EVALUACION DE ESTRUCTURAS

DESCRIPCION DE FALLAS MAS COMUNES EN ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO Y MAMPOSTERIA REFORZADA

El entendimiento del comportamiento sísmico de las estructuras ha requerido de la identificación de las características que han conducido a la fallas o a un buen comportamiento estructural y también del análisis de los tipos de daños y de sus causas.

Laboratorio del Laboratorio de la BRI. Muro reactivo y UCB en Richmond,Pórtico de cargas. California.

Por lo general estas fallas pueden deberse a:

– Inadecuada resistencia al cortante de los entrepisos debido a la escasez de elementos resistentes como columnas y 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 debido al deslizamiento de las

varillas ancladas o a la falla de cortante.– Grandes esfuerzos en muros de cortante, sin o con aberturas, solos o acoplados.– Vibración torsional causada por 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 en altura del edificio – Golpeteo entre edificios– Ampliación de los desplazamientos en la cúspide del edificio– Grandes esfuerzos de cortante en columnas acortadas por el efecto restrictivo al desplazamiento

causado por elementos no estructurales.

1.- Falla por Inadecuada resistencia al cortante de los entrepisos debido ,a la escasez de elementos resistentes a cortante.

El colapso de los edificios se debe generalmente a la insuficiente resistencia a carga lateral de los elementos verticales de soporte como columnas muros y placas. Las fuerzas de inercia, cuya variación de la base a la cúspide del edifico es progresivamente creciente, generan fuerzas cortantes decrecientes desde la base hasta la cúspide, las mismas que deben ser resistidas en cada nivel por los elementos verticales. De esta forma, es necesaria una área transversal de muros y columnas para resistir adecuadamente las fuerzas cortantes inducidas por el sismo.

Colapso del nivel Inferior durante el sismo de Kobe – 1995 Colapso Total con vuelco

durante el sismo de Kobe– 1995

2.- Falla Frágil de cortante y tensión diagonal en columnas o en vigas.

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

Efecto combinado de carga axial y momento flexionante sobre columnas con y sin refuerzo transversal

Falla por tensión diagonal debido a cortante en vigas

Falla por tensión diagonal debido a cortante en columnas estribadas

Falla por tensión diagonal debido a cortante en columna zunchada.

Fachada del Hospital Olive View después del terremoto de San Fernando del año 1972.

Columna con comportamiento Columna con comportamiento Dúctil Frágil.

Desintegración total de la columna Causa del Colapso dela Planta Baja del Edificio.

Desintegración total de la columna por falla Frágil

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

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

Desconchamiento de concreto en unión viga columna

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

Falla por deficiente adherencia en conexión viga columna y croquis de anclaje a 90º

para el desarrollo de la fluencia requerida ante solicitaciones cíclicas propias de la acción sísmica.

4.- Falla Frágil en muros de cortante, sin o con aberturas, solos o acoplados

En los proyectos estructurales, los muros de cortante son destinados a resistir principalmente los esfuerzos producto de las fuerzas horizontales de sismo. Ante esta solicitaciones, las fallas que suelen presentarse son en las uniones con los sistemas de piso, por cortante horizontal y vertical y por vuelco.

Daño en muro de cortante

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

Daños en la fachada norte del edificio Mt. Mckinley

Vista y acercamiento de daños con falla en X de vigas de acoplamiento en muros de cortante

Falla por tensión diagonal en vigas de acoplamiento de muros de cortante.

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

La asimetría de la distribución en planta de los elementos estructurales resistentes de un edificio causa una vibración torsional ante la acción sísmica y genera fuerzas elevadas en elementos de la periferiadel edificio.

La vibración torsional ocurre cuando el centro de masas de un edificio no coincide con su centro de rigidez. Ante esta solicitación el edificio tiende a girar respecto a su centro de rigidez, o que causa grandes incrementos en la fuerzas laterales que actúan sobre los elementos perimetrales de soporte de manera proporcional a sus distancias al centro de rotación.

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

Planta de ubicación de columnas con falla

Daño por vibración torsional en columna perimetral

6.- Falla de edificios a base de losas planas por punzonamiento de la losa

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

Falla de un edificio por punzonamiento en losas planas.

7.- Falla por variación brusca de la rigidez a lo largo de la altura del edificio.

Con frecuencia la planta baja de los edificios se construyen dejando el mayor espacio libre para permitir el paso o por el uso de estacionamiento vehicular, mientras que los niveles superiores se construyen mediante sistemas de marco-muro proporcionándole a los pisos superiores mayor rigidez que a la planta baja.Esta situación conduce a una concentración de daños en la llamada planta débil del edificio, la cual posee una rigidez mucho menor en comparación con la de los pisos superiores.

Falla en planta débil del edificio.

Falla de piso blando o piso flexible

8.- Falla por golpeteo entre edificios.

Esta falla sucede cuando la separación o junta sísmica entre edificios adyacentes no es suficiente; su manera distinta de vibrar ante la solicitación sísmica conduce al golpeteo entre ellos, produciéndoles severos daños.

Falla por golpeteo entre edificios vecinos

Este tipo de falla puede ser mas grave cuando los cuerpos adyacentes no coinciden en la altura de sus entrepisos, ya que la losas de uno pueden golpear las partes intermedias de las columnas del otro.

Falla por golpeteo entre edificios vecinos con niveles de piso no coincidentes.

9.- falla en columnas de pisos superiores por la amplificación de los desplazamientos en la cúspide de los edificios.

Al propagarse las vibraciones inducidas por el sismo desde la base hasta la cúspide de los edificios, se presentan amplificaciones de la vibración a lo largo de su altura, que se acentúan en sus niveles superiores principalmente en edificios altos; lo que conduce a una elevada concentración acciones internas que provocan el colapso de una parte del edificio a partir de determinada altura.

La amplificación de los pisos superiores sobre los pisos inferiores es conocido como resonancia local o chicoteo. algunos autores atribuyen este tipo de colapso a la unión de concreto nuevo con viejo o junta fría tras la interrupción a la hora de la colocación durante el proceso constructivo.

10.- Falla frágil de cortante en columnas acortadas causado 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, provocan concentraciones de fuerzas cortantes en los extremos libres de las columnas; las mismas que tienden a fallar fragilmente por cortante.

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

Falla por incremento en la fuerza cortante y tensión diagonal en columnas cortas

Falla en columna corta restringida por alféizares