Fallas Clasicas en Estructuras

COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE QUINTANA ROO ZONA NORTE A.C.

CURSO

FALLAS CLÁSICAS EN ESTRUCTURAS DE ACERO Y DE CONCRETO “Problemática y Soluciones”

M.I. David Pérez Navarrete

Duración: 4 horas (10:00 a 14:00 horas)

Fecha: 30 de noviembre de 2002

FALLAS CLÁSICAS EN ESTRUCTURAS DE ACERO Y CONCRETO

David Pérez Navarrete UNIVERSIDAD DEL MAYAB Facultad de Ingeniería Carretera Mérida-Progreso Km 15.5 Yucatán, México. Tel. (999) 942 4876

INTRODUCCIÓN En el área de la ingeniería civil es muy frecuente encontrar anomalías durante la construcción y funcionamiento de alguna obra civil. Esta anomalía, irregularidad, deterioro o cambio brusco en la configuración inicial que haya sufrido una construcción (edificio, armadura, casa, nave industria l o cualquier otro tipo de obra civil), la denominaremos por ahora y hasta no profundizar en su estudio, como “Falla Estructural”. La presencia de fallas estructurales en la ingeniería civil data de hace miles de años, seguramente desde las primeras obras hechas por el hombre y antes de que se pudiera definir una rama especializada para el estudio de éstas. Es muy frecuente encontrar una infinidad de estas fallas que por ser de muy poco impacto visual o estructural no se les analiza y profundiza en su estudio. Además, uno de los mayores inconvenientes que existen para el desarrollo de este tipo de actividad (elaboración de peritajes estructurales) es la muy escasa información y la poca bibliografía que existe para el ejercicio de la misma, así como la acentuada escasez de expertos estructurales debidamente capacitados para efectuar los peritajes. En el presente trabajo se discuten algunos tipos de colapsos de estructuras así como también algunos tipos de grietas clásicas en elementos de concreto. Seguidamente se presentan algunas recomendaciones a seguir durante el diseño de estructuras ante viento , que es la solicitación más frecuente en nuestro medio, y se presentan algunas ideas para decidir cuando es necesario reparar o reforzar una estructura. Finalmente, se proporcionan las características que debe presentar un informe escrito o peritaje sobre alguna falla estructural. Adicionalmente, en este trabajo se presentan y estudian varias fallas reales para dar a conocer e interesar a los lectores en el tema, con la finalidad de incrementar la atención a esta rama de la ingeniería que no es tratada comúnmente entre los profesionistas relacionados con la industria de la construcción, así como contribuir a disminuir el temor que las personas sienten hacia la palabra “Peritaje” y para aumentar la poca bibliografía existente sobre el tema.


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FALLAS CLÁSICAS EN ESTRUCTURAS DE A CERO Y DE CONCRETO

GENERALIDADES DEFINICIÓN DE FALLA ESTRUCTURAL El significado de la frase “falla estructural” puede ser asociado a infinidad de significados distintos, entre los que podremos establecer los siguientes (Baeza y Gómez, 1994): ü Desprendimiento o aplastamiento de los recubrimientos en cualquier parte de la estructura ü Pandeos en cualquier componente de una estructura ü Grietas en elementos estructurales hechos con materiales frágile s ü Disminución de las dimensiones originales por efectos de corrosión ü Desplazamientos excesivos en cualquier componente de un sistema estructural ü 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 ü Otros Para obtener una adecuada definición de “falla estructural” se deberá recurrir a la definición previa de disfuncionalidad, o sea, el mal funcionamiento de la estructura o de cualquiera de sus componentes. Esto se establecerá a partir de ciertas evidencias, tales como: fisuras, desplomes, desprendimientos, etc. Sin embargo, puede suceder que aún existiendo alguna o varias de estas evidencias, no se trate de un mal funcionamiento estructural sino de un “defecto constructivo”. Defecto constructivo se entiende como aquella evidencia debida a una mala práctica constructiva que no afecta el comportamiento de la estructura. Algunos ejemplos de defectos constructivos comunes y que no son considerados como fallas estructurales son: desplomes, deflexiones excesivas aparentes inducidas por la mala alineación de la cimbra, desprendimientos de recubrimientos por mala adherencia, etc. Para establecer plenamente si se trata de una falla estructural o de un defecto constructivo un experto deberá efectuar un estudio especializado, que mediante la aplicación de una metodología compleja decidirá si se trata o no de una falla estructural, salvo en los casos de fallas estructurales obvias como un derrumbe. Ante la necesidad de llamar de cierta forma a las evidencias iniciales hasta que sean calificadas plenamente como fallas estructurales por un perito estructural se propone la utilización del término “falla estructural aparente”, a la s evidencias iniciales y solamente llamaremos “falla estructural” a aquellas que después de efectuar un estudio adecuado dejen de ser aparentes y se conviertan en fallas estructurales reales. Por lo tanto, falla estructural se definirá como aquel fenómeno que siendo observable, haya sido generado por un mal o inadecuado funcionamiento de un elemento o sistema estructural; en tanto, defecto constructivo es aquella “falla estructural aparente” que no afecta los niveles de seguridad estructural o que no ha sido inducido por un mal funcionamiento de la estructura. En general, el nombre de “falla estructural aparente” será asociado inicialmente a cualquier problema por insignificante que sea éste y podrá justificar o no un estudio detallado de la zona dañada. Para la cual se propondrá posteriormente una solución, que al ser llevada a cabo restaurará los niveles de seguridad estructural sin más problemas que el aumento en el costo, reducción de la eficiencia de la estructura o en el incremento en el tiempo de construcción de la obra (durante la etapa de construcción).


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ORÍGENES DE LA FALLA Para toda obra civil que haya pasado por el proceso de diseño estructural, siempre se tendrán tres distintas etapas que son: etapa de proyecto, etapa de construcción y etapa de servicio. En la primera etapa, conocida también como etapa de proyecto estructural, la estructura todavía no existe materialmente. Sin embargo, esta etapa es de gran importancia porque la estructura es “creada” o sea, es concebida con todas sus características futuras. En la segunda etapa, la constructiva, se materializa el proyecto definido en la primera etapa y finalmente, en la última etapa, la de servicio, la obra es puesta en operación o funcionamiento. Las fallas estructurales se presentan por una acción individual o por la combinación de un conjunto de diversas circunstancias como errores, defectos o imprevistos ocurridos durante la etapa de diseño estructural, construcción u operación del edificio (condiciones de servicio). Pueden existir entonces, infinidad de posibles orígenes de fallas estructurales en cualquiera de las tres etapas anteriormente descritas, lo cual se discutirá a continuación. Etapa de diseño En esta etapa, dependiendo de la calidad del proyecto o proceso de diseño llevado a cabo, existe la posibilidad de que se produzca una gran cantidad de posibles orígenes de fallas producto de una innumerable lista de causas como: falta del conocimiento de los reglamentos de construcción, modelado teórico inadecuado o insuficiente, deficiente análisis de acciones, errores numéricos, escasas especificaciones en los planos con fines constructivos, así como la elección de procesos constructivos inadecuados. Existen obras de construcción en las que por increíble que parezca, esta primera etapa no es realizada y, sin embargo, no presentan ningún tipo de problema en contraste con las que si se realizó. A las obras que no tuvieron un proceso de diseño estructural y en aquellas que se realizó de una manera deficiente, se les conoce como obras artesanales, en tanto que en las obras en las que sí se realizó el proceso de diseño estructural, se les conoce como obras ingenieriles. En los países de grandes problemas económicos, existe un elevado porcentaje de obras artesanales, en tanto que en países muy industrializados el porcentaje de obras artesanales es mínimo o nulo. Etapa de construcción La etapa de construcción es la materialización de la etapa de diseño. Muchas de las fallas que en esta etapa se presentan son inducidas por la poca información aportada por la etapa de diseño, la deficiente supervisión de obra que se presenta en muchos casos como consecuencia de la situación económica del país, la poca calidad de los materiales que se adquieren al tratar de abaratar los costos al máximo e inclusive se pueden tener fallas inducidas por la mala calidad de la mano de obra. Otros problemas que frecuentemente se presentan en la construcción son el empleo de procedimientos constructivos inadecuados, la mala interpretación de la información del proyecto estructural como consecuencia de la poca o nula relación entre el diseñador o calculista y el constructor entre muchas más.


