IDENTIFICACION DE LAS FALLAS ESTRUCTURALES MS COMUNES EN LA EDIFICACIN ACTUAL DE GUADALAJARA JALISCO PARA SU ESTUDIO YEVALUACIN14JULIDENTIFICACION DE LAS FALLAS ESTRUCTURALES MS COMUNES EN LA EDIFICACIN ACTUAL DE GUADALAJARA JALISCO PARA SU ESTUDIO Y EVALUACINInvestigador titular:Dulce Guadalupe Snchez RoblesPLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAActualmente en la ciudad de Guadalajara aun con los avances en la tecnologa constructiva, seguimos encontrando fallas estructurales aun en las edificaciones ms sencillas, por lo que se hace necesario enunciar y detallar las patologas ms comunes en las estructuras existentes.Los edificios ms representativos de la zona metropolitana de la ciudad de Guadalajara, Jalisco, de diferentes tipologas existentes en la zona. Entre estas tipologas incluimos desde casas habitacin, hasta edificios con ms de 4 niveles de construccin, sin excluir edificios de notoria dificultad estructural.El problema es que no podemos dejar que estas patologas se sigan difundiendo, ya que la ciudad necesita estructuras fuertes, preparadas para resistir cualquier esfuerzo.As como cargas accidentales como son los sismos, de los que la ciudad no est exenta.JUSTIFICACINMuchos constructores, an ingenieros, no tienen idea, de lo que un pequeo detalle no previsto puede ocasionar, en cuestin de esttica 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 ms razn, las personas necesitan sentirse seguras para lograr ese bienestar que nosotros como diseadores de espacio queremos ofrecer al usuario.Esto ocurre por no hacer caso a una especificacin, as como por la ignorancia del constructor sobre la reaccin que un elemento mal ubicado, especificado o hasta mal diseado, puede tener al comenzar su trabajo estructural.Para darle un punto ms 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 est amenazada por un movimiento telrico de importante magnitud, segn 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 aos, no es una regla, pero casi siempre ocurre, y si es as y tomamos en cuenta el sismo de 1932, ya estamos sobre los 80 aos y es probable que en cualquier momento se registre uno, (Barrera Hernndez, Guadalajara, Jal., 13 de enero de 2010, Texto: Lorena Ortiz).PREGUNTAS DE INVESTIGACIN1. Qu es una patologa?2. Cules son las patologas ms comunes en los materiales de construccin?3. En una estructura, Qu patologas pueden aparecer gracias a los materiales utilizados o por haber ignorado alguna especificacin?4. Cules son los orgenes de dichas fallas?5. Qu condiciones climatolgicas y fsicas contribuyen a la aparicin de dichas fallas?6. Cules son las patologas ms comunes en las estructuras de los edificios de Guadalajara?7. Cmo podemos prevenir dichas fallas?MARCO TEORICOFallas en elementos estructuralesLas estructuras tienden a fallar de diferentes maneras de acuerdo a la carga, o la situacin en que dicho elemento se encuentra.Al momento en que hay una condicin no deseada que hace que un elemento estructural no desempee una funcin 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 configuracin geomtrica, a eso se llama modo de falla.Parmetro crtico:Son indicadores como la tensin, deformacin, desplazamiento, carga, numero de ciclos de carga, energa, 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 ms frecuentes, estos son plasticidad, fractura, fatiga, desplazamientos, creep y corrosin.Plasticidad:Se manifiesta con deformaciones en la forma del elemento. En una plasticidad local, se hace una redistribucin 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 separacin de la estructura en partes.Los factores principales que influyen para ocasionar una fractura son las bajas temperaturas, cargas dinmicas, y depende tambin de la habilidad que tiene el material para absorber energa.Fatiga:Se manifiesta por medio de una fractura progresiva. La causa son estados tensionales o cclicos. Influyen la concentracin de tensiones, cambios abruptos de seccin, 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 geometra y no por el material.3. Vibraciones: por consecuencias de ruido, golpes entre partes que se mueven, grandes desplazamientos transitorios.4. Modelos: constitutivas elsticas, cinematicas no lineales.5. Reduccin de desplazamientos: modificacin de la forma, redimensionar secciones. No influye tanto cambiar el material.Los factores que influyen principalmente son las relaciones geomtricas.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 cermicos ocurre una difusin de vacancias, con cambio de forma en los granos. Deslizamiento de granos, formacin 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.Corrosin:Se manifiesta como la perdida de material en el espesor de un elemento y la reduccin de dimensiones de una seccin.Se origina por una accin qumica o ambiental.Influye la agresividad del medio.Fallas en estructuras de concreto reforzado y mamposteraLas 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 tensin diagonal en columnas o en vigas. Falla por adherencia del bloque de unin 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. Vibracin 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 Variacin brusca de la rigidez a lo alto del edificio Golpeteo entre edificios Amplificacin de los desplazamientos en la cspide 