PATOLOGIA ESTRUCTURAL: Estudio del comportamiento de las estructuras cuando presentan evidencias de fallas, buscando detectar sus causas, y proponer acciones correctivas para recobrar el nivel de servicio original o mejorar mejorar su comportamiento, o su demolición en el caso caso de que sea necesario. En las estructuras, las fallas o defectos se ponen de manifiesto con la aparición de una serie de señales o cambios de aspecto que se engloban dentro de la sintomatología estruc estructur tural. al. Ante Ante estos estos síntomas síntomas y previa previa investi investigac gación ión de sus causas, causas, el patólo patólogo go estructural debe establecer un diagnostico de la enfermedad q sufre la estructura. Las causas que pueden provocar lesiones en una estructura pueden ser muchas y muy variadas y pueden estar relacionadas con el propio proyecto, con los materiales, con la ejecución y con el uso de la estructura. El diagnostico en una estructura puede ser optimista, en este caso la estructura afectada evolucionara favorablemente mediante la aplicación de una terapia adecuada, recuperando sus características resistentes, o el diagnostico puede ser pesimista en cuyo caso la estructura afectada afectada tendrá que sufrir amputaciones amputaciones (eliminación de los elementos estructurales afectados o en el peor de los casos, su demolición. Sin Sin emba embargo rgo,, el term termin ino o pato patolo logí gía a no nece necesa sari riam amen ente te corre corresp spon onde de a una una estructura dañada. Las Las norm normas as se ocup ocupan an de aspe aspect ctos os como como carg cargas as vert vertic ical ales es,, sism sismo, o, vien viento to,, mientras que la patología se ocupa de algunos aspectos olvidados por las normas como:
¿QUÉ SE NECESITA SABER PARA SER PATÓLOGO? •
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Ser proyectista proyectista (el proyectista proyectista solo se ocupa de variables variables mecánicas mecánicas mas no de resistencia, ataques químicos, fuego sabotaje, etc.). Experiencia en laboratorio. Ingeniería forense: Es considerada como una rama de la patología. Arqueología estructural Semiótica estructural (Porque prácticamente todos los defectos del cemento son visibles) Auscultación estructural: Se usan ultrasonidos. Contar con la información información de las barras de acero efectivamente existentes en la estructura es una información vital para los ingenieros encargados que realizan el proceso de cálculo y revisión de la estructura. Adecuación estructural: por ejemplo: un edificio construido en los años cuarenta, debe cumplir cumplir con las normas modernas, modernas, por lo que hay que adecuarlo. adecuarlo. Esto se debe hacer solo con edificio edificioss q valga la pena conservar. conservar. Las adecuaciones adecuaciones son para edificios en buen estado.
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Reparaciones (NO ES LO MISMO Q ADECUACIONES) las reparaciones se usan cuando hay un gran daño en la estructura.
VICIOS OCULTOS: “No prescriben” VICIOS VISIBLES: La responsabilidad es de 10 años.
HERRAMIENTAS PARA EVALUACION DE LOS MATERIALES: •
Topografía: no importa cuál sea la obra, es por aquí donde se debe comenzar. Pruebas químicas
•
Uso de laboratorios:
Metalúrgicas De PH. Etc.
Para el concreto: • • • •
Esclerómetro. Extracción de núcleos. Ultrasonidos. Indicadores de grietas.
Para el acero: • •
Pachómetro. Extracción y prueba de barras.
Para el suelo: • •
Prueba de penetración. Prueba triaxial.
NOTAS
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DE •
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Remedio para la corrosión: mucho cemento, poco agua, recubrimiento grande. Si una una grie grieta ta es parale paralela la a las las cabi cabillllas as el daño daño es por por corrosión. Si una grieta es perpendicular a las cabillas el daño es por exceso de tensión. La parte más fuerte fuerte de un edificio debe ser su periferia periferia, el interior puede ser más débil. El esqueleto debe ser fuerte.
¿QUE HACE UN PATOLOGO?
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Reparaciones (NO ES LO MISMO Q ADECUACIONES) las reparaciones se usan cuando hay un gran daño en la estructura.
VICIOS OCULTOS: “No prescriben” VICIOS VISIBLES: La responsabilidad es de 10 años.
HERRAMIENTAS PARA EVALUACION DE LOS MATERIALES: •
Topografía: no importa cuál sea la obra, es por aquí donde se debe comenzar. Pruebas químicas
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Uso de laboratorios:
Metalúrgicas De PH. Etc.
Para el concreto: • • • •
Esclerómetro. Extracción de núcleos. Ultrasonidos. Indicadores de grietas.
Para el acero: • •
Pachómetro. Extracción y prueba de barras.
Para el suelo: • •
Prueba de penetración. Prueba triaxial.
NOTAS
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DE •
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Remedio para la corrosión: mucho cemento, poco agua, recubrimiento grande. Si una una grie grieta ta es parale paralela la a las las cabi cabillllas as el daño daño es por por corrosión. Si una grieta es perpendicular a las cabillas el daño es por exceso de tensión. La parte más fuerte fuerte de un edificio debe ser su periferia periferia, el interior puede ser más débil. El esqueleto debe ser fuerte.
¿QUE HACE UN PATOLOGO?
✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔
MANTENIMIENTO REPARACION: todo aquello q no amerita cálculos. ADECUACION: (con las normas actuales), por ejemplo, reforzar los edificios a las nuevas normas, siempre y cuando sea una estructuras presumiblemente buena. TRANSFORMACION: cambiar usos. AUSCULTACION: Revisión del estado de un edificio INFORM INFORMES ES FORENC FORENCES ES DE INGENI INGENIERI ERIA: A: cartas cartas de acepta aceptabil bilida idad d o no del edificio. INFORMES DE IDONEIDAD: Es una visita y sirve de pruebas. No se arriesgan vidas. • • •
AMENAZAS MÁS IMPORTANTES:
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Medio ambiente Tipos de uso Fuego Viento Sismo
PLANIFICACION DE INTERVENCIONES : Estudio de un conjunto de reglas que deben seguirse. •
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NOTAS el punto vista sísmico, las columnas más peligrosas Desde son sonDE las las de las las esqu esquin inas as,, las las de aden adentr tro o son menos enos peligrosas. Toda Toda la perife periferia ria de un edific edificio io debe debe ser bastan bastante te fuerte fuerte, columnas grandes, vigas grandes.
