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IDENTIFICACION DE LAS FALLAS ESTRUCTURALES MÁS COMUNES EN LA EDIFICACIÓN ACTUAL DE GUADALAJARA JALISCO PARA SU ESTUDIO Y EVALUACIÓN

14 jul

IDENTIFICACION DE LAS FALLAS ESTRUCTURALES MÁS COMUNES EN LA EDIFICACIÓN ACTUAL DE GUADALAJARA JALISCO PARA SU ESTUDIO Y EVALUACIÓN

 

 

Investigador titular: Dulce Guadalupe Sánchez Robles

 

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Actualmente en la ciudad de Guadalajara aun con los avances en la tecnología constructiva, seguimos encontrando fallas estructurales aun en las edificaciones más sencillas, por lo que se hace necesario enunciar y detallar las patologías más comunes en las estructuras existentes.

Los edificios más representativos de la zona metropolitana de la ciudad de Guadalajara, Jalisco, de diferentes tipologías existentes en la zona. Entre estas tipologías incluimos desde casas habitación, hasta edificios con más de 4 niveles de construcción, sin excluir edificios de notoria dificultad estructural.

El problema es que no podemos dejar que estas patologías se sigan difundiendo, ya que la ciudad necesita estructuras fuertes, preparadas para resistir cualquier esfuerzo.

Así como cargas accidentales como son los sismos, de los que la ciudad no está exenta.

 

JUSTIFICACIÓN

 

Muchos constructores, aún ingenieros, no tienen idea, de lo que un pequeño detalle no previsto puede ocasionar, en cuestión de estética y de estructura. En este documento pretendemos concientizar a ellos, de que el espacio habitable no solo debe ser bello y funcional, debe ser seguro en primer lugar y en estos tiempos con más razón, las personas necesitan sentirse seguras para lograr ese bienestar que nosotros como diseñadores de espacio queremos ofrecer al usuario.

Esto ocurre por no hacer caso a una especificación, así como por la ignorancia del constructor sobre la reacción que un elemento mal ubicado, especificado o hasta mal diseñado, puede tener al comenzar su trabajo estructural.

Para darle un punto más de importancia al problema debemos considerar que la ciudad de Guadalajara es propensa a sismos de alta magnitud, y que desde siempre se ha hablado de que está amenazada por un movimiento telúrico de importante magnitud, según investigadores de diferentes instituciones de la ciudad, transmitimos por este medio las palabras de un investigador de la Universidad de Guadalajara.

“Los sismos tienen un tiempo de recurrencia, vuelven a presentarse entre 80 y 100 años, no es una regla, pero casi siempre ocurre, y si es así y tomamos en cuenta el sismo de 1932, ya estamos sobre los 80 años y es probable que en cualquier momento se registre uno”, (Barrera Hernández, Guadalajara, Jal., 13 de enero de 2010, Texto: Lorena Ortiz).

PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN

 

  1. ¿Qué es una patología?
  2. ¿Cuáles son las patologías más comunes en los materiales de construcción?
  3. En una estructura, ¿Qué patologías pueden aparecer gracias a los materiales utilizados o por haber ignorado alguna especificación?
  4. ¿Cuáles son los orígenes de dichas fallas?
  5. ¿Qué condiciones climatológicas y físicas contribuyen a la aparición de dichas fallas?
  6. ¿Cuáles son las patologías más comunes en las estructuras de los edificios de Guadalajara?
  7. ¿Cómo podemos prevenir dichas fallas?

MARCO TEORICO

Fallas en elementos estructurales

Las estructuras tienden a fallar de diferentes maneras de acuerdo a la carga, o la situación en que dicho elemento se encuentra.

Al momento en que hay una condición no deseada que hace que un elemento estructural no desempeñe una función para la cual existe, se le llama falla.

Mecanismo de falla:

Cuando un elemento estructural falla, ocurre un proceso o secuencia. Puede haber un mecanismo de falla o varios que se acoplan.

