República Bolivariana de Venezuela. Ministerio de Educación, Cultura y Deporte.

Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño.

Extensión Barinas Edo Barinas

Alumno:Egardo Rico

C.I. 15.848.224

DAÑOS QUE SUFREN LAS ESTRUCTURAS,

ORIGEN, TRATAMIENTO

ELEMENTOS ESTRUCTURALES Los elementos estructurales son las partes de una construcción que sirven

para darle resistencia y rigidez. Su función principal es soportar el peso de la construcción y otras fuerzas como sismos, vientos, etc. Los principales tipos de elementos estructurales son: Los muros de carga de mampostería (formados por; bloque, tabicón, tabique o ladrillo, adobe e incluso de piedra).Muros de concreto Columnas (elementos verticales de concreto reforzado, de acero o de madera) Vigas o trabes (elementos horizontales de concreto reforzado, de acero o de madera) Losas (sistema de techo o de piso de niveles superiores, por lo general son de concreto reforzado) Escaleras (metálicas o de concreto, ya sea interiores o exteriores). Generalmente se consideran un sistema independiente a la estructura de la edificación. Cimentación (zapatas de concreto o de mampostería de piedra, cajones o pilotes) Otros elementos como diagonales de acero, cables de acero, etc. La función básica de los castillos y dalas es ligar y mantener unidos los muros entre sí para que no se abran. Los castillos también los ayudan a soportar cargas verticales y refuerzan al muro para que no se voltee. Cuando el muro se agrieta por un sismo o se asienta, los castillos y dalas controlan el agrietamiento y evitan el colapso.   

Existen varias causas por las que las construcciones, como nuestras viviendas, pueden sufrir daños o deterioros que afectan su estética, su funcionalidad, o lo más grave, su seguridad estructural, lo cual puede poner en riesgo nuestras pertenencias o nuestra vida y la de nuestra familia.

El daño en estructuras puede ser causado por fenómenos naturales, o también por la acción humana al darle un uso inadecuado, poner peso excesivo para el cual no estaban diseñadas, por falta de mantenimiento o por construir de manera incorrecta y sin asesoramiento técnico. Entre los fenómenos naturales que pueden afectar a una construcción podemos considerar a los fenómenos geológicos (sismos, volcanes, deslizamientos de tierras y hundimientos) y a los fenómenos hidrometeorológicos (huracanes, lluvias torrenciales, desborde de ríos, e inundaciones). Cuando los fenómenos producen fuerzas que alcanzan la resistencia de los materiales (concreto, acero, mampostería, madera) es cuando se dañan los elementos estructurales. También se puede sufrir daño si hay errores constructivos o de diseño, o la calidad de los materiales no es la adecuada. El mismo problema se tiene si la cimentación no fue adecuadamente diseñada para las características del terreno de apoyo, y para soportar las fuerzas que le transmite la estructura.

DAÑOS EN LAS CONSTRUCCIONES

Un sismo o temblor es un fenómeno en que el terreno se mueve repetidamente en todas direcciones.Cerca del punto donde se originó el sismo (epicentro) se perciben movimientos intensos tanto verticales como horizontales; mientras que en lugares alejados cientos de kilómetros, el movimiento predominante es el horizontal. Cuando se somete una construcción a movimiento horizontal del terreno, se generan fuerzas laterales (fuerzas de inercia o fuerzas sísmicas). Las fuerzas a que es sometida la estructura dependen de su masa y de su altura; mientras más peso en la parte superior, mayor es la fuerza lateral que se generará en la construcción. Estas fuerzas sísmicas se transmiten del techo (o la losa del piso superior) hacia los elementos resistentes (muros, columnas), que a su vez las transmite a los pisos inferiores y finalmente a la cimentación, que transmite dichas fuerzas al terreno de apoyo. Para resistir estas fuerzas la estructura debe tener una cantidad y distribución adecuada de elementos resistentes como columnas o muros de carga, así como elementos horizontales (trabes y losas) que distribuyan las fuerzas sísmicas entre dichos elementos. Cuando se excede la resistencia de los elementos estructurales la edificación sufre daños como agrietamientos, aplastamientos o grandes deformaciones que pueden llegar a causar incluso el colapso (el derrumbe total del edificio).