PROBLEMATICAS MÁS FRECUENTES:
OXIDACIÓN (seca): Formación Formación de una capa de (herrumbre) (herrumbre) encima del material. material. La oxidación oxidación esta asociada a las temperaturas elevadas (> 350ºc) La oxid oxidac ació ión n es una una reac reacci ción ón quím químic ica a dond donde e un meta metall o un no meta metall cede cede electrones, y por tanto aumenta su estado de oxidación. Se necesita un gas oxidante y un metal para q halla oxidación.
La corrosión a alta temperatura es un deterioro químico de un material (normalmente un metal) bajo condiciones de muy altas temperaturas. Esta forma no galvánica de corrosión puede ocurrir cuando un metal está sujeto a una temperatura elevada en una atmósfera que contenga oxígeno, sulfuros u otros compuestos.
Características: Formación de una capa superficial
Si el oxido es adherente y el α del oxido . es igual al α del acero, entonces esa capa . superficial protegerá al acero. Las condiciones para que un oxido sea protector a altas temperaturas son las siguientes: Buena adherencia, punto de fusión alto, baja presión de vapor, coeficiente de expansión térmico casi igual al del metal, plasticidad a alta temperatura para evitar su ruptura, baja conductividad eléctrica, bajo coeficiente de difusión para iones metálicos y oxígeno. La oxidación seca (excepto en incendios) no es un problema desde el punto de la Ingeniería Civil, pero desde el punto vista de la Ingeniería Mecánica sí.
CORROSION ACUAOSA: Ánodos (zona anódica) Se necesita:
Electrodos:
Cátodos (zona catódica) La corrosión electroquímica se establece cuando en una misma superficie metálica ocurre una diferencia de potencial en zonas muy próximas entre sí en donde se establece una migración electrónica desde aquella en que se verifica el potencial de oxidación más elevado, llamado área anódica hacia aquella donde se verifica el potencial de oxidación más bajo, llamado área catódica. El conjunto de las dos semi-reacciones constituye una célula de corrosión electroquímica. La corrosión electroquímica es debida a la circulación de electrones entre zonas de diferente potencial, en contacto con el medio conductor. Esta diferencia de potencial puede darse entre dos puntos de un mismo material en cuyo caso la diferencia de potencial no acostumbra a ser elevada o entre diferentes metales dando lugar a una pila galvánica en la que la corriente de corrosión es importante. Es característica de este tipo de corrosión la localización de la zona de corrosión; esto puede dar lugar a consecuencias catastróficas a pesar de que la pérdida de material puede no ser muy importante. En una pila de corrosión la pérdida de material corresponderá a la zona o metal más electronegativo que se denominará zona anódica y será donde se concentra la salida de la corriente al medio. La zona de entrada de la corriente, denominada zona catódica no sufrirá ningún deterioro y corresponde al potencial más electropositivo. La corrosión galvánica es la más común y se establece cuando dos metales distintos entre sí actúan como ánodo uno de ellos y el otro como cátodo. Aquel que tenga
el potencial de reducción más negativo procederá como una oxidación y viceversa aquel metal o especie química que exhiba un potencial de reducción más positivo procederá como una reducción. Este par de metales constituye la llamada pila galvánica. En donde la especie que se oxida (ánodo) cede sus electrones y la especie que se reduce (cátodo) acepta los electrones.
En los metales una consecuencia muy importante de la oxidación es la corrosión, fenómeno de impacto económico muy negativo. La corrosión se produce cuando hay cualquier diferencia de: Composición / naturaleza. Forma cristalina (fases). Tensiones Temperaturas. Irradiación. Por lo tanto lo ideal es que el materia sea lo más homogéneo posible. FACTORES INFLUYENTES EN EL CONCRETO ARMADO: PH > 12, 14 Fluidos en medios porosos Aguas salobres o salinas Aceleradores de fraguado Contenido de cemento ✔ Contenido de agua: Debe ser el mínimo posible para q la porosidad del concreto disminuya. ✔ Temperatura: En países fríos la corrosión disminuye en el invierno ✔ Humedad relativa: En climas secos no hay corrosión. En climas excesivamente secos si hay problemas de corrosión. Nieblas salinas Contaminación atmosférica ✔ Arenas contaminadas: Problema frecuente en Maracaibo. ✔ Contaminantes líquidos • • • • •
Agua salada Agua con yeso Agua carbonatada ✔ Leche: La leche ataca el concreto. Melaza Aceites Acido fosfórico CORROSION: En Venezuela uno de los lugares más propensos para que las estructuras presenten corrosión es paraguaná. Zonas desérticas Reacción álcali - agregado Eventual presencia de cal viva. (Granito). Cura: Los inhibidores no son soluciones definitivas. (solo trabajan durante algún tiempo). Los alcalinizantes requieren tecnologías especiales de aplicación. La protección catódica funciona bien en muelles pero es difícil de aplicarla en edificios. REGLAS DE REEMPLAZO: 1. Pérdida de área > 20% original. Si son todas las cabillas > 10% 2. Limpieza total de la armadura (líquidos + cepillado) Fijación de oxido remanente (tanino) •
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De modo que el nuevo mortero rodee la totalidad de la cabilla Para reparar 3. Si se repara una columna o una viga, el refuerzo debe quedar desnudo y el mortero nuevo debe rodear y cubrir toda la armadura. 4. Debe repararse el 150% del área afectada (en volumen).