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Etapa de operación Las dos etapas anteriormente tratadas para una obra civil, son por lo general de muy poca duración si se les compara con la tercera etapa que es la operación o funcionamiento de la obra; aunque existen obras que solo duran en operación muy poco tiempo, principalmente por la presencia de acciones no consideradas durante la etapa de proyecto, lo normal es que las obras civiles tengan una larga vida útil, normalmente de varias décadas. En países muy desarrollados, con una fuerte cultura hacia los seguros, el concepto de vida útil de un edificio es una cosa bien definida, procediéndose a la demolición del edificio al vencerse el plazo de vida útil establecido en la póliza del seguro. Además, una grave deficiencia que tienen los países subdesarrollados es la baja cultura hacia las labores de mantenimiento que debe dársele a los edificios y en general, en cualquier obra civil el mantenimiento de la estructura ocupa el último lugar en las prioridades asignadas respecto al mantenimiento de otros sistemas tales como el mecánico, el eléctrico, etc. Una gran parte de los defectos o fallas que se presentan en edificios u obras civiles son causadas por el inadecuado funcionamiento al que es sometido, ya que en muchos casos el edificio, estructura o elemento estructural es diseñado para resistir condiciones muy diferentes que a las que realmente se les somete; tal es el caso de cambiar el destino de un edificio de departamentos habitacionales por el de un edificio industrial, en donde las losas, muros y cimentación tendrán mayores cargas. También cabe mencionar en esta etapa, que el mantenimiento que se aplica a la estructura es de gran importancia para prevenir las fallas más comunes como corrosión y deterioro de los elementos expuestos a agentes agresivos. Aquí se quiere señalar que todas las etapas que se llevan a cabo desde la concepción de una obra hasta que sea cerrada o demolida son de gran importancia en la aparición y detección de alguna falla; se debe de tomar en cuenta para esto último, la acción de fuerzas de naturaleza accidental como la presencia de algún fenómeno meteorológico, sísmico o provocado por alguna acción no prevista en el proyecto estructural tales como vibraciones o explosiones cercanas al lugar. También, en esta última etapa es posible que se manifiesten fallas estructurales que tuvieron su origen en la etapa de proyecto o en la etapa de ejecución y, aún más, es posible que la combinación de alguna causa originada en la primera etapa con otra causa originada en la segunda etapa, conduzcan a alguna falla estructural durante la tercera etapa; tal sería el caso de una sección transversal de un elemento sometido a flexión concebido en el proceso de diseño con muy escasas dimensiones en su sección transversal y que durante su construcción se le reduzca aún más su sección transversal por algún defecto, y que, finalmente falle al recibir una carga que la deje sin reservas de resistencia. Se podrían citar muchos ejemplos reales de ésta situación.

DETECCIÓN DE LAS FALLAS ESTRUCTURALES La detección de fallas estructurales no es trabajo exclusivo de una sola persona en especial y por lo general, son detectadas de modo accidental. Las primeras personas en darse cuenta de la ocurrencia de algún problema estructural son los propios usuarios de las edificaciones o construcciones, si éstas se presentan durante la fase de servicio u operación, y casi nunca le prestan al principio la importancia requerida debido a que ellos emiten su propia justificación al problema o piden la opinión de personas conocidas sin acudir a una persona especializada. Solamente acuden a una persona especializada cuando su vida se ve en situación de peligro; un ejemplo sería el caso de


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la aparición de una flecha excesiva en alguna viga o la aparición de fisuras de gran magnitud en muros y losas perfectamente observables por mencionar algunas. Como se ha mencionado anteriormente, las fallas no solamente se presentan durante la etapa de servicio sino que es muy común que ocurran durante el proceso constructivo; las personas que detectan estas fallas son los propios albañiles o residentes de la obra, los cuales casi siempre tenderán a repararla precipitadamente de una manera inadecuada por temor a ser señalados como responsables. Por lo que, la falla no es reportada y estudiada con detalle. Muchas de las fallas que se presentan en esta etapa son consecuencia directa del proyecto de diseño, pero en muchos casos son consecuencias de un procedimiento constructivo inadecuado o inclusive por la combinación de causas pertenecientes a ambas etapas como se ha señalado. La detección inicial de la falla es un evento o conjunto de eventos que pueden tener gran influencia en el tratamiento futuro que se le dará a la falla estructural. Si el fenómeno que causa la falla es de naturaleza progresiva existirá el peligro de que la falla incremente rápidamente su gravedad y su peligrosidad poniendo en riesgo la integridad física de los usuarios; en este caso, la prontitud con que se atienda a la falla será de gran importancia. Existen otros casos de fallas, las de tipo súbito, en las que no existe la posibilidad de que la falla sea detectada hasta que una parte o toda la estructura se colapsa repentinamente en forma catastrófica. En ciertos casos, como las fisuras de elementos de concreto armado expuestas a ambientes agresivos, la demora en la reparación de las fisuras conducirá a la aparición e incremento de corrosión en el acero de refuerzo, agravándose mucho más la falla estructural. En cualquier caso, la pronta atención de la falla estructural, por expertos debidamente entrenados y calificados propiciará una adecuada restauración de los niveles de seguridad estructural originale s en la estructura o en parte de ella. La detección de ciertas fallas no siempre es tarea fácil dado que muchas de las fallas no se presentan de un modo simple, en forma de fisuras o deflexiones excesivas, sino que se presentan de manera compleja en el comportamiento general de una estructura, aquí se requiere entonces de la interpretación de un ingeniero especializado en el estudio y tratamiento de las fallas estructurales. Una vez detectada presunta la falla por cualquier persona, lo deseable es llamar a la brevedad posible, a una persona especializada en fallas estructurales con el fin de que ésta realice un estudio y exprese su opinión acerca de la naturaleza así como de la gravedad de la falla. A esta persona se le conocerá con el nombre de perito estructural, quien con base en su experiencia y conocimientos especializados sobre fallas estructurales, así como con la ayuda de la metodología adecuada para el estudio de la falla, propondrá los métodos más adecuados para efectuar las reparaciones. El perito estructural estará a cargo de la evaluación de la estructura completa y de la detección de todas las anomalías existentes en una edificación, mas no será el responsable de la restauración de ésta, a menos que se comprometa específicamente a ello. La situación común es que después de una minuciosa revisión del edificio, el perito estructural asuma la responsabilidad total sobre la seguridad de todo el edificio, para lo cual, deberá dimensionar el estudio de tal forma que incluya sondeos exhaustivos y aún la supervisión estructural personal del proceso de reconstrucción o reforzamiento adicional.

