fallas[1]

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACULTAD DE INGENIERÍAEscuela Académico Profesional de Ingeniería Civil

I. INTRODUCCION

A medida que las ciudades se desarrollan son mayores sus requerimientos de vivienda,

transporte y comunicación, lo que se traduce en la necesidad de nueva y más moderna

infraestructura. Ante este requerimiento, el ingeniero civil debe estar preparado

técnicamente para afrontar los nuevos desafíos con la mayor responsabilidad y preparación

posible.

En tal sentido, el desarrollo del presente tema se torna muy importante porque permite

consolidar, reforzar y ampliar los conocimientos básicos del estudiante de Ingeniería civil

acerca de las fallas que pueden tener las edificaciones.

Los fuertes terremotos acontecidos en las diversas zonas sísmicas de nuestro planeta, han

dejado en evidencia la directa relación entre los desplazamientos laterales y el nivel de daño

estructural y no estructural presentado en las edificaciones.

El termino ingeniería estructural se aplica a la especialidad de la ingeniería civil que permite

el planeamiento del diseño de las partes que forman el esqueleto resistente de las

edificaciones más tradicionales como edificios urbanos, construcciones industriales, puente,

estructuras de desarrollo hidráulico y otras.

El esqueleto estructural forma un sistema integrado de partes, denominadas elementos

estructurales: vigas, columnas, losas, zapatas de cimentación y otros.

A menudo se requiere resolver problemas de elevada complejidad que se resuelven

mediante técnicas de elementos finitos que obligan a penetrar en los calculo diferencial e

integral de diversas variables, temas de algebra líneal, ecuaciones diferenciales y métodos

numéricos y por ende utilizaremos todos los conocimientos adquiridos en el curso de

dinámica de suelos.

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II. OBJETIVOS

III. MARCO TEORICO

EDIFICACIONES

Según Dr. Genner Villareal “el Perú es un país altamente sísmico y según la clasificación

mundial le corresponde 9 grados en la escala Mercalli Modificada. Cerca de 18 millones de

peruanos viven en zonas sísmicas y están expuestos a las constantes amenazas de

ocurrencias de sismos.”

Esos nos quieren indicar, que en las investigaciones que se han ido elaborando aún están

lejos de resolver el problema. Al mal uso de diseño estructural es por eso que cabe indicar,

que en investigaciones sísmicas, aún están lejos de poder resolver el peligro sísmico, el cual

se incrementa y al que están expuestos cotidianamente.

El entendimiento del comportamiento sísmico de las estructuras ha requerido de la

identificación de las características que han conducido a las fallas, o bien, a un buen

comportamiento estructural, y, también del análisis de los tipos de daños y de sus causas.

Las construcciones en zonas sísmicas se incrementan a diario en nuestro país. En

consecuencia, la seguridad estructural tiene un valor importante en el desarrollo nacional. La

reducción de los costos, con la consecuente seguridad de las obras en zonas sísmicas es el

problema central de la construcción en nuestro país. La razón fundamental en la solución de

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este problema es la elaboración de metodologías de cálculo sísmico de edificaciones con

zapatas aisladas, considerando la real interacción suelo-estructura.

Por lo general, estas fallas pueden deberse a:

A) Inadecuada resistencia al cortante de los entrepisos debido a la escasez de elementos

tales como columnas y muros.

B) Grandes esfuerzos de cortante y tensión diagonal en columnas o en vigas.

C) Falla por adherencia del bloque de unión en las conexiones viga-columna debida al

deslizamiento de las varillas ancladas, o a fallas de cortante.

D) Grandes esfuerzos en muros de cortante, sin o con aberturas, solos o acoplados.

E) Vibración torsional por la falta de coincidencia en planta del centro de masas con el

centro de rigidez.

F) Punzonamiento de la losa de edificios construidos a base de losas planas.

G) Variación bruscas de la rigidez a lo largo de la altura del edificio.