INCENDIOS: FUEGO: Carga calórica. ✔ Significado de la clasificación UL en horas ( margen q se le da a los bomberos) ✔ Función de los recubrimientos anti-fuego. (paliativos). ✔ Compartimentación: funciona muy bien en casos de incendio. Por ello, una de las medidas de protección pasiva contra incendios consiste en compartimentar los edificios en sectores de incendio de tal forma que, en caso de ocurrencia de un incendio, éste quede confinado (tanto las llamas como el humo y gases tóxicos) en un área donde pueda ser extinguido por los cuerpos de Bomberos. ✔ Aspersores: Están destinados a proteger un área muy pequeña (2 o 3)m. cualquier incendio que ocurra lo detiene en seguida. Sin embargo estos aspersores necesitan mantenimiento para evitar el goteo. Se considera que la instalación de aspersores es la forma más eficiente, más barata y más segura de controlar el incendio. ✔ Tuberías secas: No tienen agua (no se oxidan). Son para que los bomberos transporten agua hasta el lugar del incendio. ✔ Tuberías húmedas: Las Tuberías permanecen en todo momento llenas de agua. El agua se descarga inmediatamente a través de los rociadores que se hayan abierto. Sólo se descargarán aquellos rociadores que se hayan abierto por el calentamiento producido por el fuego. El sistema de tubería húmeda es el más seguro y simple de todos los sistemas de instalaciones con rociadores, puesto que su funcionamiento depende tan solo de los propios rociadores.
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Extintores: (aire:CO2, polvo, agua). Gases inertes •
NOTAS DE •
Los avisos de incendios se colocan en la parte inferior, nunca arriba, ya que el humo sube y los avisos no se ven. En una estructura de concreto por más fuerte que sea, se deben usar recubrimientos grandes para protegerla de los incendios.
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Preferiblemente, en una estructura de acero se deben usar juntas empernadas. Las soldaduras son muy delicadas porque no todos los aceros son soldables . El agregado liviano duplica el tiempo de trasmisión del fuego. A 400ºc el modulo de elasticidad del acero baja a la mitad Las estructuras de acero no se caen, siempre y cuando estén bien hechas. Solo de deforman. Para evitar la propagación de un incendio se debe reducir el nº de huecos lo máximo posible. No se debe usar en una estructura vidrio con templado químico. Es necesarios que en edificios altos, se hagan simulacros de escape una o dos veces por mes. La porcelana que se usan en los baños (cerámica) se deben dejar remojando durante 24 horas para q se saturen y de esta manera se pegan mejor, pero hoy en día esto no se hace por el tiempo que amerita.
CONCEJOS PARA MITIGAR EL INCENDIO: ✔ Usar agregados livianos en losas. ✔ Hacer las losas gruesas (preferiblemente macizas). ✔ Control de aberturas. ✔ Vulnerabilidad de losas livianas. ✔ Muebles o rellenos que no se quemen. (agregarles sustancias que retarden el fuego) ✔ Vidrios que no estallen. Templados Laminados, 2 o 3 capas. ✔ Tabiques de combustión lenta. (Los mejore tabiques son los de yeso, pero lamentablemente en Venezuela no hay disponibilidad). El problema del yeso es que durante el día se calienta mucho el edificio y durante la noche se enfría. ✔ Lo más importante de todo es controlar la carga calórica. Por ejemplo usar escritorios metálicos en lugar de madera. SEÑALIZACION: Se deben colocar dentro de las instalaciones las señalizaciones adecuadas y suficientes que permitan actuar de forma más rápido durante un incendio.
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De evacuación
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De Incendio:
COMPARTIMENTACION: La compartimentación es un sistema de separación cuya misión es evitar la propagación de un incendio durante un determinado tiempo. Una correcta compartimentación del edificio facilita la evacuación, la intervención de los bomberos, y disminuye las pérdidas. La compartimentación se consigue con elementos de construcción resistentes al fuego, ya se trate de elementos de partición interior (muros, tabiques y forjados que delimitan los sectores) o estructurales con capacidad portante (pilares, vigas, muros)
La efectividad de una barrera depende de su inherente resistencia al fuego, de los detalles de su construcción y de los huecos que tenga, tales como ventanas, puertas, conductos, tuberías, tendido eléctrico y parrillas. Es muy común que las barreras fracasen porque hayan aparecido penetraciones en ellas. Por ejemplo, la resistencia de un tabique se pierde al dejar una puerta abierta. Tanto los gases como el humo pueden desplazarse por el edificio con mayor rapidez y facilidad que las llamas y el calor. Por tanto, hay que diseñar las barreras de modo que lo sean también para el humo y para los gases, que además son la mayor causa de mortandad en incendios. Además de la compartimentación como medida de contención de incendios, hay que tener en cuenta la necesidad de dotar a los edificios de una suficiente integridad estructural, para no derrumbarse por la acción de las altas temperaturas que se alcanzan en un incendio, lo que supone una pérdida de las características de resistencia mecánica de los elementos estructurales. Los elementos de partición interior (forjados, muros, tabiques, patinillos de servicio, puertas de paso, tapas de registro, etc.) que dividen a los edificios en sectores de incendio, deben ser resistentes al fuego durante un tiempo determinado. El principal problema que se presenta es la vulneración de la resistencia al fuego al aparecer aberturas en los elementos de partición. Normalmente, el fuego se propaga en un edificio compartimentado a través de puertas abiertas, huecos de escaleras y cajas de ascensores sin cerrar, aberturas sin proteger y espacios combustibles ocultos sin compartimentar. Además, para que un elemento de partición interior tenga la resistencia al fuego diseñada, ha de estar debidamente construida y mantenida y las aberturas que se hagan se han de proteger.