CONSECUENCIAS DE LAS FALLAS ESTRUCTURALES Las consecuencias que traen consigo las fallas estructurales las clasificaremos en tres categorías como se muestra a continuación:


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a)

Consecuencias inmediatas. Son las que suceden instantáneamente al ocurrir la falla en las edificaciones, tales como: – Lesiones a usuarios o al personal constructor del edificio – Pérdidas económicas para los propietarios o arrendadores del edificio u obra – Suspensión de los trabajos de construcción – Reducción en los niveles de seguridad reales de la estructura – Vibraciones excesivas en losas, rampas u otros elementos – Deflexiones excesivas que generan mala apariencia – Fisuras que afecten psicológicamente a los usuarios – Sentimiento de inseguridad en los usuarios del edificio por la rehabilitación o reparación del mismo – Ruptura de cristales, muros divisorios o instalaciones por excesivos desplazamientos – Complicación de trámites o cancelación de permisos por autoridades municipales – Retrasos en tiempo de ejecución o en la terminación un edificio y su correspondiente multa – Etc.

b) Consecuencias a largo plazo. Son aquellas que no se aprecian al momento de ocurrir la falla y aparecen o se distinguen después de cie rto tiempo transcurrido después de la falla, tales como: – Reducción del costo del edificio – Reducción de la vida útil (durabilidad) del edificio – Incremento del deterioro o daño – Deterioro de la funcionalidad del edificio – Deterioro de la apariencia – Etc

LA ELEBORACIÓN DEL PERITAJE ESTRUCTURAL La definición de una falla en una estructura o edificio no es fácil ya que requiere de la participación de un experto en ingeniería estructural o materiales, cuya función esencial es: 1) Establecer el tipo de falla y su nivel de gravedad 2) Encontrar las causas que la originaron 3) Proponer la solución Es necesario que las funciones del experto sean ejecutadas en este orden, ya que si no se establecen primero las causas reales que originaron las fallas y se propone alguna medida correctiva al problema, existe una alta probabilidad de que el problema reaparezca o se agrave hasta niveles peligrosos, entendiendo por esto, que exista una alta probabilidad de lesiones ó pérdidas de vida de los usuarios del edificio. Hasta ahora no existe algún método automático o instrumentado que permita definir las causas de una falla o que proponga la solución. Ya que sin participación de una mente humana debidamente entrenada no será posible definir el tipo de falla y su nivel de gravedad, establecer las causas y proponer sus soluciones. Podrán existir instrumentos muy especializados y sofisticados para establecer características físicas y químicas de los materiales pero sin la intervención del cerebro humano, el cual deberá poseer ciertos atributos tales como, conocimiento, experiencia, manejo de metodologías, etc, no se


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podrá realizar adecuadamente el estudio de una falla estructural llamado también estudio de patología estructural. El estudio de una falla estructural y su presentación en forma escrita, verbal, mixta o gráfica, esquemática o incluso simulada entre otras posibles combinaciones constituye el peritaje estructural Una característica particular del peritaje estructural es que para cada caso en especial se requiere generar o crear una metodología específica de tal suerte que generar la metodología es la parte más difícil en la elaboración de un peritaje estructural. En forma simple un peritaje estructural es la opinión personal de un experto en ingeniería estructural existiendo la posibilidad de que esta opinión sea errónea. PRINCIPALES TIPOS DE FALLAS ESTRUCTURALES Colapsos de Estructuras A continuación se describen un cierto número de fallas específicas en elementos de concreto y acero. Primeramente se mencionarán algunas fallas que fueron colapsos totales o parciales y finalmente se hará una discusión esquemática de algunos tipos de fallas comunes que se presentan con frecuencia como grietas de anchura importante en elementos de concreto y mampostería.

Figura 1.- Colapso de silos para almacenaje de granos

En la figura 1 se muestra una batería de ocho silos de concreto y cuatro intersilos. Los silos tenían una altura de 40m y un diámetro exterior de 7 m aproximadamente. Los silos fueron construidos en la década de los setentas en la Ciudad de Mérida. Estos silos fueron diseñados solamente ante esfuerzo, no se revisó ni se controló el agrietamiento por tensión radial y se hizo el diseño con la condición de que los intersilos solamente se podían utilizar si los silos se encontraban totalmente llenos. A consecuencia de este diseño deficiente se originaron grietas verticales por donde siempre existían fugas. Finalmente, los silos colapsaron al presentarse una fuga en uno de los silos, la cual no pudo ser controlada, ocasionando el vaciado de uno de los silos mientras los intersilos se encontraban llenos. Esta condición de carga ocasionó la ruptura de la pared del intersilo golpeando el contenido del intersilo la pared de los silos extremos provocando el colapso parcial de toda la batería; se perdieron dos silos y un intersilo.


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Es importante recalcar que en esa década se le dió más importancia al procedimiento constructivo que al diseño y todas las baterías de silos de esa época tuvieron como defecto genético el no poder soportar las tensiones radiales y la consecuente aparición de las grietas.

Figura 2.- Falla cimentación por licuación de arenas

En la figura 2 se presenta una obra de dos niveles que se utilizó como oficinas de la empresa constructora encargada de la construcción del puente de Ciudad del Carmen. La obra es de dos niveles y se encuentra en la arena de playa a la orilla de la Laguna de Términos. Durante un norte, con una fuerte descarga de lluvia se hundió prácticamente todo el primer nivel. La arena de playa es un material 100% friccionante sin cohesión y la fricción entre grano y grano se puede romper de dos formas, mediante vibración o mediante el paso de un fluido como aire o agua a través de los granos de arena. En este caso fue el agua la que rompió la fricción entre los granos y se presentó el fenómeno conocido como licuación de arenas, es decir el suelo se comporta como un líquido. Se puede suponer que la obra no se hundió completamente porque ésta tenía un cierto volumen aire atrapado lo que produjo la flotación de la parte que se ve o porque la cimentación alcanzó el nivel freático o un estrato rocoso.

Figura 3a.- Colapso de los volados de una plaza comercial


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Figura 3b.- Colapso de los volados de una plaza comercial

En las figuras 3a y 3b se presentan los colapsos de ambos volados de un centro comercial a punto de ser inaugurado y puesto en servicio en la Ciudad de Mérida. Los volados tenían una longitud de 2 m. A pesar de ser de una misma edificación los volados se construyeron de dos maneras distintas. Del lado derecho se tenían viguetas 12-5 en voladizo sin ninguna viga de concreto de refuerzo, mientras que del lado izquierdo el volado se lograba con vigas de concreto reforzado separadas a cada 4 m sobre las cuales se apoyaban las viguetas. Encima de ambos volados existían pretiles y tejas en planos inclinados apoyados sobre prelosas de concreto. El colapso ocurrió durante una lluvia muy fuerte durante la cual el agua se acumuló en los techos que formaban piletas. Ambos tipos de vola dos se colapsaron simultáneamente ante momento negativo, el colapso simultaneo de ambos volados fue puramente casual como consecuencia de que ambos sistemas estructurales fueron inadecuados. El sistema estructural del lado derecho no presentaba ningún tipo de refuerzo longitudinal de acero ante momento negativo en la parte superior, mientras que del lado izquierdo fue insuficiente, como se muestra (ver figura 3b).