EFECTOS DE LOS SISMOS EN LAS CONSTRUCCIONES

El viento es aire en movimiento, cuando alcanza grandes velocidades puede generar empujes y succiones intensas que pueden dañar a las estructuras.En general, un muro pesado de mampostería o adobe no es afectado por el viento, pero sí lo es un techo ligero, ventanales, anuncios e incluso bardas o muros aislados deficientemente reforzados. La presión con la que empuja el viento depende de la velocidad de éste. Las velocidades básicas de viento difieren según la región del país, así como de qué tan expuesta está la zona y la “rugosidad” del terreno (entre árboles, entre edificios altos, en campo libre, en la costa, etc.). Las mayores velocidades de viento, ocurren a causa de huracanes y en zonas costeras. El daño en un muro por el empuje del viento es similar al indicado para sismos ya que se ve sujeto a una fuerza lateral.

EFECTOS DEL VIENTO EN LAS CONSTRUCCIONES

FALLA DE UN ELEMENTO ESTRUCTURALDefiniremos como falla de un elemento estructural a cualquier situación que impida que el elemento cumpla su función de transmisión de esfuerzos o de retención de presión como se encuentra previsto en el diseño del elemento, es decir la falla se produce cuando el elemento se torna incapaz de resistir los esfuerzos previstos en el diseño.

MODO DE FALLA DE UN ELEMENTO Llamamos modo de falla al fenómeno o mecanismo responsable del evento o condición de falla. En este sentido, los modo de falla que en general pueden afectar a un componente estructural, son:· Inestabilidad elástica (pandeo local o generalizado)· Excesiva deformación elástica· Excesiva deformación plástica (fluencia generalizada)· Inestabilidad plástica (estricción, pandeo plástico)· Fatiga de alto ciclo y bajo ciclo· Corrosión, erosión, corrosión-fatiga, corrosión bajo tensiones, etc.· Creep y creep-fatiga· Fractura rápida (frágil, dúctil, mixta)

INESTABILIDAD ELÁSTICA

El modo de falla por excesiva deformación elástica se produce por ejemplo cada vez que una pieza que debe mantener sus dimensiones dentro de ciertos límites, sufre una deformación elástica que hace que aquellas excedan el valor admisible, conduciendo a problemas de interferencia tales como atascamiento o a deflexiones excesivas.

Este se produce cuando un elemento estructural esbelto tal como una columna es sometido a una carga de compresión suficientemente alta según su eje longitudinal.

EXCESIVA DEFORMACIÓN ELÁSTICA

La excesiva deformación plástica constituye sin duda el modo de falla mejor comprendido en un componente estructural, y es la base del diseño clásico de componentes estructurales. En efecto, dicho diseño tiene como objetivo fundamental establecer las dimensiones de las secciones resistentes necesarias para asegurar un comportamiento elástico de las mismas. Esto significa en teoría que en ningún punto de una sección resistente se alcance una condición de fluencia, es decir de deformación plástica. Sin embargo, en las estructuras reales, y muy particularmente en las estructuras soldadas, la presencia de concentradores de tensión mas o menos severos es inevitable y por lo tanto también lo es la existencia de zonas plastificadas en el vértice de tales concentradores.

INESTABILIDAD PLÁSTICA

La inestabilidad plástica puede ser responsable en otros casos de la propagación rápida de una fisura, dando así origen a un fenómeno de fractura dúctil rápida. Hoy se sabe que muchas fallas catastróficas que en el pasado fueron atribuidas a fracturas frágiles, tuvieron su origen como inestabilidades dúctiles. El incremento logrado en las últimas décadas en la resistencia y tenacidad de los materiales, hace que el fenómeno de falla por inestabilidad dúctil sea objeto de especial atención por parte de ingenieros e investigadores.