H) Golpeteo entre edificios.

I) Amplificación de los desplazamientos en la cúspide de los edificios.

J) Grandes esfuerzos de cortante en columnas acortadas por el efecto restrictivo al

desplazamiento causado por elementos no estructurales.

INADECUADA RESISTENCIA AL CORTANTE DE LOS ENTREPISOS DEBIDO A LA

ESCASEZ DE ELEMENTOS TALES COMO COLUMNAS Y MUROS.

El colapso de los edificios se debe generalmente a la insuficiente resistencia a carga lateral

de los elementos verticales de soporte como son las columnas y muros.

Las fuerzas de inercia, cuya variación de la base hasta la cúspide del edificio es

progresivamente creciente, generan fuerzas cortantes decrecientes desde la base hasta la

cúspide, mismas que deben ser resistidas en

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CORTANTE DE LOS ENTREPISOS DEBIDO A LA ESCASEZ DE ELEMENTOS TALES

COMO COLUMNAS Y MUROS.

El colapso de los edificios se debe generalmente a la insuficiente resistencia a carga lateral

de los elementos verticales de soporte como son las columnas y muros. Las fuerzas de

inercia, cuya variación de la base hasta la cúspide del edificio es progresivamente creciente,

generan fuerzas cortantes decrecientes desde la base hasta la cúspide, mismas que deben

ser resistidas en cada nivel por el conjunto de dichos elementos verticales. De esta forma,

es necesaria un area transversal de muros y columnas suficiente para resistir

adecuadamente las fuerzas cortantes inducidas por el sismo.

FALLA POR ADHERENCIA DEL BLOQUE DE UNION EN LAS CONEXIONES VIGA-

COLUMNA DEBIDA AL DESLIZAMIENTO DE LAS VARILLAS ANCLADAS O A FALTA DE

CORTANTE.

Con frecuencia, en las conexiones entre los distintos elementos estructurales se presentan

elevadas concentraciones y complejas condiciones de esfuerzos, mismos que han

conducido a distintos y numerosos casos de falla especialmente en las uniones entre muros

y losas de estructuras a base de paneles, entre vigas y columnas en estructuras de marcos,

entre columnas y losas planas, y entre columnas y cimentaciones.

La vida del hombre se ha visto marcada, a través de la historia por la ocurrencia de sismos y

los efectos que ellos producen. De ahí la motivación de estudiar dichos eventos y tratar de

mitigarlos.

El escenario de pérdidas debido a un terremoto que afecte una ciudad, depende de muchas

variables, algunas de las cuales están asociadas al fenómeno mismo (por ej., características

del sismo, duración, trayectoria, distancia hipo central, etc.). También existen variables

relacionadas con el entorno y ubicación de las edificaciones como tipo y característica de los

suelos, topografía, etc.

Y otras variables directamente dependientes de las características físicas y dinámicas de las

edificaciones existentes como materiales, configuración estructural y otras. Desde este

punto de vista, la evaluación del posible escenario de pérdidas por sismo en un centro

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urbano depende de la amenaza sísmica y de la vulnerabilidad del escenario a dicha

amenaza.

Específicamente, la obtención de la vulnerabilidad requiere la determinación del grado de

susceptibilidad o no de ser afectado por la amenaza. Para escenarios urbanos se debe por

lo tanto determinar no solamente el tipo y características de la amenaza potencial sobre la

ciudad, sino también la respuesta y el nivel de daño de la misma.

AMENAZA SÍSMICA:

La estimación de la amenaza sísmica se puede realizar mediante métodos probabilísticos (también existen metodologías determinísticas) teniendo en cuenta variables como:

- Tipo y características de las fuentes sismo génicas que pueden potencialmente producir

sismos que afecten la ciudad y estudios geológicos, sismológicos y geotectónicos aportan

información en este contexto.

- Sismicidad histórica de la zona.

- Aspectos como magnitudes máximas de acuerdo a las fallas y longitudes de ruptura

probables.