Modo de falla:

Cuando un elemento estructural falla, este adopta una configuración geométrica, a eso se llama modo de falla.

Parámetro crítico:

Son indicadores como la tensión, deformación, desplazamiento, carga, numero de ciclos de carga, energía, los cuales se usan para definir la falla.

Criterios de falla:

Estos permiten predecir el modo de falla.

Debemos estar consientes de que la falla estructural que existe puede significar la falla del sistema al que pertenece este elemento.

Ahora describiremos los modos de falla más frecuentes, estos son plasticidad, fractura, fatiga, desplazamientos, creep y corrosión.

Plasticidad:

Se manifiesta con deformaciones en la forma del elemento. En una plasticidad local, se hace una redistribución de cargas a zonas con menores tensiones.

Los materiales ductiles son capaces de desarrollar grandes deformaciones.

La plasticidad fluye por una parte considerable del elemento. Los factores que influyen principalmente son los procesos de carga y descarga, estados multiaxiales y las altas temperaturas.

Fractura:

Cuando un material se rompe, antes de tener deformaciones grandes, se llama fractura. Esta falla se origina por defectos locales en el material a nivel microestructural.

La fractura se puede propagar de manera continuada. El modo de falla es una separación de la estructura en partes.

Los factores principales que influyen para ocasionar una fractura son las bajas temperaturas, cargas dinámicas, y depende también de la habilidad que tiene el material para absorber energía.

Fatiga:

Se manifiesta por medio de una fractura progresiva. La causa son estados tensionales o cíclicos. Influyen la concentración de tensiones, cambios abruptos de sección, fisuras, entre otras.

Desplazamientos:

El origen es la esbeltez del objeto estructural. Se da en diferentes modos:

  1. Desplazamientos grandes con equilibrio estable.
  2. Pandeo (equilibrio inestable), falla en la forma estructural. No se consideran dentro las fallas por modos de pandeo, los dominados por la geometría y no por el material.
  3. Vibraciones: por consecuencias de ruido, golpes entre partes que se mueven, grandes desplazamientos transitorios.
  4. Modelos: constitutivas elásticas, cinematicas no lineales.
  5. Reducción de desplazamientos: modificación de la forma, redimensionar secciones. No influye tanto cambiar el material.

Los factores que influyen principalmente son las relaciones geométricas.

Las consecuencias pueden ser: problemas operativos, colapso, inseguridad del usuario.

Creep:

Se manifiesta por medio de desplazamientos diferidos en tiempo.

El origen, en metales y cerámicos ocurre una difusión de vacancias, con cambio de forma en los granos. Deslizamiento de granos, formación de cavidades a lo largo de los bordes de granos.

La causa para dicha falla son tensiones actuando durante tiempos largos.

Influyen factores como la temperatura, problemas de material.

Corrosión:

Se manifiesta como la perdida de material en el espesor de un elemento y la reducción de dimensiones de una sección.

Se origina por una acción química o ambiental.

Influye la agresividad del medio.

Fallas en estructuras de concreto reforzado y mampostería

Las fallas que en el concreto reforzado se presentan, suelen deberse a:

-          Una inadecuada resistencia al cortante de los entrepisos debido a la escasez de elementos estructurales como columnas o muros.

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

-          Falla por adherencia del bloque de unión en las conexiones viga-columna debida al deslizamiento de las varillas ancladas, o a falla de cortante.

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

-          Vibración torsional debida a la falta de coincidencia en planta del centro de masas con el centro de rigidez.

-          Punzonamiento de la losa de edificios construidos a base de losas planas

-          Variación brusca de la rigidez a lo alto del edificio

-          Golpeteo entre edificios

-          Amplificación de los desplazamientos en la cúspide de los edificios.

-          Grandes esfuerzos de cortante en columnas acortadas por el efecto restrictivo al desplazamiento causado por elementos no estructurales.