ASCENSORES Y ESCALERAS: Las escaleras y los ascensores, como cualquier otro sistema de comunicación vertical (conductos de lavanderías, etc.), pueden ser medios importantes de propagación del fuego y del humo debido al efecto chimenea. Igualmente, las aberturas en el suelo para las escaleras mecánicas pueden ser un camino ideal para el fuego y el humo. Las cajas y huecos de escaleras y ascensores se cerrarán con muros cortafuego de un grado apropiado y las aberturas de acceso a plantas se protegerán con puertas cortafuego de un grado apropiado. SOLUCIONES DE ENCAMIZADO DE COLUMNAS QUE NO SON SATISFACTORIAS:
CRITICAS: 1. Falta de unión entre el concreto y el acero. 2. El acero de los angulares y las pletinas resisten solo el 50-60% de lo que resisten las cabillas. 3. Las soldaduras son realizadas desde el exterior. 4. Es muy difícil pasar los angulares como armadura continua de un piso a otro. 5. La capacidad a cortante de la estructura de acero externa es baja por pandeo local una vez que el concreto falla. Las soldaduras no son confiables. En cambio los pernos si lo son. NOTAS VARIANTE EN CHAPA DE LA MISMA SOLUCION: DE 1. Se tienen los mismos problemas si la chapa no es gruesa, en cuyo caso la soldadura es de orden grueso. 2. Las chapas se pueden unir entre si y al concreto. 3. Es muy difícil continuar el refuerzo de un piso a otro. •
FIBRA DE CARBONO: El empleo de refuerzos con fibra de carbono en edificación, surge como una alternativa eficiente y económica a los sistemas tradicionales de platabandas metálicas. La necesidad de reforzar una estructura surge por diversos motivos: cambios de uso, asientos diferenciales, defectos de diseño o construcción, modificación de criterios ante la respuesta sísmica, pérdidas de resistencia por problemas de durabilidad, explosión, fuego, impacto, etc. Los refuerzos de fibra de carbono pueden ser instalados rápida y fácilmente sobre superficies planas o curvas, alrededor de pilares y vigas, y en áreas de limitado acceso, interrumpiendo mínimamente la actividad de la instalación. La flexibilidad y adaptabilidad de los materiales de fibra de carbono a diversas geometrías, permite ejecutar refuerzos prácticamente inabordables mediante chapa, tales como túneles, bóvedas o arcos.
Esta tecnología se utiliza para incrementar la resistencia a tracción y cortante de todo tipo de elementos estructurales como vigas, pilares, muros y losas. Habitualmente, se emplean dos tipos de refuerzo: laminado que viene prefabricado en forma de banda, y tejido para ser laminado in situ. La dirección de la fibra en los laminados es unidireccional. Si se requiere refuerzo en dos direcciones se deben solapar capas cruzadas. Las características típicas de la fibra de carbono se recogen en el cuadro siguiente:
MÓDULO ELÁSTICO
240. 000 MPa
RESISTENCIA A LA TRACCIÓN
3.800 MPa
ENLONGACION ÚLTIMA
1,55%
E fibra > E concreto E fibra > E acero ESFUERZO DE ROTURA
40.000Kg/cm2
Refuerzo a tracción: El refuerzo a tracción se consigue mediante la adhesión del sistema
a la cara traccionada del elemento a reforzar.
Refuerzo a cortante: La resistencia a esfuerzos cortantes puede ser mejorada mediante
la adhesión transversal alrededor del elemento y orientando las fibras perpendicularmente a la dirección potencial de corte o rotura.
ÁMBITOS DE APLICACIÓN DE LA FIBRA DE CARBONO: ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔
Paredes sometidas a cargas excesivas de flexión, efecto cizalla o impacto. Columnas, muros y chimeneas sometidas a excesivas cargas de flexión y confinamiento (sísmica). Pilares sometidos a fuertes compresiones mediante arrollamientos en espiral con tejido de fibra de carbono, reforzado con laminado. Silos y tanques sometidos a excesivas cargas circulares. Vigas y losas sometidas a cargas excesivas de efecto cizalla, a un par de fuerzas negativo o positivo y a la flexión. Tuberías y túneles sometidos a excesivas cargas laterales y esfuerzos circulares y de flexión. Puentes u otras estructuras de madera o acero para aumentar su capacidad de carga. Construcciones industriales y aparcamientos de varios niveles y en la construcción en general (reconstrucción, modificaciones de construcción).
VENTAJAS DE LA FIBRA DE CARBONO:
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Menor peso. Las láminas de fibra de carbono pesan 10 veces menos que el acero. Mayor resistencia. Las láminas de fibra de carbono resisten 10 veces más tensión que el acero. Ello permite disminuir el tamaño del refuerzo necesario. Mayor flexibilidad. Facilidad de manejo (por su flexibilidad y poco peso). Facilidad de transporte (enrollada). Longitud no restringida. Elimina los empalmes que eran necesarios con las chapas de acero. Además, estos empalmes no podían ser ejecutados por soldadura de las placas ya colocadas, pues el calor necesario afecta a la resina epoxi de pegado. Mejor adaptación a los soportes por su flexibilidad. Permite cruces de las láminas sin ninguna tarea adicional, por su poco espesor y gran flexibilidad. Menor interferencia con el resto de elementos de la obra. Instalación muy rápida. No sufre corrosión ni ningún otro tipo de ataque químico. Mejor comportamiento ante la fatiga que el acero.
LIMITACIONES: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Aplicación especializada. Vulnerables al fuego. Son aún caras. No se pueden doblar 90º. (hay q redondear las esquinas) No sirven como refuerzo a compresión. Trabajan bien a tracción. Pueden resistir cortantes si se cruzan 90º Pueden sustituir los confinamientos nodales.
OSCULTACION: Verificación con instrumentos las condiciones de las estructuras.
FUEGO CONCEPTOS FUNDAMENTALES: ➢
CARGA CALÓRICA:
Este concepto representa la cantidad de calor que se generaría si TODO el material combustible presente en el sitio se quemara completamente, medido en cuantas calorías o Kilocalorías se generarían por cada metro cuadrado de área incendiada (o potencialmente incendiada). Por lo que su cálculo consiste en hacer un "listado" de todos los materiales en el sitio (incluyendo los materiales de acabados tal como pisos, alfombras, papeles, etc.), determinando la cantidad de Kilogramos de cada uno de dichos
materiales. Las cantidades de cada material se multiplican por el "Calor de Combustión" del material correspondiente, y al final se suma todo el calor que potencialmente se produciría y se divide por el área evaluada.
CONDUCTIVIDAD TERMICA: La conductividad térmica es una propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor . En otras palabras la conductividad térmica es también la capacidad de una sustancia de transferir la energía cinética de sus moléculas a otras moléculas adyacentes o a substancias con las que está en contacto. La conductividad térmica es una magnitud intensiva. Su magnitud inversa es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor. La conductividad térmica es elevada en metales y en general en cuerpos continuos, es baja en polímeros, y muy baja en algunos materiales especiales como la fibra de vidrio, que se denominan por ello aislantes térmicos. Para que exista conducción térmica hace falta una sustancia, de ahí que es nula en el vacío ideal, y muy baja en ambientes donde se ha practicado un vacío bajo. Algunas recomendaciones: 1. 2. 3. 4.