- Distribución espacio-temporal de los sismos en o cerca de la zona a estudiar.

- Atenuación de las ondas sísmicas.

- Registros acelero gráficos disponibles.

Existen en la actualidad metodologías aceptadas para la evaluación de la amenaza sísmica

que involucran en mayor o menor grado cada una de las variables o características

anteriores. Es importante aclarar en este punto que la intensidad del sismo esperable en el

sitio debe ser entendida en términos generales como los valores de aceleración, velocidad,

desplazamiento o coordenadas espectrales de cualquier variable que permita inducir sobre

la estructura solicitaciones que requieran su respuesta ante ella dinámicamente.

Es por eso que se utiliza programas sofisticados para hacer los análisis sísmicos cómo se

comporta la estructura colocando todas las características que tiene el material que se va a

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usar pero sin dejar en desuso el criterio analítico y pensante que tiene la labor del ingeniero

estructural .A continuación mencionaremos algunos programas usados en la actualidad por

otros han sido desplazados por no ser tan precisos.

Se fundamenta en la aplicación del método de elementos finitos para el cálculo sísmico de

edificaciones, así como el uso de los programas SAP2000, LIRA y COSMOS, que cuentan

con respaldo internacional en obras y proyectos de gran envergadura.

El fundamento técnico de esta presentación está basado en el Análisis de Fallas

Estructurales que repercuten en la Construcción del Elemento.

Además de incluir en esta presentación de Análisis de Fallas Estructurales, el variable

tiempo en los métodos de diseño mecánico de estructuras de concreto, presentando un

ejemplo de diseño por durabilidad de estructuras de concreto.

El propósito de esta presentación es básicamente el reunir los conocimientos de

investigaciones en fallas frecuentes en las estructuras bajo diferentes criterios incluyendo el

tema de Diseño por durabilidad de materiales publicado a la fecha y transferirlos para

desarrollar un ‘modelo de durabilidad’ al diseño estructural de concreto.

“Falla es una condición no deseada que hace que el elemento estructural no desempeñe

una función para la cual existe.”

“Falla es la pérdida de función de un elemento tanto por deformación (fluencia) como por

separación de sus partes (fractura).

Una falla no necesariamente produce colapso o catástrofe, pero sin embargo, para el Ing.

Civil o Arquitecto del área de Inspección, distinguen dos tipos de Fallas.

A) Fallas Catastróficas caracterizadas por ser completas y repentinas.

B) Fallas por Degradación, cuya característica principal es la de ser graduales y parciales.

Por ello, el Ing. Civil como el Arquitecto del área de Inspección prefieren definir el término

“Conservación de Estructura” que el término “Falla”.

“Conservación de Estructura” como el conjunto de Operaciones y trabajos necesarios para

que la obra se mantenga con las características funcionales, resistentes e incluso con las

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estéticas originales con las que fue proyectada y construidas”. Dividiendo este conjunto de

Operaciones y trabajos en tres fases: Inspección, evaluación, mantenimiento.

Los mecanismos de Falla dependen de la estructura microscópica del material y de la forma

de sus enlaces atómicos. Para predecir La falla de materiales bajo cargas estáticas por

ejemplo; y poder hacer diseños de elementos de máquinas confiables, se han desarrollados

varias teorías para grupos de materiales, basándose en observaciones experimentales.

Se mencionaran las Fallas por Corte y por Tensión Diagonal, las cuales se presentan

conjuntamente con la flexión, no son acciones aisladas, se ha comprobado que la falla por

corte y tensión diagonal es de carácter más violenta que la falla por flexión; y por esta razón

se sobre diseña por corte, de modo que alcance la resistencia última por flexión primero que

por corte.