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 variacin de la base hasta la cspide del edificio es progresivamente creciente, generan fuerzas cortantes decrecientes desde la base hasta la cspide.Esta falla es generalmente la causante del colapso de edificios en sismos.Falla por grandes esfuerzos de cortante y tensin diagonal en columnas o en vigas.En caso de un sismo es muy importante que las construcciones tengan la capacidad de deformacin suficiente para soportar de manera adecuada la solicitacin ssmica sin desmeritar su resistencia.Cuando la respuesta ssmica de el edificio es dctil, es que se presentan deformaciones grandes en compresin, estas debidas a efectos combinados de fuerza axial y momento flector.Falla por adherencia del bloque de unin 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, as 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, tambin en las uniones de columnas con cimentaciones.Falla frgil 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 razn las fallas que suelen presentarse son en su unin con los sistemas de piso, por cortante horizontal o vertical y por vuelco.Vibracin torsional debida a la falta de coincidencia en planta del centro de masas con el centro de rigidez.Cuando en la distribucin de los elementos estructurales resistentes de un edificio hay asimetra, causa una vibracin torsional ante la accin ssmica y genera fuerzas elevadas en elementos de la periferia del edificio.Esta vibracin se da cuando el centro de masa del edificio no coincide con su centro de rigidez. Por esta accin el edificio tiende a girar respecto a su rigidez, lo que causa grandes incrementos en las fuerzas laterales, que actan sobre los elementos perimetrales de soporte de manera proporcional a sus distancias al centro de proporcin.Falla por punzonamiento de la losa de edificios construidos a base de losas planasEsta es una falla de conexin 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, mantenindose de pie solo las columnas.Falla por variacin brusca de la rigidez a lo alto del edificioGeneralmente 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 mayora de los casos queda confinado por el marco proporcionndole a los pisos superiores mayor rigidez que la de la planta baja.Gracias a esta situacin se conduce a una concentracin de daos en la planta dbil (planta baja), la cual tiene una rigidez mucho menor en comparacin con la de los pisos superiores.Falla por golpeteo entre edificiosEn caso de sismo, la cercana entre edificios y el movimiento diferente entre cada uno de ellos puede causar severos daos. Esto se agrava cuando los edificios cercanos no estn a la misma altura.Falla por amplificacin de los desplazamientos en la cspide de los edificiosAl propagarse las vibraciones inducidas por un sismo, desde la base hasta la cspide de los edificios, se presentan amplificaciones de la vibracin a lo largo de su altura, que se acentan en sus niveles superiores, principalmente en edificios altos, lo que conduce a una elevada concentracin de acciones internas que provocan el colapso de una parte del edificio de determinada altura (apuntes de Comportamiento Estructural en Obra Civil del Doctor Ral Serrano Lizaola ,2001)Falla por grandes esfuerzos de cortante en columnas acortadas por el efecto restrictivo al desplazamiento causado por elementos no estructuralesLa interaccin entre elementos no estructurales, tales como muros divisorios de mampostera, 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 Ral Serrano Lizaola ,2001)Marco histricoSobre el tema de fallas estructurales en la edificacin existen diversas investigaciones ya alrededor del mundo, a continuacin se mencionan fragmentos importantes sobre estas investigaciones.Bogot, Colombia.Existe un catalogo de fallas estructurales en concreto y mampostera, creado por el gobierno del estado para la prevencin de catstrofes.En este se describen las causas y efectos de dichas patologas.Alcalda mayor de Bogot (2004)En el documento se describe la causa de la falla y la reaccin de la estructura al fallar.Tambin existen investigaciones sobre las patologas constructivas y sus tcnicas de reparacin.Ms todas estas investigaciones se han desarrollado en diversas partes del mundo pero no en Guadalajara.Las patologas asociadas a los mecanismos de falla estructuralPara evaluar con certidumbre el estado de una edificacin afectada por un evento ssmico, 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 nmero de factores que incluyen: el diseo estructural, la naturaleza y la calidad de los materiales, los procedimientos y la calidad de la construccin, el tipo y duracin de las cargas de servicio, y la exposicin ambiental. (Alcalda mayor de Bogot (2004))Marco referencialMi investigacin se basara en la manera de evaluar las fallas estructurales del Doctor Ral Serrano Lizaola, que analiza cada tipo de falla en un edificio y es el presidente de la Sociedad Mexicana de Ingeniera Ssmica.En mi investigacin se tomara la misma metodologa, con la diferencia de que en nuestro caso se estudiara la falla partiendo de la realidad y no de la teora.Lizaola describe la falla en general y despus 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 tendr que brotar la teora sobre dicha falla.Algunos de los trabajos realizados por el