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• Liz Zarate

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Análisis Estructural

FALLAS ESTRUCTURALES PRESENTADO POR:

¿Qué es una falla estructural? Es una anomalía, irregularidad, deterioro o cambio brusco en la configuración inicial que haya sufrido una construcción (edificio, armadura, casa, o cualquier otro tipo de obra civil).

También puede estar asociado a los siguientes significados…. ➢ Desprendimiento o aplastamiento de los recubrimientos en cualquier parte de la estructura ➢ Pandeos en cualquier componente de una estructura ➢ Grietas en elementos estructurales hechos con materiales frágiles ➢ Disminución de las dimensiones originales por efectos de corrosión ➢ Desplazamientos excesivos en cualquier componente de un sistema estructural ➢ Cualquier defecto en un sistema estructural, aunque no afecte directamente la estabilidad, resistencia, comportamiento, o inclusive que su apariencia no sea alarmante pero sí observable a simple vista.

En general una estructura puede fallar debido a…

■ POR FALLO DE LOS MATERIALES (FATIGA ELÁSTICA, MALA ELECCIÓN). ■ POR FALLO EN EL DISEÑO (ERRORES DE CÁLCULO, DE DIBUJO). ■ POR FACTORES INCONTROLABLES (VIENTOS HURACANADOS, INUNDACIONES, SOBRECARGAS, TERREMOTOS, ATAQUES TERRORISTAS ETC.)

NO SISMICAS

TIPOS DE FALLAS SISMICAS

NO SISMICAS a) Fallas atribuibles a una deficiente concepción estructural. b) Fallas debidas a un mal diseño o detallado estructural c) Fallas en el sistema de cimentación d) Fallas por modificaciones y/o reparaciones posteriores e) Fallas de tipo constructivo

■ Fallas atribuibles a una deficiente concepción estructural. ➢ Carencia de refuerzo en huecos de muros o de losas ➢ Deficiente sistema de refuerzo de muros o mochetas ➢ Falla estructural de losas por falta de elementos de rigidez

Grieta en hueco de ventana producto de carencia de refuerzo en huecos de muros o de losas.

Grieta en extremo de muro producto de deficiente sistema de refuerzo de muros o mochetas

■ b) Fallas debidas a un mal diseño o detallado estructural Deslizamiento de losas inclinadas Falta de anclaje de trabes o cerramientos Falta de anclaje o de refuerzo en muros Fallas por cambios volumétricos debidos a efectos de temperatura

■ Fallas en el sistema de cimentación ➢ Asentamientos por deficiente compactación de la plataforma ➢ Movimientos diferenciales por falta de espesor adecuado de la plataforma o por expansividad del suelo. ➢ Intemperización de las plataformas

Fallas por modificaciones y/o reparaciones posteriores Eliminación de elementos estructurales Deficientes reparaciones

Fallas de tipo constructivo ➢ Deficiente colado ➢ Deficiente unión de piezas de mampostería ➢ Deficiente detallado de las juntas constructivas ➢ Concreto contaminado ➢ Deficiente colocación de ductos ➢ Deficiente colocación de refuerzos en muros

SISMICAS a)Falla por la inadecuada resistencia al cortante de los entrepisos debido a la escasez de elementos tales como columnas y muros.

■ 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. De esta forma, es necesaria un área transversal de muros y/o columnas suficientes para resistir adecuadamente las fuerzas cortantes inducidas por el sismo.

Antes y después del sismo del 28 de julio de 1957 en México

Hotel Saada antes y después del sismo de Agadir

Restaurant La Réserve antes y después del sismo de Agadir

b) Falla frágil de cortante y tensión diagonal en columnas o en vigas

■ Es muy importante que las edificaciones cuenten con una capacidad de deformación suficiente para soportar adecuadamente la solicitación sísmica sin desmeritar, obviamente, su resistencia. Cuando la respuesta sísmica de la edificación es dúctil, se presentan elevadas deformaciones en compresión debidas a efectos combinados de fuerza axial y momento flector. ■ Con solo colocar refuerzo transversal estrechamente separado y bien detallado en la región de la rótula plástica potencial, puede evitarse que el concreto se astille seguido del pandeo por inestabilidad del refuerzo a compresión. Esto implica el detallado de las secciones para evitar una falla frágil y proporcionar suficiente ductilidad.

El efecto combinado de carga axial y momento flexionante sobre columna sin y con refuerzo transversal.

Falla por tensión diagonal en columnas con estribos

Desintegración total de columna de planta baja

Falla por tensión diagonal producida por cortante en vigas

c) Falla por adherencia del bloque de unión en las conexiones vigacolumna debida al deslizamiento de las varillas ancladas o a falla de cortante.

■ Con frecuencia, en las conexiones entre los distintos elementos estructurales se presentan elevadas concentraciones y complejas condiciones de esfuerzos, mismos que han conducido a distintos y numerosos casos de falla especialmente en las uniones entre muros y losas de estructuras a base de paneles, entre vigas y columnas en estructuras de marcos, entre columnas y losas planas, y entre columnas y cimentaciones.