Falla por inadecuada resistencia al cortante de los entrepisos debido a la escasez de elementos estructurales como columnas o muros.

Esta falla es el colapso de los edificios, y se debe a la poca resistencia a carga lateral de los elementos verticales de soporte como son columnas y muros.

Las fuerzas de inercia, donde la variación de la base hasta la cúspide del edificio es progresivamente creciente, generan fuerzas cortantes decrecientes desde la base hasta la cúspide.

Esta falla es generalmente la causante del colapso de edificios en sismos.

Falla por grandes esfuerzos de cortante y tensión diagonal en columnas o en vigas.

En caso de un sismo es muy importante que las construcciones tengan la capacidad de deformación suficiente para soportar de manera adecuada la solicitación sísmica sin desmeritar su resistencia.

Cuando la respuesta sísmica de el edificio es dúctil, es que se presentan deformaciones grandes en compresión, estas debidas a efectos combinados de fuerza axial y momento flector.

Falla por adherencia del bloque de unión en las conexiones viga-columna debida al deslizamiento de las varillas ancladas, o a falla de cortante.

Muchas veces ocurre que en las conexiones entre los distintos elementos estructurales, se presenten concentraciones elevadas, así como complejas condiciones de esfuerzos.

Estos conducen a distintos casos de falla especialmente entre uniones de muros y losas de estructuras a base de paneles, entre vigas y columnas en estructuras de marcos, entre columnas y losas planas, también en las uniones de columnas con cimentaciones.

Falla frágil en muros de cortante, con o sin aberturas, ya sea acoplados o solos.

Los muros de cortante son para resistir principalmente esfuerzos producto de fuerzas horizontales de sismos.

Ante un sismo, y por esta razón las fallas que suelen presentarse son en su unión con los sistemas de piso, por cortante horizontal o vertical y por vuelco.

Vibración torsional debida a la falta de coincidencia en planta del centro de masas con el centro de rigidez.

Cuando en la distribución de los elementos estructurales resistentes de un edificio hay asimetría, causa una vibración torsional ante la acción sísmica y genera fuerzas elevadas en elementos de la periferia del edificio.

Esta vibración se da cuando el centro de masa del edificio no coincide con su centro de rigidez. Por esta acción el edificio tiende a girar respecto a su rigidez, lo que causa grandes incrementos en las fuerzas laterales, que actúan sobre los elementos perimetrales de soporte de manera proporcional a sus distancias al centro de proporción.

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

Esta es una falla de conexión que se presenta en edificios de losas planas y se debe a una falla de punzonamiento producida por esfuerzos elevados cortantes.

En esta falla los sistemas de piso quedan sin apoyo dando lugar a un colapso total de los mismos, manteniéndose de pie solo las columnas.

Falla por variación brusca de la rigidez a lo alto del edificio

Generalmente las plantas bajas en los edificios se construyen dejando el mayor espacio posible, y los niveles superiores se construyen mediante marco-muro, este en la mayoría de los casos queda confinado por el marco proporcionándole a los pisos superiores mayor rigidez que la de la planta baja.

Gracias a esta situación se conduce a una concentración de daños en la planta débil (planta baja), la cual tiene una rigidez mucho menor en comparación con la de los pisos superiores.

Falla por golpeteo entre edificios

En caso de sismo, la cercanía entre edificios y el movimiento diferente entre cada uno de ellos puede causar severos daños. Esto se agrava cuando los edificios cercanos no están a la misma altura.