COMO RECONOCER DAÑOS SIMPLES Y DAÑOS ESTRUCTURALES:

Consideraciones generales:

Los sismos someten a las edificaciones a distintas fuerzas para las cuales pueden estar o

no preparados. De esta forma pueden generar daños estruturales y daños no estructurales,

que pueden ser peligrosos para los ocupantes. El primero compromete el esqueleto del

inmueble puede provocar derrumbes parciales o totales, y el segundo, por caída de

materiales.

Generalmente después de un sismo se suceden varias réplicas. Aun siendo de menor

magnitud, éstas actúan sobre estructuras o materiales que han sido deteriorados o están

inestables, por lo cual es muy importante hacer una revisión de la edificación.

Revisión externa:

Lo primero es revisar el hundimiento y la inclinación del inmueble.

El inmueble no debe estar hundido, pues indica que el suelo no es resistente. De la misma

forma no debe haber grietas grandes en el terreno o movimiento del suelo.

Tampoco debe estar inclinado. Para revisar la inclinación se ata un objeto pegado a un

cordel en la parte más alta del muro, y el cordel cae. En un muro de 2,3 mts de alto la

inclinación no debiera ser mayor a 4 mm. Si la inclinación es mayor, se debe abandonar el

inmueble hasta que sea revisado, sobre todo si es de más de un piso.

-Revisión interna: Si la inclinación no presenta problemas, se procede a revisar el interior METODOS NUMERICOS



del inmueble.

Es importante saber que hay elementos diseñados para soportar el peso de las estructuras y

otros que sólo sirven para aislaciones o separaciones estéticas.

Los elementos estructurales importantes son los muros, losas, columnas y vigas de

hormigón armado que la mayoría de las casas tiene. Estos elementos no deben estar

alterados. Si lo están, transforman la vivienda en insegura en diferentes grados.

Los elementos no estructurales son los tabiques que pueden ser de yeso, volcanita u otros.

En caso que no tengan elementos de hormigón armado, hay que diferenciar entre casas de

albañilería, adobe, madera u otros (ver más adelante).

INMUEBLES DE HORMIGON:

Los tabiques suenan huecos al golpear la pared con los nudillos, los muros son sólidos, se

notan “rellenos” al golpear. Las grietas en tabiques no importan pues no sostienen nada y

no revisten ningun problema para la estabilidad de la estructura. Es imporante saber que es

normal que se agrieten, pues ayudan al edificio a disipar la energía. De la misma forma

tampoco importan las grietas verticales u horizontales en un muro en donde se divide en

muro sólido y tabique, ésto es debido a la diferencia de flexibilidad de los materiales. Para

comprobar ésto, golpear con los nudillos o con un martillo (knock knock) a cada lado de la

grieta, a 2 cm. A un lado debiera sonar hueco y al otro no.

Aun así, si las grietas son muy pronunciadas, es recomendable no habitar junto a ellas. Las

réplicas pueden hacer caer el material y dañar a los presentes. Esta misma precaución debe

tomarse con otros elementos de fachada que se vean en peligro de derrumbe, como

vidrios, chimeneas, techos falsos o balcones.

Las grietas son importantes cuando están en elementos o muros estructurales.Cómo

se reconoce un muro estructural?: Conviene buscar el plano estructural del inmueble, ahí

sale claro. Estos planos normalmente están en la municipalidad. Si no se tiene este plano,

de forma general fíjese en lo siguiente:

Casas de concreto: Las columnas, vigas, muros y losas de entrepiso.

En edificios: Además de los anteriores, muros que rodean los ascensores y separan

departamentos.

Las vigas y columnas no deben estar dañadas pues son los elementos que sostienen la

estructura. Si están dañadas, el daño puede ser de rajaduras o grietas del concreto o a

exposición del fierro. Si el fierro se ve, indica daño muy severo, sobretodo si están cortados METODOS NUMERICOS



o doblados. En el caso de una casa de un piso, es conveniente no habitar la zona cercana a

la falla, si es de más de un piso o edificio, es recomendable abandonar el inmueble hasta

que sea revisado. En caso de que no se vea fierro a simple vista pero haya una grieta

importante, es conveniente revisar con un alfiler a traves de la grieta si el fierro está

expuesto.