Figura 4.- Colapso del techo de una tienda comercial


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En la figura 4 se muestra el colapso de un techo de losa–acero de un almacén en Mérida. La estructura constaba de muros de bloques huecos de concreto vibrocomprimido, columnas de concreto reforzado y trabes metálicas gemelas y paralelas con forma de armadura. El colapso sobrevino a consecuencia de un sobrepeso ocasionado por la acumulación de agua en la azotea durante una lluvia fuerte. Sin embargo, es importante recalcar que éste no fue un factor decisivo como causa del colapso, sino la mala soldadura aplicada en la trabe en los elementos de acero. Aunque la soldadura de los elementos de la trabe con forma de armadura era de mala calidad en toda su longitud, la falla se presentó en las placas de unión al centro del claro, lugar donde se presenta el momento máximo como se observa en la figura 4.

Figura 5.- Colapso de la techumbre de un graderío

En la figura 5 se muestra el volteamiento de toda la cubierta de un graderío de futbol soccer ocurrido durante el Huracán “ISIDORO” en Motul, Yucatán . Esta falla es muy interesante ya que consistió en el volteamiento a 180º de las trabelosas de concreto reforzado que estaban asentadas sin anclaje sobre marcos paralelos. Las trabelosas plegadas tenían una longitud aproximadamente de 8 metros con 5 cm de espesor y estaban plegadas en la dirección corta. Las trabelosas en cuestión a pesar de su peso fueron levantadas y volteadas por el viento huracanado, hacia el piso posterior al graderío; algunas trabelosas giraron 180º y otras 360º. Es importante recalcar que estamos acostumbrados al volteamie nto de una cubierta liviana y en este caso la cubierta era de tipo pesada, por lo que no existía ningún elemento de sujeción entre la trabelosa y los soportes. Además, los constructores confiaban en el peso propio de la trabelosa para resistir los vientos meteóricos. La configuración geométrica inclinada del graderío y las trabelosas produjeron el embudo de captura del viento ejerciendo el empuje necesario para levantar y voltear las trabelosas.

Figura 6.- Colapso parcial de la techumbre de un graderío


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En la figura 6 se presenta el colapso parcial una de techumbre liviana perteneciente a un graderío y que consistía en columnas de concreto reforzado y armaduras en volado que soportaban los polines y las láminas metálicas onduladas. Estas columnas fueron reforzadas 6 meses antes del paso del huracán “ISIDORO”por varios motivos, ya que en su parte superior sobre el graderío, presentaban grietas horizontales inducidas por la flexión ante momento negativo producto del peso propio de la techumbre liviana. Además, la cuantía de refuerzo longitudinal de las columnas era mucho menor a la cuantía mínima establecida en los reglamentos de construcciones y la conexión entre la armadura y la columna parecía muy vulnerable ante viento meteórico. Se propuso que las columnas fueran reforzadas exteriormente con 4 ángulos metálicos, uno en cada esquina de cada columna, y unidos entre sí por soleras con configuración de celosía triangular en toda la longitud de la columna. Adicionalmente, se reforzó la unión viga-columna con ángulos en posición inclinada en forma de “pie de amigo”. El refuerzo de algunas columnas fue construido en forma deficiente, ya que solamente abarcó la parte superior de las columnas por la existencia de un muro. Adicionalmente, en toda la longitud de la columna se empleó una soldadura con muchos defectos tales como escoria incluida, forma de gota, partes sin unión etc. El colapso ocurrió por volteamiento de la cubierta exterior consecuencia de la fractura de algunas columnas en la zona donde terminaba el refuerzo. La falla se presentó en esta zona por coincidir con la sección con menor resistencia a flexión, como consecuencia de una deficiente ejecución de la propuesta de reforzamiento.

Figura 7.- Colapso dela techumbre liviana de un graderío

En la figura 7 se muestra la falla de una cubierta de graderío con una estructura básica formada por 3 marcos de rodilla unidos entre sí por polinería y una cubierta metálica de láminas. La falla fue por volteamiento hacia atrás del volado dando la impresió n que la forma inclinada del graderío cambio la dirección del viento. El primer marco colapsado y que sirvió de detonante para generalizar la falla de toda la estructura fue el marco central el cual presentaba el doble de área tributaria expuesta al viento que los marcos extremos. La falla directa fue por pérdida de la adherencia de las anclas en el dado de cimentación, porque no se apreciaron fallas en la unión de las barras de anclaje con la placa base ni en la placa base con la columna. Las anclas que fallaron eran de acero de ¾” de diámetro así como el espesor de la placa base y se desconocía longitud de anclaje de las barras así como las


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características de su doblez, si es que lo tenía. Esta columna central se mantuvo sin daño mientras que las columnas laterales extremas sufrieron falla por flexo-torsión al ser deformadas por la polinería que unía el marco central con los marcos extremos.

Figura 8.- Falla de una nave industrial por acción del viento

En la figura 8 se presenta una nave de marcos de acero con techumbre basada en polines y láminas. La nave estaba confinada con dos mamparas de lámina laterales verticales y dos muros de bloques de concreto. La altura de la nave era de 6 m y todas las columnas metálicas y las vigas eran de sección muy reducida respecto a su largo. El colapso de la nave casi total con desplome de las columnas y muros se debió a la inexistencia de trabes metálicas de rigidez. Al parecer se supuso que la polinería proporcionaba la estabilidad lateral en el sentido perpendicular a los marcos, la cual fue insuficiente ante la acción de las presiones producidas por el viento huracanado.

Figura 9.- Colapso de una mampara


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En la figura 9 se muestra una mampara utilizada como anuncio panorámico de 15m de altura. Se puede apreciar que el colapso se debió al deterioro por corrosión de la soldadura del acartelamiento con la placa base, adicionalmente se perdieron algunas tuercas de las anclas lo que dobló la placa base. Finalmente, se presentó el desgarramiento del tubo en la parte a tensión y el pandeo local del tubo en la zona a compresión producto de la flexión en la base del tubo del pedestal de la mampara.

Figura 10.- Colapso de una techumbre en forma de paraguas

En la figura 10 se muestra una techumbre en forma de paraguas con 4 columnas. La techumbre fue desempotrada y volteada 180º. El desempotramiento se debió exclusivamente a la falla de sus anclajes que consistían en 4 barras de ¾” de diámetro. Obsérvense en las fotografías lo delgado de la placa base respecto al diámetro del pedestal y el pequeño diámetro de las cuatro anclas respecto a la placa base. Grietas en elementos En las figuras siguientes se muestran esquemáticamente los elementos de una estructura con grietas importantes, estas grietas han sido amplia mente estudiadas por investigadores durante muchos años por lo que se han establecido plenamente sus causas. Adicionalmente, varias fallas clásicas pueden ser aplicables a una infinidad de estructuras diferentes con sus debidas consideraciones. En la figura 11 se muestra un muro de mampostería de bloques huecos de concreto vibrocomprimidos perteneciente a una bodega estructurada con marcos de acero a dos aguas de un solo claro y muros laterales de mampostería. Los muros laterales están ubicados entre las columnas de la estructura de acero y poseen una cimentación consistente en una zapata corrida de mampostería de piedras naturales que desplanta en un estrato rocoso sano. Las grietas mostradas en la figura 11 tienen distinta trayectoria, dirección, ancho, se presentan en una sola cara o en ambas caras y cada una de ellas fue causada por un fenómeno distinto. Para establecer las causas que originaron cada una de las grietas es indispensable obtener en sitio todas las características de cada grieta y posteriormente tratar de asociarlas con las causas posibles. Las características de las grietas son: ubicación, dirección, longitud, ancho, profundidad, el punto de inicio, el punto de avance, la velocidad de propagación.