Falla por amplificación de los desplazamientos en la cúspide de los edificios

Al propagarse las vibraciones inducidas por un sismo, desde la base hasta la cúspide de los edificios, se presentan amplificaciones de la vibración a lo largo de su altura, que se acentúan en sus niveles superiores, principalmente en edificios altos, lo que conduce a una elevada concentración de acciones internas que provocan el colapso de una parte del edificio de determinada altura (apuntes de Comportamiento Estructural en Obra Civil del Doctor Raúl Serrano Lizaola ,2001)

Falla por grandes esfuerzos de cortante en columnas acortadas por el efecto restrictivo al desplazamiento causado por elementos no estructurales

La interacción entre elementos no estructurales, tales como muros divisorios de mampostería, y las columnas de marcos de concreto provoca concentraciones de fuerza cortante en los extremos libres de las columnas, estas que tienden a fallar por cortante. (Apuntes de Comportamiento Estructural en Obra Civil del Doctor Raúl Serrano Lizaola ,2001)

Marco histórico

Sobre el tema de fallas estructurales en la edificación existen diversas investigaciones ya alrededor del mundo, a continuación se mencionan fragmentos importantes sobre estas investigaciones.

Bogotá, Colombia.

Existe un catalogo de fallas estructurales en concreto y mampostería, creado por el gobierno del estado para la prevención de catástrofes.

En este se describen las causas y efectos de dichas patologías.

Alcaldía mayor de Bogotá (2004)

En el documento se describe la causa de la falla y la reacción de la estructura al fallar.

También existen investigaciones sobre las patologías constructivas y sus técnicas de reparación.

Más todas estas investigaciones se han desarrollado en diversas partes del mundo pero no en Guadalajara.

Las patologías asociadas a los mecanismos de falla estructural

Para evaluar con certidumbre el estado de una edificación afectada por un evento sísmico, es esencial reconocer las manifestaciones que evidencian el paso de la estructura por los diferentes mecanismos en la ruta que conduce hacia el colapso.

El comportamiento estructural obedece a un gran número de factores que incluyen: el diseño estructural, la naturaleza y la calidad de los materiales, los procedimientos y la calidad de la construcción, el tipo y duración de las cargas de servicio, y la exposición ambiental. (Alcaldía mayor de Bogotá (2004))

Marco referencial

Mi investigación se basara en la manera de evaluar las fallas estructurales del Doctor Raúl Serrano Lizaola, que analiza cada tipo de falla en un edificio y es el presidente de la Sociedad Mexicana de Ingeniería Sísmica.

En mi investigación se tomara la misma metodología,  con la diferencia de que en nuestro caso se estudiara la falla partiendo de la realidad y no de la teoría.

Lizaola describe la falla en general y después la ejemplifica en un edificio. En este caso se analizaran los edificios de la ciudad de Guadalajara, si es que tienen fallas se plasmaran y para explicarlas tendrá que brotar la teoría sobre dicha falla.

Algunos de los trabajos realizados por el consejo de trabajo de dicho ingeniero en el país de México son la revisión de los artículos 964 a 1045 del apartado de “Diseño Estructural, Requisitos de Seguridad y Servicio de las Estructuras”, pertenecientes a la propuesta al Código Reglamentario para el Municipio de Puebla  entregado el 13 de noviembre de 2006 al Colegio de Ingenieros Civiles del Estado de Puebla A. C., en  un documento de 46 cuartillas para que se haga llegar a las autoridades correspondientes.

Además de Lizaola, Juan Monjo Carrió estudia las patologías de diferentes elementos, como cerramientos y acabados arquitectónicos, patologías en fachadas, entre otros temas de interés.

Estudia en la ETS de Arquitectura de Madrid donde obtiene el título de Arquitecto, 1971. Master en Arquitectura, Universidad de Illinois, USA 1972. Doctor en Arquitectura de la UPM, 1977. Catedrático de Universidad 1982. Director del Departamento de Construcción y Tecnología Arquitectónicas de la Escuela Técnica Superior de Arquitectura de la Universidad Politécnica de Madrid 1988 a 1996. Hasta 2003 Director del “Seminario de Arquitectura Textil” en el Departamento de Construcción y Tecnología Arquitectónicas de la ETS Arquitectura de Madrid. Actualmente Director del Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torrojas.

Al igual que él, mi estudio se basara en análisis de estructuras existentes en base a visitas de obra, pudiendo así obtener los datos de la falla y en base a la teoría recopilada identificar dicha falla.