Usar losas relativamente gruesas. Usar losas macizas (el bloque no es conveniente). Usar agregado liviano: duplica el tiempo de transmisión del fuego. Usar conectores de corte.
CAPACIDAD CALORIFICA: La capacidad calorífica de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que experimenta. En una forma menos formal es la energía necesaria para aumentar una unidad de temperatura de una determinada sustancia. Indica la mayor o
menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como una medida de inercia térmica En estructuras de acero es importante no usar soldaduras si no pernos
➢
IRRADIACION:
La irradiación solo tiene sentido en las fachadas. Es dañina porque si hay un cuarto muy cerrado y las paredes se calientan el calor irradiado puede quemar los muebles.
ACCESO DEL OXIGENO: No usar vidrios con templado químico ya que durante un incendio pueden estallar y el oxigeno entrara y hará que el incendio sea mayor. ➢ ➢
VENTILACION: (Humos) CAMBIOS EN LOS MATERIALES: (Concreto Vs Acero) (Madera tratada)
El mejor material es la madera tratada químicamente. Otro material excelente son los edificios de concreto
•
Uno de los grandes factores que motivo el incendio en la torre de parque central fue la gran cantidad de carga DE calórica que allí se encontraba, ya que en esa torre estaban una gran cantidad de papeles, entre ellos los planos de caracas. Mientras menos carga calórica haya es mejor. Las cabillas tienen buena conductividad y el concreto no, lo ideal es q el refuerzo sea grande. En la torre de Parque central que se incendio, los vidrios eran con templado químico, estallaron y el oxigeno que entró, avivo el fuego. Además habían aproximadamente unos 80 agujeros en la losas lo que permitió que el fuego pasara a los demás pisos. Poner recubrimientos grandes de aproximadamente 5 o 7 cm y más si hay vigas pre- y pos-tensada.
NOTAS
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Es recomendable usar las normas francesas de fuego para edificios de aproximadamente 6 pisos. Otro de los factores que incidió en la propagación del fuego en la torre de Parque Central es que nunca se hicieron los mantenimientos de los rociadores.
MEDIOS PREVENTIVOS ✔ Columnas refrigeradas: Es uno de los medios preventivos preferidos. Es difícil de hacerlo en Venezuela. ✔ Rociadores: (Es agua pulverizada). Es el método mas tradicional de todos. Requieren mantenimiento. Los rociadores se activan solos a los pocos minutos de comenzar el incendio. ✔ Tuberías secas: Tuberías adicionales y que afuera deben tener una conexión para que a la hora de un posible incendio los bomberos puedan conectarse. Son buenas en edificios de altura modesta. En edificios altos no son buenos. ✔ Tuberías húmedas ✔ Extinguidores: Son efectivos pero en el 95% de los casos son robados. ✔ Alarmas de fuego: Son relativamente económicas. Son muy sensibles. ✔ Simulacros: Son parte normal de la vida de un edificio alto. Se deben hacer una vez al mes, para que tanto las personas como los bomberos estén debidamente preparados para actuar a la hora de un incendio. ✔ Compartimentación: Como no llegan al techo las llamas pasan por encima. ✔ Indicadores fiables: (Equipo de bombeo) ✔ Avisos y señalización: Se da aviso a los ocupantes mediante timbres o megafonía y se señalan con letreros en color verde (a veces luminosos) las vías de evacuación. Hay letreros de color encarnado señalando las salidas que no sirven como recorrido de evacuación. También debe de haber un sistema de iluminación mínimo, alimentado por baterías, que permita llegar hasta la salida en caso de fallo de los sistemas de iluminación normales del edificio. Los sistemas automáticos de Alerta se encargan también de avisar, por medios electrónicos, a los bomberos. En los demás casos debe encargarse una persona por teléfono. EFECTOS SECUNDARIOS: ✔ Humos tóxicos: (Rellenos espumosos, muebles, plásticos) ✔ Tabiquería combustibles. ✔ Tabiquería favorable: Ladrillo, paredes de yeso, etc. ✔ Cielo Raso: Usar fibras minerales no orgánicas. Ventanas con vidrios. ✔ Puerta cortafuego: Es la puerta que sirve para impedir la propagación del fuego mediante un sistema de compartimentación y que permite la rápida evacuación en un edificio. Se considera una puerta resistente al fuego cuando es: Estable al fuego Estanca a las llamas • •
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Estanca a humos y gases Térmicamente aislante durante un tiempo determinado.
Pueden ser de metal, madera o vidrio. Las puertas de metal son las más eficaces. Normalmente fabricadas con dos chapas de acero y lana de roca en su interior. Pueden ser de una o dos hojas, y en cuanto al sistema de apertura se fabrican abatibles, correderas, corredera suspendida, guillotina, de elevación, enrollable, pivotante. Las puertas de vidrio son menos eficaces, pero de mejor apariencia. Suelen instalarse en edificios singulares. La puesrta esta en una pared doble con una rampa. ✔
✔
Uso de tanques de reserva de agua, Helipuertos. Comunicaciones protegidas. Accesos bomberiles. Aberturas.
TERMINOLOGÍAS: CATEGORIZACION EN HORAS: TEMPERATURA
TIEMPO
➢
TEMPERATURAS LIMITES
Afectan la rigidez y la resistencia de los materiales. La temperatura en un edificio puede llegar a oscilar entre los 600º y 900ºC. ➢
FLASHING: (Etapa combiustible, losas livianas).