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Cadena de concreto Boques huecos de concreto E A

Barda

H

D G

B

G

Cimentación de piedras naturales

C

Zapata

columnas de acero

Figura 11. Marco de acero a dos aguas con un solo claro

Las posibles causas de la grieta tipo A pueden ser: ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü

Presencia de interfase entre los materiales acero y mampostería Movimientos horizontales sobre el eje longitudinal del muro Torsión de la columna Contracción de la mampostería Carencia de la rigidez horizontal (elemento de liga) Cambios volumétricos debidos a variaciones de temperatura ambiental Carencia de elementos confinantes en la mampostería Anclajes insuficientes entre las columnas de acero y los castillos de concreto Conexión inadecuada entre columna de acero y bloques huecos Acción lateral severa Varias más.

Las posibles causas de la grieta tipo B pueden ser: ü ü ü ü ü ü ü ü

Asentamientos diferenciales en la mampostería Tensión diagonal por carencia de confinamiento adecuado en el muro Hundimientos de la zapata de la columna Flexión lateral de la columna Impacto de algún objeto Vibraciones del subsuelo Pegado deficiente de los bloques Etc

Las posibles causas de la grieta tipo C pueden ser: ü ü ü ü ü ü ü ü

Flexión del muro fuera del plano Flexión del muro de la zapata corrida por inadecuado soporte Hundimientos diferenciales de la zapata corrida Hundimientos de las zapatas de los marcos Falla de las zapatas por rotación Excentricidad en la zapata corrida Inadecuada limpieza entre mampostería de zapata corrida y estrato rocoso Pérdida del soporte de la zapata por excavación de una zanja paralela a la zapata


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Las posibles causas de la grieta tipo D pueden ser: ü ü ü ü ü

Contracción de la mampostería Empleo de bloques con exceso de áridos finos Carencia de elementos confinantes Aplicación de fuerzas fuera del plano principal del muro Empuje del viento fuera del plano principal del muro

Las posibles causas de la grieta tipo E pueden ser: ü ü ü ü ü

Deficiencia de rigidez horizontal en la parte superior del muro Carencia de cadena superior de confinamiento Carencia de trabe de liga Anclaje inadecuado de los castillos a la columna de acero Flexión local de la columna en el plano fuerte del muro y en el débil

Las posibles causas de la grieta tipo F pueden ser: ü ü ü ü

Acción lateral reversible debidas a viento o sismo Vibración maquinaria Peso vehicular intenso Impacto vehicular

Las posibles causas de la grieta tipo G pueden ser: ü Falla de la zapata corrida por asentamiento vertical ü Hundimientos diferenciales de zapatas aisladas Las posibles causas de la grieta tipo H pueden ser: ü Secado violento del recubrimiento ü Contracción diferencial parcial del muro Como puede observarse para un mismo tipo de grieta existen varias posibles causas y solamente con la asociación directa de las características de una grieta con una causa en particular, mediante la ayuda de la lógica más rigurosa y el sentido común, se podrá establecer como causa verdadera la más probable. Es importante mencionar que la parte medular para el establecimiento de las causas es una de las características inherentes a la mente humana A continuación se mencionan las causas de distintos tipos de agrietamientos en algunos elementos de concreto reforzado y presforzado. La intención de esta descripción es que el le ctor mediante una inspección visual pueda relacionar algunos tipos de agrietamientos con su causa directa. En la figura 12 se presentan algunos agrietamientos comunes en elementos de concreto reforzado. Las grietas tipo A se deben a flexión simple del ele mento y pueden variar desde algunas cuantas grietas de ancho insignificante hasta una gran distribución con ancho apreciable. Las grietas tipo B se deben al aplastamiento del concreto en la parte superior de la viga y es común en elementos con cuantías de acero superiores a la cuantía de acero balanceada. La grieta tipo C es una grieta debida a la pérdida de adherencia del refuerzo longitudinal cerca del apoyo y se debe a un dimensionamiento incorrecto del anclaje o una escasez de refuerzo transversal cerca del anclaje. La


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grieta tipo D es una grieta clásica por efectos de cortante junto con flexión y se presenta en el alma de la viga, se debe al exceso de fuerzas de tensión diagonal en el concreto. La grieta tipo E es una grieta por torsión y sus principale s causas son el error de dimensionamiento de las secciones de concreto, una escasa cuantía de refuerzo longitudinal y transversal, o una ubicación inadecuada del refuerzo.

B D A

C

H

G

F

E I

Figura 12. Grietas clásicas en elementos de concreto reforzado

Las grietas tipo F y G son grietas debidas a momentos no considerados en el diseño inducidos por la carga o por una escasez de estribos horizontales en la ménsula. La grieta tipo H es producto de la aplicación de la carga demasiado cerca del borde, donde la el refuerzo no es capaz de confinar la sección de concreto. Finalmente, las grietas tipo I son grietas debidas a esfuerzos altos de compresión del concreto.

B A

C

G F

D

G E

Figura 13. Grietas clásicas en vigas de concreto presforzado


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En la figura 13 se presentan algunos tipos de grietas características en los elementos de concreto presforzado. Las grietas tipo A, B y C se presentan en elementos de concreto presforzado con forma de doble “T” (trabelosas). La grieta tipo A es consecuencia de un insuficiente confinamiento del concreto en la zona de transmisión de los torones, una fuerza de pretensado excesiva, una excesiva adherencia de los torones, una distribución inadecuada de los torones o una transferencia de esfuerzos brusca. La grieta tipo B aparece en la planta de fabricación de la pieza durante la transferencia del preesfuerzo al presentarse una fricción excesiva del apoyo del alma en el fondo del molde. La grieta tipo C se presenta cuando el concreto tiene una insuficiente resistencia. Las grietas tipo D, E, F, y G son características de elementos de concreto presforzado con sección transversal en forma de “I”. La grieta tipo D se presenta como consecuencia del uso de una relación agua-cemento alta, exceso de finos en la arena o del empleo de pequeños espesores de recubrimientos. La grieta tipo E se presenta cuando existe una concentración excesiva de torones en el patín inferior, una insuficiente cuantía de estribos o un concreto de escasa resistencia. Las grietas tipo F aparecen durante el transporte de las piezas y es consecuencia de una inadecuada ubicación de los puntos de izaje de la pieza. Las grietas tipo G aparecen solamente de un lado de la pieza y es consecuencia de una distribución no simétrica de los torones. Algunos puntos importantes que se deben de tener en cuenta durante la inspección de las grietas en los elementos de concreto son: a) El punto de propagación de la grieta siempre será el extremo con ancho menor y el punto de inicio siempre será el extremo de ancho mayor. b) Si la grieta está inclinada 45 grados en una sola dirección se debe a la tensión diagonal originada por algún fenómeno de cortante c) Si las grietas son inclinadas en ambas direcciones a 45 grados se debe a una acción lateral reversible. d) Si la grieta es vertical atraviesa toda la altura de la sección transversal, es de igual ancho en ambos extremos, aparece en ambas caras y se localiza en la parte central, a tercios o cuartos de la longitud del claro del elemento entonces la causa es la contracción del material. ALGUNAS RECOMENDACIONES DE DISEÑO En las últimas décadas ha mostrado que las fallas por viento huracanado son las más frecuentes en nuestra región, por lo que se proponen algunos detalles importantes que se deben de cuidar durante el diseño de estructuras que estarán sometidas a esta acción según del tipo de estructura a diseñar. Naves Industriales 1) La velocidad del viento, para efectos de diseño deberá estar en función de la importancia y del destino del edificio a diseñar. Se podrán considerar velocidades de 180 km/h para estructuras o edificios de poca importancia tales como bardas, postes de luminarias, etc, pero la velocidad podrá ser de hasta 250 km/h para edificios de gran importancia (albergues, hangares, etc) o con un contenido altamente costoso.