OBJETIVOS

Identificar las principales patologías en la construcción en general de todos los países donde se construye con materiales similares a los que se usan en nuestro país, luego de identificarlas en el universo constructivo, identificar las más comunes en nuestra ciudad muestra la ciudad de Guadalajara Jalisco.

Una vez identificadas analizar cada una de estas para saber las causas principales por las que aparecen dichas fallas, su origen y factores que influyen en cada una de ellas.

Conociendo más a fondo cada una de estas fallas se puede llegar a reducir la aparición de dichas fallas en las construcciones posteriores en la ciudad de Guadalajara.

METODOLOGIA

La metodología utilizada para este proyecto constituye una investigación de tipo analitica, por medio de la cual distinguiremos de manera ordenada cada una de las fallas constructivas que en una edificación pueden aparecer, lo que nos permitirá el estudio de las mismas.

El método analítico nos va a permitir el estudio por separado de cada una de las fallas constructivas  para observar las causas, la naturaleza y los efectos.

Es necesario conocer la naturaleza del fenómeno y objeto que se estudia para comprender su esencia. Este método nos permite conocer más del objeto de estudio, con lo cual se puede explicar de una forma sencilla y clara para hacer más comprensible el fenómeno, y poder así lograr nuestros objetivos.

El método analítico en resumen, ordena descomponer el fenómeno en partes, para estudiarlo y comprender su naturaleza.

En el caso de nuestra investigación los elementos en que se descompone el fenómeno son los elementos que influyen en la estructura, estas forman un todo, que es la falla constructiva, y la cual es nuestro objeto de estudio.

El método correlativo es también importante en nuestra investigación ya que nos permitirá relacionar las variables con la magnitud del fenómeno.

 

 

UNIVERSO

El universo en mi investigación se conforma de los edificios que han desaparecido bajo la influencia de desastres naturales, a lo largo de la historia y en el mundo entero.

Los edificios que se han derrumbado por causas como esta, son en general lo que a mi investigación interesa conocer las causas por las que dicho edificio no pudo resistir el movimiento telúrico, o el peso de algún otro elemento ajeno a la construcción que en este caso sería una carga accidental.

MUESTRA

A lo largo de la historia y en todos los países del mundo se han vivido catástrofes naturales o provocadas que además de ocasionar pérdidas humanas, han provocado la desaparición de edificios, mismos que cualquier ingeniero o arquitecto constructor y diseñador, planeara capaz de soportar cualquier carga accidental que se presentara (esto sucedería en el caso de que el arquitecto lo hubiera previsto así, al concebir su diseño).

En el caso de esta investigación el objeto de análisis son los edificios que en la zona metropolitana de la ciudad de Guadalajara, han sufrido cambios y daños estructurales en su integridad, misma que provoca su destrucción, se trata de una autopsia de dichos edificios.

TECNICA DE MUESTREO

Para lograr una investigación eficaz es necesario ubicar dichos edificios en la historia de la construcción de la ciudad de Guadalajara y ubicar además en la historia de las catástrofes que han atacado a la ciudad a lo largo de los años.

VARIABLES

 

-Temperatura

-Clima

-Tipo de catástrofe

-Intensidad de la catástrofe

-Epoca en que fue construido

-Calidad de mano de obra

-Terreno

Topografía

-Materiales

-Proceso constructivo

 

 

 

 

 

 

Los elementos y materiales de la estructura trabajan bajo la influencia de muchos factores, entre ellos la temperatura, tanto la temperatura ambiente como la temperatura regulada dentro de un espacio habitable.

Esta variable puede ser medida por medio de un instrumento llamado termómetro, y una vez que la podemos cuantificar, procedemos a relacionarla con cada tipo de falla así encontramos correlación.

El clima está relacionado con la temperatura, pero además debemos medir la humedad que está influyendo en cada uno de los edificios, operativizamos esta variable midiendo la humedad de la zona geográfica y espacial dentro del edificio.