FATIGA

El fenómeno de fatiga es considerado responsable aproximadamente de mas del 90% de las fallas por rotura de uniones soldadas y precede muchas veces a la fractura rápida. Una discontinuidad que actúa como concentrador de tensiones puede iniciar bajo cargas cíclicas una fisura por fatiga que puede propagarse lentamente hasta alcanzar un tamaño crítico a partir del cual crece de manera rápida pudiendo conducir al colapso casi instantáneo de la estructura afectada. En presencia de cargas fluctuantes, en el vértice de discontinuidades geométricas mas o menos agudas se produce un fenómeno de deformación elasto-plástica cíclica a partir del cual se produce la iniciación de la fisura por fatiga. La condición superficial y la naturaleza del medio cumplen un rol importante sobre la resistencia a la fatiga, esto es sobre el número de ciclos necesarios para que aparezca la fisura. Desde un punto de vista ingenieril, cuando la fisura adquiere una longitud de aproximadamente 0.25 mm se acepta habitualmente que se ha completado la etapa de iniciación.A partir de ahí se considera que se está en la etapa de extensión o de crecimiento estable que eventualmente culmina en la rotura repentina de la sección remanente.

CREEP Y CREEP-FATIGA.

Las deformaciones elásticas y plásticas que sufre un material se suelen idealizar asumiendo que las mismas se producen de manera instantánea al aplicarse la fuerza que las origina. La deformación que puede desarrollarse posteriormente en algunas situaciones y que progresa en general con el tiempo, se conoce con el nombre de creep.

FRACTURA RÁPIDA

Se puede definir la fractura como la culminación del proceso de deformación plástica. En general se manifiesta como la separación o fragmentación de un cuerpo sólido en dos o más partes bajo la acción de un estado de cargas.

FISURAS Y GRIETAS.Las fisuras en el concreto se atribuyen a múltiples causas y pueden sólo afectar la apariencia de una edificación, pero también pueden ser indicadoras de fallas estructurales significativas. Las fisuras pueden representar la totalidad del daño, pero también pueden señalar problemas de mayor magnitud. Su importancia depende del tipo de estructura, como así también de la naturaleza de la fisuración.Las fisuras sólo pueden repararse correctamente si se conocen sus causas de origen y si los procedimientos de reparación seleccionados son adecuados para dichas causas; en caso contrario, las reparaciones durarán poco tiempo. Una correcta reparación, ataca no sólo la fisura como tal, sino también las causas del problema.

COMO DETECTAR DAÑOS EN

ESTRUCTURAS

DETECCIÓN DE DAÑOS EN ESTRUCTURAS: ESTUDIO COMPARATIVO ENTRE LOS ALGORITMOS DE

OPTIMIZACIÓN AGS Y PSO.Las técnicas de optimización de enjambre de partículas, PSO (de sus siglas en inglés, Particle Swarm Optimization) y Algoritmos Genéticos (AG), ambas usadas en la implementación de un sistema para detectar y diagnosticar fallas en una estructura usando la respuesta modal. Diferentes episodios de daños (daño simple y daño múltiple) con y sin ruido, permiten simular las condiciones reales en una estructura tipo viga y armadura para determinar el desempeño en la detección y diagnóstico de los sistemas propuestos. Adicionalmente, ambos sistemas propuestos se evalúan variando los volúmenes de información, es decir, el número de modos de vibración. La respuesta dinámica de la estructura en condición normal o de falla se obtiene usando la herramienta de uso libre OPENSEES® y los algoritmos de optimización PSO y AGs se implementan en ambiente Matlab®. La comparación de desempeño de las dos técnicas en cuanto a sus capacidades de detección y diagnóstico se realizan en una viga segmentada en 10 partes y simplemente apoyada y una armadura de 13 elementos. Resultados experimentales mostraron la eficacia y robustez de los sistemas propuestos en la determinación del estado del sistema en diversos ambientes de ruido y con diferentes volúmenes de información. Sin embargo su desempeño varía según el sistema monitoreado y la función objetivo utilizada

DIAGNÓSTICO Y SOLUCIONES DE ALGUNOS

DAÑOS DE ELEMENTOS

ESTRUCTURALES

Alumno:Egardo Rico

C.I. 15.848.224

GRACIAS POR SU ATENCIÓN