consejo de trabajo de dicho ingeniero en el pas de Mxico son la revisin de los artculos 964 a 1045 del apartado de Diseo Estructural, Requisitos de Seguridad y Servicio de las Estructuras, pertenecientes a la propuesta al Cdigo 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.Adems de Lizaola, Juan Monjo Carri estudia las patologas de diferentes elementos, como cerramientos y acabados arquitectnicos, patologas en fachadas, entre otros temas de inters.Estudia en la ETS de Arquitectura de Madrid donde obtiene el ttulo de Arquitecto, 1971. Master en Arquitectura, Universidad de Illinois, USA 1972. Doctor en Arquitectura de la UPM, 1977. Catedrtico de Universidad 1982. Director del Departamento de Construccin y Tecnologa Arquitectnicas de la Escuela Tcnica Superior de Arquitectura de la Universidad Politcnica de Madrid 1988 a 1996. Hasta 2003 Director del Seminario de Arquitectura Textil en el Departamento de Construccin y Tecnologa Arquitectnicas de la ETS Arquitectura de Madrid. Actualmente Director del Instituto de Ciencias de la Construccin Eduardo Torrojas.Al igual que l, mi estudio se basara en anlisis de estructuras existentes en base a visitas de obra, pudiendo as obtener los datos de la falla y en base a la teora recopilada identificar dicha falla.OBJETIVOSIdentificar las principales patologas en la construccin en general de todos los pases donde se construye con materiales similares a los que se usan en nuestro pas, luego de identificarlas en el universo constructivo, identificar las ms 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 ms a fondo cada una de estas fallas se puede llegar a reducir la aparicin de dichas fallas en las construcciones posteriores en la ciudad de Guadalajara.METODOLOGIALa metodologa utilizada para este proyecto constituye una investigacin de tipo analitica, por medio de la cual distinguiremos de manera ordenada cada una de las fallas constructivas que en una edificacin pueden aparecer, lo que nos permitir el estudio de las mismas.El mtodo analtico 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 fenmeno y objeto que se estudia para comprender su esencia.Este mtodo nos permite conocer ms del objeto de estudio, con lo cual se puede explicar de una forma sencilla y clara para hacer ms comprensible el fenmeno, y poder as lograr nuestros objetivos.El mtodo analtico en resumen, ordena descomponer el fenmeno en partes, para estudiarlo y comprender su naturaleza.En el caso de nuestra investigacin los elementos en que se descompone el fenmeno 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 mtodo correlativo es tambin importante en nuestra investigacin ya que nos permitir relacionar las variables con la magnitud del fenmeno.UNIVERSOEl universo en mi investigacin 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 investigacin interesa conocer las causas por las que dicho edificio no pudo resistir el movimiento telrico, o el peso de algn otro elemento ajeno a la construccin que en este caso sera una carga accidental.MUESTRAA lo largo de la historia y en todos los pases del mundo se han vivido catstrofes naturales o provocadas que adems de ocasionar prdidas humanas, han provocado la desaparicin de edificios, mismos que cualquier ingeniero o arquitecto constructor y diseador, planeara capaz de soportar cualquier carga accidental que se presentara (esto sucedera en el caso de que el arquitecto lo hubiera previsto as, al concebir su diseo).En el caso de esta investigacin el objeto de anlisis son los edificios que en la zona metropolitana de la ciudad de Guadalajara, han sufrido cambios y daos estructurales en su integridad, misma que provoca su destruccin, se trata de una autopsia de dichos edificios.TECNICA DE MUESTREOPara lograr una investigacin eficaz es necesario ubicar dichos edificios en la historia de la construccin de la ciudad de Guadalajara y ubicar adems en la historia de las catstrofes que han atacado a la ciudad a lo largo de los aos.VARIABLES-Temperatura-Clima-Tipo de catstrofe-Intensidad de la catstrofe-Epoca en que fue construido-Calidad de mano de obra-TerrenoTopografa-Materiales-Proceso constructivoLos 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 termmetro, y una vez que la podemos cuantificar, procedemos a relacionarla con cada tipo de falla as encontramos correlacin.El clima est relacionado con la temperatura, pero adems debemos medir la humedad que est influyendo en cada uno de los edificios, operativizamos esta variable midiendo la humedad de la zona geogrfica y espacial dentro del edificio.En caso de analizar un edificio que ha pasado por un tipo de catstrofe natural, debemos conocer de que tipo fue este, su magnitud y alcance, esto es conocible por medios que los expertos utilizan para evaluarlos.La poca de construccin 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 algn documento que nos permita conocer la fecha.La calidad de mano de obra en la construccin ser una variable importante en nuestro estudio, ya que nos permitir 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 mecnica de suelos o fuentes primarias.Los materiales utilizados en la construccin son factores clave en su resistencia, y para conocerlos basta con la observacin y el anlisis de cada uno para conocer sus propiedades