Se mide cuando la estopa empapada se quema. ➢
FLASH-OVER: (Tanques de combustibles). Es la transición de un incendio, de su fase de desarrollo a la fase de incendio totalmente desarrollado, en la cual la liberación de energía térmica es la máxima posible, en función del combustible causante del mismo. Es una combustión que afecta a todo un recinto cerrado en el que todos los materiales que se encuentran en el mismo se ven implicados en el
incendio, entrando en combustión de forma súbita y casi simultánea. En ese momento el calor radiado, puede alcanzar los 20 kW/m², a este momento, preceden los llamados Rollover, o bien llamados "Lenguas de fuego"; estos rollover son la combustión espontánea del humo que recorre paredes, suelos y techos en el interior del recinto; este fenómeno es el causante del desarrollo generalizado del incendio llamado Flashover. En un recinto cerrado donde se produce una combustión incompleta por falta de oxígeno todos los productos que hay en el interior están más calientes que su punto de inflamación pero no arden por esa falta de oxígeno; Al abrir la puerta, romper una ventana, etc., se introduce el aire aportando oxígeno con lo que prácticamente al mismo tiempo empiezan a arder todos los materiales del recinto de forma violenta. Este fenómeno se denomina Backdraft. FISICAMENTE
VIDRIOS TEMPLADOS: QUIMICAMENTE
➢
PUERTAS CORTAFUEGO. EXTINTORES: Solo se usan cuando hay equipos muy sofisticados.
DEFENSAS: •
Concreto ✔ ✔ ✔ •
✔ ✔ ✔ ✔
Recubrimientos generosos Capas ignifugas Pinturas ampollantes. (Equipo eléctrico) Friso rico en yeso.(En Venezuela es casi imposible porque no hay mucho yeso). Acero: Tabiquería de ladrillo. Hiperestaticidad. Uniones con solapamiento. (perno es mas seguro que soldadura. (pernos o remaches) Conectores de cortante.
MEDIOS DE ESCAPE: ✔ ✔ ✔ ✔
ESCALERAS: Todas deben ser iguales RESCATE EN TECHO MEDIOS DE EMERGENCIA: Tienen que estar fuera del edificio. DISEÑO ARQUITECTÓNICO CON ESCALERAS PERIFERICAS EXTERNAS: Esta solución es para climas tropicales UN EDIFICIO CONSTRUIDO ALREDEDOR DE UN PATIO TIENE VENTAJAS.
El recubrimiento anti-fuego da un pequeño margen de 1 a 2 horas para dar tiempo a que lleguen los bomberos. En Parque Central la temperatura límite llego a 900ºC. Hay que tener cuidado con el rescate en techos, ya que el helipuerto sobre los techos es muy peligroso y aviva el fuego, lo que se puede hacer es bajar una jaula para que las personas se monten.
• NOTAS
DE • •
MEDIOS PREVENTIVOS : ✔ ✔ ✔ ✔
Señalizaciones racionales. Zonas de refugio. Uso de concreto liviano en losas. Losas macizas o compuestas de espesores suficientes (aprox. 12-15 cm)
CEMENTOS ALUMINOSOS Y PUZ OLÁNICOS CEMENTOS ALUMINOSOS: Este cemento se obtiene por la fusión de una mezcla de Caliza y Bauxita en determinadas proporciones, pulverizando el producto resultante, que deberá tener más del 32% de alúmina y menos del 20% de óxido de Hierro. Suele tener un color muy oscuro y una gran finura de molido. Es de una gran estabilidad de volumen. La duración del fraguado es análoga a la del Cemento Portland, es decir, lenta, puesto que no empieza hasta un par de horas después de haber sido amasado; pero suele terminar antes, alrededor de las cuatro horas. Sus propiedades más interesantes son la resistencia a corto plazo, a los ataques de ácidos y a los ambientes agresivos (sulfatosos y marinos ). Las reacciones del fraguado del Cemento Aluminoso desprenden mucho calor, por lo que también son importantes para hormigonados en zonas muy frías. En este cemento se puede producir la aluminosis (que se puede dar cuando existe un ambiente continuado de humedad y la temperatura es elevada -más de 25ºC-) en la que se produce la conversión de aluminatos hexagonales en cúbicos, afectando dicha transformación a la porosidad y resistencia de mecánica: el hormigón se vuelve más poroso y la resistencia puede llegar a reducirse hasta un 75%.
Constituyentes principales: •Al2O3 (35-45%)
•CaO (35-40 %) •SiO2 (5%) •Fe2O3, (5-10%) •MgO, TiO2,....
Propiedades: ✔ Endurecimiento rápido ( R en t<24h) ✔ Propiedades refractarias (Pueden soportar T hasta 1800ºC =f (%Al2O3)) ✔ Reacción química (sulfatos) (ya que no se forma CaO libre) ✔ Reacción desgaste Plantean problemas porque el ACH 10 (hexagonal) es inestable y se transforma en C3AH (cúbico) que reduce volumen, perdiendo resistencia. Esta transformación empieza a los 28 días y en un año se ha producido casi totalmente. Al cabo de 15 a 20 años cambian de fase. Se usa en hornos (soporta hasta 1600 °C), hormigones refractarios, prefabricados y obturaciones de agua debido a la rapidez de fraguado y a su alta resistencia a las aguas agresivas. No debe emplearse en estructuras. CEMENTOS PUZOLÁNICOS: El Cemento Puzolánico es una mezcla de cemento Portland y puzolanas naturales o artificiales en proporción del 15 al 40%, según sea la más conveniente. Este tipo de cemento es de mayor resistencia a los agentes químicos, se caracteriza por desarrollar menos calor al fraguar, tener menor dilatación y ser más impermeable que el Cemento Portland, disminuyendo la exudación y segregación. Su nombre deriva de la puzolana , una fina ceniza volcánica de la región del Lazio y la Campania, cuyo nombre se debe a la localidad de Pozzuoli, cercana a Nápoles, situada en las faldas del Vesubio. Posteriormente se ha generalizado el nombre para los cementos con cenizas volcánicas de otros lugares. Cuando la puzolana se mezcla con cal (en la relación de 2 a 1) se comporta como el cemento puzolánico, y permite la preparación de una buena mezcla en grado de fraguar incluso bajo agua. Esta propiedad permite el empleo de hormigón resistente al embate del agua, ya entendido por los romanos durante el imperio: El antiguo puerto de Cosa fue construido con puzolana mezclada con cal apenas antes de su uso y colada bajo agua, mediante un tubo, para depositarla en el fondo sin que se diluya en el mar. Los tres muelles aún perduran después de 2100 años. La puzolana es una piedra de naturaleza ácida, muy reactiva, al ser muy porosa y puede obtenerse a bajo precio. Un cemento puzolánico está formado por: 55 a 70% de clinker Portland 30 a 45% de puzolana 2 a 4% de yeso Este cemento es ideal para ser usado en climas calurosos o para coladas de grandes dimensiones. • • •
El cemento volcánico se emplea generalmente donde se necesita alta permeabilidad y durabilidad.