En caso de analizar un edificio que ha pasado por un tipo de catástrofe natural, debemos conocer de que tipo fue este, su magnitud y alcance, esto es conocible por medios que los expertos utilizan para evaluarlos.

La época de construcción del edificio se puede conocer por medio de subinvestigaciones acerca de cada uno de los edificios a estudiar, estas pueden ser por medio de fuentes secundarias, por ejemplo, investigar con las personas relacionadas con el edificio, o primarias si es que existiera algún documento que nos permita conocer la fecha.

La calidad de mano de obra en la construcción será una variable importante en nuestro estudio, ya que nos permitirá conocer la manera en que fue construido, si fue hecho con calidad o no.

El tipo de terreno es importante, no es lo mismo un edificio en un terreno blando a uno en un terreno duro a la hora de someterse a sismos de gran intensidad, esta variable se puede medir por medio de la mecánica de suelos o fuentes primarias.

Los materiales utilizados en la construcción son factores clave en su resistencia, y para conocerlos basta con la observación y el análisis de cada uno para conocer sus propiedades.

BIBLIOGRAFIA

 

Literaria

Fallas técnicas en la construcción Volumen 4Volumen 3 de Biblioteca del ingeniero civil
Fallas técnicas en la construcción, Jacob Feld

Jacob Feld

Ediciones Ciencia y Técnica

491 páginas

Patología y técnicas de intervención en estructuras arquitectónicas

Juan Monjo Carrió, Luis Maldonado Ramos

Munilla-Lería, 2001

302 páginas

Internet:

INGENIERIA CIVIL, CONSTRUCCION Y TECNOLOGÍA:

http://ingesite.com/construccion/fallas/

MECANICA AVANZADA DE MATERIALES:

Dr. Luis A. Godoy

2005

http://www.uprm.edu/civil/circ/newsite/webresearchers/LuisGodoy/courses/INCI6017/1%20Introduccion/Fallas%20estructurales.pdf

DESCRIPCION DE LAS FALLAS MÁS COMUNES EN ESTRUCTURAS DE CONCRETO REFORZADO Y DE MAMPOSTERIA:

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/murillo_j_cg/capitulo4.pdf

PATOLOGIA DE LA EDIFICACION:

http://es.wikibooks.org/wiki/Patolog%C3%ADa_de_la_edificaci%C3%B3n/Estructuras_met%C3%A1licas/Acero/Problem%C3%A1tica

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2 comentarios

Publicado por en julio 14, 2011 en Uncategorized

 

2 Respuestas a “IDENTIFICACION DE LAS FALLAS ESTRUCTURALES MÁS COMUNES EN LA EDIFICACIÓN ACTUAL DE GUADALAJARA JALISCO PARA SU ESTUDIO Y EVALUACIÓN

  1. José Chaurand

    agosto 22, 2011 at 7:56 pm

    Hola, me interesa mucho tu investigación. Tengo que hacer un trabajo relacionado con patologías presentes en la ciudad de Guadalajara. Me podrías platicar en base a tu experiencia sobre algunos edificios en donde hayas encontrado una cantidad importante y mas que cantidad fallas de importancia relevante? … Muchas gracias ojala me puedas ayudar.

     
  2. HOMERO YEDRA HIDALGO

    diciembre 2, 2012 at 7:20 pm

    EL DR. RAUL SERRANO FUE MI PROFESOR EN LA ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL EN LA UAP, ES ESTUPENDO COMO MAESTRO INVESTIGADOR Y DENTRO DEL MARCO TEORICO, AUNQUE POCO DIESTRO Y EXPERIMENTADO EN EL PLANO PRACTICO. COMO SEA ES UNA EXCELENTE REFERENCIA. ASI ME HA FUNCIONADO A MI EN EL DESENVOLVIMIENTO PROFESIONAL. HOMERO YEDRA HIDALVO, VILLAHERMOSA, TABASCO.

     

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