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2) Toda nave metálica con un área superior a 200 m cuadrados deberá surgir de un proceso estructural. La ejecución de este proceso será garantizada mediante una memoria de cálculo y la firma responsiva del calculista estructural. 3) Las naves en que se empleen láminas metálicas o de plástico, los cuales son altamente vulnerables a la acción de viento meteórico, deben poseer una estructura que les permita resistir las presiones que el viento ejerza en cualquier ángulo de incidencia en planta. 4) Para el sistema de láminas engargoladas no podrán usarse espesores de lámina menores que el calibre 22, los clips no podrán ser hechos con lámina menor al calibre 22, no podrán tener una longitud menor 8 pulgadas, y deberán estar sujetas a los polines por lo menos por 2 pijas o remaches con diámetro ¼” pulgada. 5) Para las techumbres metálicas se evitará que las láminas vuelen en su unión con el canalón y este canalón deberá fijarse al muro o a las láminas verticales, nunca a las láminas del techo. 6) En la cumbrera de las naves de dos o más aguas con techumbre metálica deberá emplearse un canal capuchón invertido, de una sola pieza, con lámina calibre 22 y que ajuste perfectamente con la geometría del perfil de las láminas que convergen a la cumbrera. Este canal capuchón se fijará con cuatro pijas o remaches a cada larguero. Se emplearán pijas o remaches con diámetro de ¼”. 7) Los polines y largueros metálicos que reciben la descarga de las láminas en cubiertas o en paredes no poseen la rigidez y resistencia necesaria para estabilizar o arriostrar adecuadamente las armaduras o marcos de una estructura; por lo que, se deberán proveer los elementos estructurales necesarios como trabes de liga, tensores, armaduras para garantizar que las estructuras conserven su estabilidad y verticalidad aún con la acción del viento lateral. 8) Los polines o largueros metálicos deberán ser diseñados a la flexión considerando la acción gravitatoria junto con las presiones y succiones establecidas en los coeficientes de presión. Adicionalmente, los sistemas de fijación (pijas, tornillos, remaches o clips soldados) deberán diseñarse tanto par resistir las succiones extremas como las presiones interiores, ya que existe una alta probabilidad de que el viento meteórico penetre al interior de la nave por el colapso de algunas cortinas metálicas, celosías, ductos, puertas o ventanas, etc. 9) Los largueros extremos y los largueros de la cumbrera siempre deberán tener una sección transversal con forma de cajón. Estos largueros no deberán ser de lámina con espesor menor del calibre 14 y estarán unidos a las láminas por seis pijas o remaches de diámetro ¼”. 10) Los polines o largueros no poseen la resistencia y la rigidez necesaria para estabilizar lateralmente a los muros piñón. Los muros piñón son los muros externos paralelos a las armaduras o a los marcos. Por lo tanto, todas las naves metálicas con cubiertas de láminas deberán ser estabilizadas con un sistema estructural adecuado; los tensores diagonales laterales no son suficientes para lograr estabilizar a los muros piñón. 11) Los muros laterales de las naves metálicas hechas con mampostería de bloques huecos de concreto, podrán ser estabilizados con marcos o con contrafuertes de concreto reforzado. Para el caso de los contrafuertes estos deberán tener la misma cantidad de refuerzo


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longitudinal en ambos lechos verticales. La cimentación de los muros deberá resistir los momentos de volteo en la dirección débil del muro y en ambos sentidos, ya que existe una alta probabilidad de que las cubiertas se pierdan y los muros reciban al viento desde el interior de la nave. 12) Toda barda deberá poseer castillos y cadenas de concreto armado; estos elementos deberán diseñarse para resistir las presiones y succiones de viento meteórico. Adicionalmente, los castillos o contrafuertes resultantes del diseño deberán tener una cimentación adecuadamente anclada o empotrada al suelo o a la roca para evitar su volteamiento. 13) Para el caso de muros de gran altura que estén unidos a estructuras metálicas, deberán revisarse los desplazamientos horizontales del extremo superior ante viento meteórico y las consecuencias al interactuar el muro y la estructura. 14) Todas las placas base de cualquier columna metálica deberán colocarse sobre una última capa de mortero estabilizador de volumen “Grout”, utilizando el sistema de tuerca abajo y tuerca arriba de la placa base. El espesor del mortero estabilizador de volumen será de 5 cm. La placa deberá colocarse sobre el mortero en estado fresco (estado plástico) y se confinarán firmemente con madera todos los lados de la placa–base, mientras el mortero alcanza la resistencia necesaria, para evitar su extrusión. 15) En estructuras y edificios cercanos a playa deberá emplearse una cimentación que minimice o sea, inmune a socavación o impacto masivo del mar o inundación de gran nivel. Mamparas Elevadas 1) Toda mampara metálica, con un área superior a 6 m cuadrados deberá poseer una estructura definida mediante un proceso de diseño estructural. Si la estructura está basada en armaduras, sus elementos deberán ser estabilizadas lateralmente para evitar su falla o colapso por pandeo lateral. 2) Para estructuras en volado vertical o muy deformables ante viento meteórico deberán tomarse en cuenta el efecto dinámico provocado por las ráfagas de viento; para considerar este efecto se deberán emplear modelos matemáticos propios de la dinámica estructural que tomen en cuenta las vibraciones y desplazamientos a los que estarán sometidos tales estructuras en movimiento. 3) Toda estructura que sea susceptible al viento cuyo colapso hipotético ponga en riesgo la seguridad de viviendas o edificios que puedan servir de refugio a personas y la integridad física de las mismas, deberá ser diseñada para soportar ráfagas de 250 km/h. Si la estructura ya existe, deberá ser revisada estructuralmente y de ser necesario será reforzada, cambiada de lugar o desmantelada. 4) Toda cimentación de cualquier estructura en volado vertical ( antenas, postes, arbotantes iluminación, mampara elevada, etc. ) deberá surgir de un proceso de diseño estructural en que se tome en cuenta su comportamiento dinámico. 5) Las mamparas elevadas empleadas para anuncios espectaculares tendrán una columna (pedestal) o varias columnas libres de agujeros que debiliten la sección trasversal generando concentración de esfuerzos.