NOCIONES SOBRE LAS CIENCIAS DE LOS MATERIALES (SÓLIDOS). SOLIDOS ESTRUCTURALES: Se ocupa fundamentalmente de los sólidos. No se tratan ni los líquidos ni los gases, ni las propiedades químicas (excepto en campos limitados). Líquidos
Hidráulica: Mecánica de fluidos, hidrostática, líquidos en r eposo Tribología (Lubricantes): Ciencia del roce.
PUNTOS DE PARTIDA: Interacciones mecánicas a nivel atómico
Aclaratorias: ATOMO: Núcleo nubes de electrones. El núcleo representa el 99.9% de la masa del átomo, y está compuesto de protones y neutrones, rodeados por una nube de electrones, que en un átomo neutro igualan el número de protones. •
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IÓN: Átomo desequilibrado en cuanto a carga eléctrica. Le sobran o le faltan electrones. Un ion es una partícula cargada eléctricamente constituida por un átomo o molécula que no es eléctricamente neutra. Conceptualmente esto se puede entender como que, a partir de un estado neutro de un átomo o partícula, se han ganado o perdido electrones; este fenómeno se conoce como ionización. MOLÉCULA: Se llama molécula a un conjunto de al menos dos átomos enlazados covalentemente que forman un sistema estable y eléctricamente neutro[.
INFLUENCIAS PRIMORDIALES: 1. TIPO DE ENLACES:
CRISTALOGRAFIA: Orden de los átomos. La cristalografía es la ciencia que se dedica al estudio y resolución de estructuras cristalinas. La mayoría de los minerales adoptan formas cristalinas cuando se forman en condiciones favorables. La cristalografía es el estudio del crecimiento, la forma y la geometría de estos cristales. La disposición de los átomos en un cristal puede conocerse por difracción de los rayos X. La química cristalográfica estudia la relación entre la composición química, la disposición de los átomos y las fuerzas de enlace entre éstos. Esta relación determina las propiedades físicas y químicas de los minerales. Cuando las condiciones son favorables, cada elemento o compuesto químico tiende a cristalizarse en una forma definida y característica. Así, la sal tiende a formar cristales cúbicos, mientras que el granate, que a veces forma también cubos, se encuentra con más frecuencia en dodecaedros o triaquisoctaedros. A pesar de sus diferentes formas de cristalización, la sal y el granate cristalizan siempre en la misma clase y sistema. 2.
3. DEFECTOS: Las redes no son totalmente regulares: ✔ VACANTES: se pueden desplazar. ✔ INCLUSIÓN. ✔ DISLOCACIONES.
✔
MICROAGRIETAMIENTO: Sucede a nivel molecular.
FASES: Se aplica a sistemas
Contacto entre dos sistemas. Revela cambio de composición. FASE = MACROESTRUCTURA
DISLOCACIONES: ✔ Lineal. ✔ Volumétricas. ✔ Espiral. METALES Y ALEACIONES : ➢ METALES ABSOLUTAMENTE PUROSSon aquellos que están tal y como son en la naturaleza sin sufrir ningún cambio o alteración. Todos los materiales están integrados por átomos los que se organizan de diferentes maneras, dependiendo del material que se trae y el estado en el que se encuentra. Estructura de los metales puros. Los metales, cuando están en su estado sólido, sus átomos se alinean de manera regular en forma de mallas tridimensionales. Estas mallas pueden ser reconocidas fácilmente por sus propiedades químicas, físicas o por medio de rayos X. Las propiedades de los Metales puros son: * Densidad. Relación entre la masa del volumen de un cuerpo y la masa del mismo volumen de agua. Estado físico. Todos son sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio. * Brillo. Reflejan luz. *Maleabilidad. Capacidad de los metales de hacerse laminas. * Ductilidad. Propiedad de los metales de moldearse en alambres e hilos. * Tenacidad. Resistencia que presentan los metales a romperse por tracción. * Conductividad. Son buenos conductores de electricidad y calor.
➢
ALEACIONES: es una mezcla homogénea, de propiedades metálicas, que está compuesta de dos o más elementos, de los cuales, al menos uno es un metal. Las aleaciones, al igual que los metales puros, poseen brillo metálico y conducen bien el calor y la electricidad, aunque por lo general no tan bien como los metales por los que están formadas. Las sustancias que contienen un metal y ciertos no metales, particularmente las que contienen carbono, también se llaman aleaciones. La más importante entre estas últimas es el acero. Con frecuencia las propiedades de las aleaciones son muy distintas de las de sus elementos constituyentes, y algunas de ellas, como la fuerza y la resistencia a la corrosión, pueden ser considerablemente mayores en una aleación que en los metales por separado. Por esta razón, se suelen utilizar más las aleaciones que los metales puros. METALES MULTIFASICOS MONOCRISTALINOS-POLICRISTALINOS
CHEQUEO DE UN EDIFICIO MUY ESBELTO POR PANDEO:
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LOS CERAMICOS: Son compuestos inorgánicos formados por elementos metálicos y no metálicos cuyos enlaces interatómicos pueden ser de carácter totalmente iónicos o predominantemente iónicos con algún carácter covalente LOS POLÍMEROS: Los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros.
