DAÑOS EN ESTRUCTURAS

1. 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

2. 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.

3. 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

4. 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

5. 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

6. FALLA DE UN ELEMENTO ESTRUCTURAL
Definiremos 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)

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. COMO
DETECTAR
DAÑOS EN
ESTRUCTURAS

14. 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

15. DIAGNÓSTICO Y
SOLUCIONES DE
ALGUNOS
DAÑOS DE
ELEMENTOS
ESTRUCTURALE
S

26. Alumno:
Egardo Rico
C.I. 15.848.224
GRACIAS POR SU
ATENCIÓN