo de la capacidad portante del suelo.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS LINKOGRAFÍA  http://www.slideshare.net/iupsmpzo/fallas-tcnicas-de-las-construccin  http://www.monografias.com/trabajos5/pav/pav.shtml  http://es.scribd.com/doc/20603136/Guia-de-Fallas-de-PavimentoRigido-y-Flexible-Soluciones

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