Tampoco es bueno si una columna presenta grietas horizontales en los extremos superior e

inferior.

En los muros estructurales las grietas diagonales son las más peligrosas. Una grieta con

forma de X necesita una revisión urgente. Este tipo de daño suele ser reparable, a diferencia

de los problemas en los enfierrados.

Los muros estructurales pueden agrietarse en diferentes magnitudes. Una grieta menor a 2

mm suele no es peligrosa a menos que sea generalizada, en ese caso pedir una evaluación.

Si la grieta es de entre 2 mm y 5 mm se recomienda reparar la grieta rellenándola. Si es

generalizada en muchos lugares de la casa, se recomienda no habitarla hasta que sea

revisada. Si es de 5 mm a 1 cm, se recomienda no habitar la zona de la casa cercana al

daño, y ver si se puede reparar inmediatamente. En caso que la grieta sea mayor a 1 cm, se

recomienda abandonar el inmueble hasta que sea revisado.

En las losas de los techos vean si hay grietas oblicuas o diagonales desde las esquinas

hacia el centro, eso es también mala señal, pero son fácilmente reparables. Si las grietas o

fisuras en las losas del techo son paralelas a las ventanas, vigas o cadenas, entonces

puede ser estuco, y no representa daño. En el caso de losa radiante, esta suele no estar en

elementos estructurales.

En el caso de edificios, es imprescindible revisar las cajas de los ascensores, los primeros

5 pisos y los primeros dos subterráneos. Cualquier daño en esos pisos o en los muros de los

ascensores debe ser revisado urgentemente. Si hay grietas diagonales en los muros de los

ascensores o columnas de los subterráneos y 5 primeros pisos, es conveniente evacuar el

edificio de inmediato. En cualquier otro caso, es necesario llamar a una evaluación lo antes

posible. Las grietas en los muros perimetrales que no comprometan otras estructuras como

columnas, no son señal de daño estructural porque no están pensadas para resistir el peso

del edificio, solo son muros para espacios. Pero deben ser reparados.

CASAS DE ALBAÑILERIA Y ADOBE:

Para las casas de albañilería en general se debe tener las mismas consideraciones que

para inmuebles de hormigón, en cuanto a daño de vigas, columnas o tamaño de grietas en METODOS NUMERICOS



muros.

Es importante notar que si los muros de albañilería están bien hechos, las grietas debieran

ser verticales y a cierta distancia de los extremos. Si hay grietas diagonales, indica que el

muro no ha soportado bien las fuerzas horizontales y debe ser reparado. En el caso de

casas de ladrillo tipo princesam tampoco deben haber grietas en las esquiñas, pues es

donde suele estar la armadura.

En el caso de casas de adobe, éste suele ser rígido y no resistir bien los distintos tipos de

fuerzas que provoca un terremoto. Más aún, es importante mantener en cuenta para futuras

réplicas que a diferencia de otros materiales, el adobe no se deforma antes de colapsar,

sino lo hace de forma repentina. Es por lo anterior que siempre deben considerarse

vulnerables sísmicamente.

Si los muros tienen fisuras menores a 0,5 mm (medio milímetro) habitar con precaución y

reparar las fisuras posteriormente. Si los muros tienen fisuras mayores a medio milímetro

evitar habitar la zona de la casa involucrada, si la situación es general no habitar la casa.

En el caso de casas de madera, se recomienda no habitar la casa si se ven roturas en vigas

o columnas, o si hay daños en más del 20% de los muros de la casa.

III.DESARROLLO:

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Primera obra.

Ubicación:

Fotos:

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Segunda obra.

Ubicación:

Fotos:

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Tercera obra.

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Cuarta obra.

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Fotos:

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Quinta obra.

Ubicación:

Fotos:

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Sexta obra.

Ubicación:

Fotos:

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