Desconchamiento del concreto en unión vigacolumna

Falla en unión viga-columna por escasez de anclaje en la conexión de la columna con el sistema de piso

d) Falla frágil de esfuerzos en muros de cortante, sin o con aberturas, solos o acoplados.

■ En los proyectos estructurales, los muros de cortante son destinados a resistir principalmente los esfuerzos producto de las fuerzas horizontales sísmicas. Ante esta solicitación, las fallas que suelen presentarse son en su unión con los sistemas de piso, por cortante horizontal o vertical, y por vuelco. ■ Sin un diseño adecuado para los niveles de ductilidad a flexión y a cortante esperados ante sismos intensos, se pueden presentar fallas por flexión o por cortante en muros estructurales que constituyen la resistencia primaria a fuerzas laterales de edificios.

Vista de la fachada del Centro Médico Indian Hills

Acercamiento de daños en muro de cortante de la figura anterior

Grieta y desconchamiento del concreto en muro de cortante y acercamiento del daño del edificio del Hospital Holy Cross

Daños en fachada norte del edificio Mt. McKinley

e) Falla por vibración torsional causada por la falta de coincidencia en planta del centro de masas con el centro de rigidez.

■ La asimetría en la distribución en planta de los elementos estructurales resistentes de un edificio causa una vibración torsional ante la acción sísmica y genera fuerzas elevadas en elementos de la periferia del edificio. ■ La vibración torsional ocurre cuando el centro de masa de un edificio no coincide con su centro de rigidez, como podemos ver en la siguiente figura.

Vibración torsional causada por la falta de coincidencia entre el centro de masa y el centro de rigidez

Daño por vibración torsional en columna perimetral

f) Falla por punzonamiento de la losa de edificios construidos a base de losas planas.

■ Otro caso de falla de conexión se presenta en edificios de losas planas y se debe a una falla de punzonamiento producida por los elevados esfuerzos cortantes. En este tipo de falla, los sistemas de piso quedan sin apoyo dando lugar a un colapso total de los mismos manteniéndose de pie solo las columnas. ■ Las fallas en las conexiones generalmente son frágiles, por lo que estas zonas deben protegerse con especial cuidado y diseñarse detalladamente.

Falla de un edificio a base de losas planas por punzonamiento de losa

g) Falla por variación brusca de la rigidez a lo largo de la altura del edificio.

■ Con frecuencia las plantas bajas de los edificios se construyen dejando el mayor espacio posible para permitir el paso o estacionamiento vehicular, mientras que los niveles superiores se construyen mediante sistemas de marco-muro, estando este último la mayoría de las veces confinado por el marco proporcionándoles a los pisos superiores una mucho mayor rigidez que la de planta baja.

Falla en planta débil de edificio

Columna de esquina severamente dañada

Vista del daño general en columnas de primer nivel

Evidencia de la concentración de daño en piso débil

h) Falla por golpeteo entre edificios.

■ Si no existe una separación suficiente entre edificios adyacentes, su manera distinta de vibrar ante la solicitación sísmica conduce al golpeteo entre ellos produciéndoles severos daños. Este tipo de falla puede ser más grave cuando los cuerpos adyacentes no coinciden en la altura de sus entrepisos, ya que las losas de uno pueden golpear las partes intermedias de las columnas del otro.

Falla por golpeteo en la junta entre edificios adyacentes

Falla debida al golpeteo entre edificios adyacentes que no coinciden en altura sus entrepisos

i) Falla en columnas de pisos superiores por la amplificación de los desplazamientos en la cúspide de los edificios.

■ Al propagarse las vibraciones inducidas por el 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 a partir de determinada altura. ■ Este fenómeno es conocido como resonancia local o chicoteo. Algunos autores atribuyen este tipo de colapso a la unión de concreto nuevo con viejo tras la interrupción del colado durante el proceso constructivo.

Colapso de los niveles superiores de un edificio de 11 pisos

j) Falla frágil en esfuerzos de cortante en columnas acortadas por el efecto restrictivo al desplazamiento causando 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, mismas que tienden a fallar frágilmente por cortante. ■ La siguiente figura ilustra la forma en que los muros divisorios adosados a la columna restringen a ésta hasta dónde llega la altura de ellos. Esto conduce a que la porción libre de la columna adquiera mucho mayor rigidez en comparación de las demás columnas del mismo piso, que no están confinadas ni restringidas, en ninguno de sus lados, por elementos no estructurales, generándose así elevados esfuerzos de corte en la columna corta dando lugar a consecuencias desastrosas.

Ante la insuficiente ductilidad de la columna acortada, la falla se genera por tensión diagonal producida por elevados esfuerzos cortantes y es más frágil respecto a la de las columnas no restringidas parcialmente debido a que su longitud deformable es mucho menor. Esta situación puede evitarse si se deja suficiente separación entre la columna y el muro de relleno para que así ésta se deforme libremente durante la solicitación sísmica.

Falla por tensión diagonal en columna acortada por antepechos

Falla por incremento de fuerza cortante en columna corta