Un polímero no es más que una sustancia formada por una cantidad finita de moléculas que le confieren un alto peso molecular que es una característica representativa de esta familia de compuestos orgánicos. ✔ TERMOPLASTICOS: Reversibles. Se pueden ablandar a calentarse y luego se endurecen al enfriarse. de calentarse y moldearse pueden recalentarse y formar otros objetos ✔ TERMOFILICOS: No se ablandan al calentarse después de enfriarse la forma no cambia y arden. Los metales absolutamente puros casi no se pueden usar, ya DE que son “monocristales”, es decir, tienen muy baja resistencia. Los metales NO son el mejor material. Las aleaciones son las q hacen q el material funcione. Es fácil cambiar la resistencia de un material, pero es IMPOSIBLE cambiar su rigidez. Los cerámicos son casi todos muy frágiles. PROPIEDADES MECÁNICAS DE INTERES: ✔ RIGIDEZ: (MODULO DE ELASTICIDAD): Los módulos de elasticidad representan el grado de rigidez de un material FLEXIÓN TRACCIÓN CORTANTE COMPRESIÓN ✔ RESISTENCIA: Carga última. Carga máxima resistida ✔ DUCTILIDAD: La ductilidad es la propiedad que tiene un material de deformarse visiblemente (plásticamente) antes de llegar a la ruptura. Esto es, que el material puede ser estirado considerablemente antes de romperse. Las medidas más comunes en que se presenta la ductilidad es el porcentaje de elongación y la reducción del área en el ensayo de tensión. ✔ FRAGILIDAD: (se mide con el ensayo de CHARPY). Se dice que un material no dúctil, se vuelve quebradizo, esto quiere decir que se quiebra o se rompe con poco o ningún esfuerzo o alargamiento. ✔ RESILIENCIA: (Material absolvedor). Es una magnitud que cuantifica la cantidad de energía por unidad de volumen que almacena un material al deformarse elásticamente debido a una tensión aplicada. ✔ TENACIDAD: es la energía que absorbe un material antes de romperse. Por eso el concepto está asociado a la resistencia. PROPIEDADES QUIMICAS: ✔ Valencia ✔ Pesos y números atómicos ✔ Equivalentes ✔ Tipos de moléculas • NOTAS
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Solubilidad. ✔ Mol. ✔ Punto de fusión. ✔ Punto de ebullición. ✔ Solución molar. ✔ Líquidos polares ( tienen carga eléctrica) ✔ Líquidos no polares. PROPIEDADES ELECTRICAS: ✔ Constante dieléctrica ✔ Voltaje de perforación-voltaje dieléctrico: (Voltios necesarios para abrir un agujero en una lamina) ✔ Temperatura ✔
CARACTERISTICAS QUE DIFERENCIAS EDIFICIOS DE PANTALLAS DE EDIFICIOS APORTICADOS 1. AUSENCIA DE NODOS. Los edificios de pantallas son mejores estructuralmente a la hora de un sismo, ya que es difícil que se caiga. Ventaja: El momento de volamiento se absorbe por fuerzas axiales grandes en las columnas y pequeñas en las columnas de adentro. En los edificios de pantallas el momento de momento de volamiento sísmico absorbido por fuerzas axiales es de 10% y el momento de volamiento sísmico absorbido por momentos es de 90%
Los momentos de abajo, en las columnas absorben el 90% del momento de volamiento. Mientras que un pórtico absorbe el 90% de Momento de volamiento por fuerzas axiales y 15% por volamiento (muy poco)
2. NO SE DEBEN DEJAR ARRANQUES CORTOS. Las cabillas que sobresalen deben tener por lo menos 30 cm
3. SI LAS MALLAS TOMAN EL CORTE, NO PUEDEN TOMAR FLEXIÓN.
4. POR LA UNIÓN ENTRE LA PARED Y LA LOSA SIEMPRE SE CUELA AGUA. 5. SI LOS EDIFICIOS DE PANTALLA SON DE 4 O 5 PISOS NO PONER DINTELES. 6. SI LOS EDIFICIOS DE PANTALLA TIENEN MAS DE 18 PISOS, COLOCAR DINTELES. 7. MONTAR UN NODO ES COMPLEJO 8. AUSENCIA DE VIGAS Y COLUMNAS 9. TENSIONES DE TRABAJOS EN MUROS (no se puede prediseñar con carga vertical)
10. GRANDES SECCIONES RESISTENTES DE PARED DELGADA 11. FUNDACIONES NECESARIAMENTE RÍGIDAS Y FUERTES 12. CÁLCULO COMO PSEUDOPÓRTICO 13. DISEÑO POR DIAGRAMA DE INTERACCION ES ABSOLUTAMENTE INDISPENSABLE 14. REQUISITOS DE SOLAPE MAS SEVEROS QUE EN LOS PÓRTICOS 15. REQUISITOS DE CONFINAMIENTO MENOS SEVEROS. (en pantalla solo hay que confinar los primeros dos pisos). 16. ARMADURA CORTANTE PLANAS-MALLAS (malla mínima absoluta 2 o/oo
17.
TENSIONES DE CORTE ADMISIBLES DADAS POR JUNTAS. (ningún sistema aporticado resiste lo que resiste una pantalla)
18. DEFORMACIONES DE PANTALLA EN VOLADIZO MAYORES QUE LAS DE PORTICO. 19. DISEÑO DE DINTELES 20. RIGIDEZ ARQUITECTÓNICA 21. CAMBIOS ADICIONALES INCONVENIENTES 22. VACIADO EN ESPACIOS CONFINADOS – EFECTO DE PIEL. 23. UNIFORMIDAD VERTICAL DEL DISEÑO COMO REQUISITO CONSTRUCTIVO 24. POSIBILIDAD DE CALCULO POR METODOS DISCONTÍNUOS 25. PROGRAMACION FIRME Y SEVERA DE LOS MÉTODOS DE TRABAJO. 26. LOSAS MACIZAS ARMADAS CON MALLAS EN DOS DIRECCIONES 27. MAYOR CONSUMO DE MATERIAL QUE EN LOS EDIFICIOS TRADICIONALES 28. PROBLEMAS DE AGRIETAMIENTO DEBIDO A LOS ACELERADORES DE FRAGUADO (recomendación: no usar aceleradores de fraguado). 29. EXTREMA SENSIBILIDAD. ASENTAMIENTOS. 30. GRANDES FACTORES DE SEGURIDAD PARA SU DESEMPEÑO CORRECTO.
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL CÁTEDRA: PATOLOGÍA Y EVALUACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS. PROFESOR: CONO MARIO PAPARONI MICALE
PATOLOGÍA Y EVALUACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS