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6) En las mamparas elevadas en bandera con pedestal de canales de montén en cajón no se podrá usar soldadura intermitente para formar el cajón; necesariamente deberá usarse soldadura continua. 7) En las mamparas elevadas, las anclas roscadas que conectan la placa base a la cimentación tendrán una rosca fina “milimétrica”, con tuercas bien ajustadas (sin juego) y se les preservará de la corrosión mediante la aplicación de algún recubrimiento anticorrosivo. Se les deberá dar mantenimiento regularmente. 8) En las mamparas elevadas, las barras de acero utilizadas como anclas en la roca y como anclas de la cimentación a la placa base deberán ser siempre barras de acero corrugado. Por lo que, no se recomienda el uso de barras lisas y queda prohibido el empleo de “espárragos roscados” en toda su longitud por ser fabricados con un acero de tipo frágil. 9) En las mamparas elevadas la unión de la columna o columnas metálicas con la placa base necesariamente deberá tener carteles soldados; en ningún caso se deberá tener como unión un solo filete de soldadura. El número de carteles alrededor de una columna en ningún caso será menor a ocho y los carteles tendrán por lo menos el espesor del tubo de la columna. 10) Las placas-base de las columnas de las mamparas elevadas deberán diseñarse ante la flexión impuesta por viento huracanado, considerando el momento negativo actuando en la parte “en volado” de la placa-base definida por la cara exterior de la columna y el centroide de las anclas más lejanas; se despreciará el peso de toda la estructura y la contribución de los carteles. 11) Todas las placas base de cualquier columna metálica que sirva de pedestal deberán colocarse sobre una última capa de mortero estabilizador de volumen “Grout”, utilizando el sistema de tuerca abajo y tuerca arriba de la placa base. El espesor del mortero estabilizador de volumen será de 5 cm. La placa deberá colocarse sobre el mortero en estado fresco (estado plástico) y se confinará firmemente con madera todos los lados de la placa–base, mientras el mortero alcanza la resistencia necesaria. 12) El suelo ubicado debajo de cualquier estructura en volado vertical deberá ser sondeado mediante taladrado vertical para detectar cavernas u otras singularidades del suelo; si se detectara alguna irregularidad en el suelo se deberá tomar las medidas o modificaciones necesarias para garantizar la estabilidad de la cimentación. 13) La estructura de la mampara (zona ubicada arriba del pedestal) deberá diseñarse para resistir empujes y succiones, y deberá garantizarse adecuadamente la estabilidad lateral de las armaduras. 14) Los muros y losas no podrán servir de apoyo o anclaje a estructuras o aditamentos sensibles al viento meteórico tales como anuncios o antenas atirantadas, a menos que estos muros o losas sean reforzados o diseñados con esta finalidad.


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CONCEPTOS BÁSICOS DEL REFUERZO O REPARACIÓN DE ESTRUCTURAS Una vez establecidas las causas de una falla estructural o deficiencia en la estructura se deberá proponer la solución mas adecuada; para lograr esto se emplea uno de los siguientes caminos: a) b) c) d) e) f) g)

Subsanar una deficiencia mediante la adición de elementos externos Sustitución del elemento fallado Inclusión de material de relleno en la grieta, siempre y cuando la grieta no sea progresiva Aumento de las dimensiones transversales del elemento Adición de materiales más resistentes Colocación de recubrimientos no estructurales Etc

Es importante recalcar en la obtención de una propuesta para subsanar una deficiencia si se busca reforzar o reparar una estructura. La diferencia entre refuerzo de estructuras existentes y reparación de estructuras y el significado de reserva de resistencia se presentan en las siguientes definiciones: Refuerzo de Estructuras Existentes. Es el conjunto de acciones (proyecto, adaptación, diseño, construcción, supervisión y monitoreo) orientadas hacia la adición de elementos y sistemas estructurales a la estructura original con el fin de aumentarle sus reservas de resistencia estructural original. Reparación de Estructuras. Es el conjunto de acciones que tienen como finalidad devolver, parcial o totalmente, a una estructura o elemento dañado o débil la misma capacidad resistente exigida en el proyecto original y si es preciso mejorar su durabilidad. Para establecer si una estructura se debe reparar o reforzar habrá que analizar las condiciones de servicio a las que estará sujeta y con base en las futuras solicitaciones se hará un análisis de la reserva de resistencia. Reserva de resistencia. Es la diferencia entre las resistencias reales y las resistencias teóricas, para cada elemento o sistema estructural, valuables para diversos parámetros y fenómenos (flexión, flecha admisible, pandeo, etc. )

RR = Rreal − Rteórica Si RR > 0 la estructura es adecuada estructuralmente. Si RR < 0 la estructura es deficiente estructuralmente, pudiéndose o no presentar la “falla estructural” o inclusive el colapso total de la estructura. Solamente para unos cuantos casos aislados es posible conocer las Resistencias Reales “Rreales” de los elementos y sistemas estructurales, tales como: ü Extracción de anclas ü Penetración de pilotes ü Prueba de carga gravitatoria en losas y vigas


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ü ü ü ü ü ü

Succiones o presiones en elementos de fachada Vibración de cimentación u tros elementos Flecha admisible en elementos delgados Prueba de carga vehicular en puentes Vibración dinámica en edificios Etc

Aun cuando no es posible conocer en todos los casos las resistencias reales (Rreal) de los elementos y sistemas estructurales mediante experimentos, el reconocer la existencia de las mismas resulta de gran utilidad ya que permiten considerar la existencia de las Reservas de Resistencia (RR ). La Resistencias Teóricas de los elementos y sistemas estructurales son aquellas obtenidas mediante la aplicación de modelos teóricos durante la Etapa de Proyecto del edificio (Proyecto Estructural) En un país poco desarrollado como el nuestro solamente un pequeño porcentaje de las obras o edificios surgen de un proceso de diseño estructural. La gran mayoría de las obras de nuestro país son de tipo artesanal o sea no surgieron de un proceso de cálculo estructural. Las Reservas de Resistencia “RR ” de un elemento o de un sistema surgen en forma natural durante el proceso de diseño estructural. Algunos ejemplos de los orígenes de estas reservas de resistencia son. a) Al redondear la cuantía del refuerzo principal (por flexión), por ejemplo:

Mu ⇒ ρ ⇒ ( As ) nec → ( As ) real = 9.81cm 2 → 2 No.1" = 10.14cm 2 bd 2 b) Al cerrar más la separación de los estribos, por ejemplo: Snec = 16.5 cm Sreal = 15 cm c) En los traslapes de las barras en las juntas o nudos. d) En los excedentes de las dimensiones de los elementos estructurales e) En los excedentes de resistencia de los materiales empleados Esfuerzo de fluencia, “fy ” Modulo de elasticidad, “Ec” Resistencia del concreto a la compresión, “f´c” f) Con el empleo de los factores de seguridad o en los factores de carga g) En los valores numéricos asignados a las cargas vivas que en realidad son variables aleatorias si se hacen conservadoramente. h) En la asignación de valores numéricos para los pesos volumétricos de los materiales si se hacen conservadoramente. i)

En los factores de seguridad aplicados en los estudios de geotecnia, a la capacidad del suelo


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j)

En el modelado de las condiciones de apoyo de la estructura ü Empotramientos ü Articulaciones ü Apoyos elásticos

k) En el modelado del tipo de carga. l)

Al estandarizar el diseño de los elementos

m) Y en muchas otras fuentes más.

INFORME ESCRITO DE UNA FALLA ESTRUCTURAL Con base en lo mencionado en las secciones anteriores se recomienda hacer cuando sea necesario un informe escrito acerca de la falla o fallas estructurales que presenta una estructura. La estructura de un informe de patología deberá contener las siguientes partes (García y Gutiérrez, 2001), sin embargo, es posible que por alcance del informe se omitan algunas o se incluyan otras distintas, con la finalidad de hacer más general o detallado el informe. Es común que en algunos casos que el nombre de las partes varíe de un autor a otro. ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü

Objeto Antecedentes Visitas de inspección Toma de datos y muestras Análisis y ensayos Cálculos realizados Posibles causas Recomendaciones a efectuar Conclusiones Remate del informe

El contenido de cada parte se menciona a continuación: Objeto. Es la sección donde se definen los límites y alcance del informe y, por tanto, el marco en el cual debe ser valorado. Por ejemplo, es sustancialmente diferente que el objeto de la investigación sea determinar las obras de reparación a ejecutar en un determinado caso que establecer responsabilidades. Por tanto, esta parte exige que se escriba con un especial rigor. Antecedentes. En este parte deberán figurar todos aquellos datos y acciones correspondientes a la fase preliminar. Se mencionarán todos los contactos y conversaciones mantenidas en los primeros momentos. Asimismo, se enumerará toda la documentación facilitada por el solicitante del peritaje. Esta documentación puede constar de planos, memorias, pliegos de condiciones, informes realizados con anterioridad, reportes fotográficos, etc. Si se trata de un dictamen que ha de redactarse teniendo en cuenta única y exclusivamente una documentación, la lista de documentos podría constituir por sí sola una parte bajo el título de documentación aportada.


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Visitas de inspección. En esta parte se describen las actividades realizadas durante la vista de obra. Se deberá señalar a las personas que acompañaron a los especialistas durante la visita y el cargo en calidad del cual estuvieron presentes Adicionalmente, se deberán especificar las zonas visitadas y ser muy cuidadoso en no presentar como afirmaciones propias los comentarios de diversas fuentes recabados durante la visita. Finalmente, se deberan describir los defectos y deficiencias observados de forma específica. Toma de datos y muestras. En esta parte se deberán mencionar todas las actividades de origen técnico para poder analizar posteriormente el problema y tratar de aclarar las dudas sobre la falla. Aquí se mencionaran en forma descriptiva la colocación de testigos, la toma de muestras, la extracción de probetas, la medición de temperaturas y húmedad., etc. Es importante en esta parte no no avanzar en los juicios de valor acerca de los resultados. Análisis y ensayos. En este inciso se describen los ensayes hechos en laboratorio y sus resultados. Estos ensayes pueden ser desde análisis químicos hasta ensayes mecánicos. Se mencionará en forma breve y concisa los ensayes, remitiendo al lector los anexos donde se presentará la información de forma muy detallada. Es importante citar las normas y procedimientos utilizados y los resultados deberán proporcionarse sin juicios de causa u origen. Cálculos realizados. En esta parte se incluye el trabajo de gabinete desarrollado con los cálculos realizados indicando las hipótesis consideradas. En los anexos se incluirán los listados y las tablas así como el desarrollo de los cálculos. Posibles causas. El análisis y razonado de todas las causas que pudieron influir en la problemática se mencionarán en esta parte. Se deberá mencionar algunas posibles causas para ser desechadas de inmediato con base en los resultados de las partes anteriores. Se deberán comentar los resultados de los análisis, ensayes y modelado teórico en su totalidad. Al final de esta parte conviene recalcar esencia del informe en cuanto a causas se refiere, es decir, establecer cual es la causa más probable de la falla, sin que pueda descartarse la influencia de otras causas menores. Recomendaciones de actuación. En este inciso se proporcionaran las recomendaciones para solucionar de forma definitiva el problema objeto de estudio. Conclusiones. Conviene extremar el cuidado en la redacción de esta parte, ya que desde el punto de vista jurídico es el más importante. Es aconsejable redactar las conclusiones de forma breve, de modo que cada una conste de un solo párrafo y numerarlas correlativamente para facilitar su referencia. Remate del informe. Cuando el autor del informe es un organismo, el texto previo a las firmas de los técnicos que lo han elaborado puede ser del tipo: “Este informe consta de....paginas...., figuras...., fotografías...., y anexos, todo ello numerado y sellado”. Cuando el autor es un perito estructural, existen varias fórmulas para finalizar el informe. Una de ellas puede ser: “El presente estudio que consta de.... páginas...., figuras...., fotografías.... y anexos, contiene la opinión del realizador del estudio según su leal saber y entender.


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CONCLUSIONES 1) Se presentan en este escrito, en forma muy resumida los principios básicos de la patología estructural, así como algunos elementos básicos para el estudio de fallas estructurales y sobre la elaboración de peritajes estructurales. Estos temas son muy extensos y requieren además de una sólida formación en la Mecánica Estructural, de una adecuada capacitación en el diseño y ejecución de las metodologías para la elaboración de peritajes sobre fallas estructurales. 2) La intención primaria del presente curso es presentar y describir las patologías estructurales más comunes en la Región Peninsular Yucateca, la cual tiene características únicas por los procedimientos constructivos utilizados, los tipos de suelos, la ausencia de sismos, la acción de viento meteórico, los materiales de construcción utilizados, etc. 3) Se han presentado por tanto un número importante de fallas estructurales reales ocurridas en fechas recientes en la región peninsular Yucateca. Esto ayudará a reforzar o a formar los criterios de los constructores.

REFERENCIAS Calavera, J. (1996), “Patología de Estructuras de Hormigón Armado y Pretensado”, Tomo I, Instituto Técnico de Materiales y Construcciones (INTEMAC), España, 296 pp. Calavera, J., González, E. (2001), “Patología de Proyecto. Tipologías más Usuales. Criterios para Evitar y/o Corregir estos Tipos de Problemas”, Memorias XV Curso de Estudios Mayores de la Construcción, Seminario 9, Instituto de Ciencia s de la Construcción Eduardo Torroja, 61 pp. Baeza, J; Gómez, M. (1994); “Elaboración de Peritajes sobre Fallas Estructurales”; Notas elaboradas para un curso de Educación Continua, Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Yucatán, Diciembre. Baeza, J. (2002), “Notas Personales”, Mérida, Yucatán, México, Octubre Delibes, A. (1993), “Tecnología y Propiedades Mecánicas del Hormigón”, Instituto Técnico de Materiales y Construcciones (INTEMAC), España, 396 pp. Fernández, M. (1994), “Patología y Terapéutica del Hormigón Armado”, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Colección Escuelas, Madrid, España, 487 pp. García, M. D. (2001), “Causas Frecuentes de Patología de Estructuras en Servicio”, Memorias XV Curso de Estudios Mayores de la Construcción, Seminario 9, Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja, 8 pp. García, M. D., Gutiérrez, J. P. (2001), “Informes de Patología y de Peritaje de Estructuras”, Memorias XV Curso de Estudios Mayores de la Construcción, Seminario 9, Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja, 8 pp.


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González, A. (2001), “Patología y Diagnostico Estructural”, Memorias XV Curso de Estudios Mayores de la Construcción, Seminario 9, Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja, 34 pp. González, E.(2001), “Sistemas para el Diagnóstico y Peritaje de Estructuras. Criterios y Metodología de Inspección”, Memorias XV Curso de Estudios Mayores de la Construcción, Seminario 9, Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja, 25 pp. Gutiérrez, J. P. (2001), “Patología en la Prefabricación”, Memorias XV Curso de Estudios Mayores de la Construcción, Seminario 10, Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja, 5 pp. Perez, D. (1996), “Metodología para el Estudio de una Falla Estructural”, Tesis de Licenciatura, Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Yucatán, 102pp


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Fallas Clasicas en Estructuras

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