Este documento trata sobre las estructuras y las fallas estructurales. Define una estructura como un conjunto de elementos que permanecen sin deformarse soportando fuerzas. Explica los tipos básicos de estructuras como muros y postes/vigas. Luego describe los diferentes tipos de fallas estructurales incluyendo falla por deformación elástica/permanente, separación parcial/total. Finalmente, menciona algunas causas comunes de fallas como mal diseño, cargas extraordinarias, construcción defectuosa y malos cimientos.

1. FALLAS EN LAS
ESTRUCTURA
2015

2. INTRODUCCIÓN
La estructura de un cuerpo es el conjunto de piezas que lo
forman, y que tienen como misión sustentar, proteger y dar
consistencia al resto. Las estructuras deben soportar fuerzas
como su propio peso, otros pesos (cargas), fuerzas de
inercia (al acelerar o frenar), la fuerza del viento, del agua etc.
sin romperse ni deformarse excesivamente. Un ejemplo de
estructura natural es el esqueleto de los vertebrados. Con
los nuevos materiales y las modernas técnicas constructivas
se ha mejorado la calidad y el tamaño de las estructuras
artificiales.

3. ESTRUCTURA
Son conjuntos de elementos
colocados de tal forma que
permanecen sin deformarse
ni desplomarse soportando
las fuerzas o pesos para los
que han sido proyectadas.
Es el armazón que le da
forma a un edificio
(Esqueleto).
Sostiene a un edificio, lo fija
al suelo y hace que las
cargas se transmitan a éste
lo que hace resistente a una
edificación ante movimientos
sísmicos.

4. Los elementos estructurales también
llamados miembros estructurales o
piezas estructurales , es decir, son
cada una de las piezas que forman
parte de un estructura, poseen un
carácter unitario y se muestran de la
misma manera bajo la acción de una o
varias cargas aplicadas.
Al diseñar debemos tener
en cuenta las
deformaciones
permisibles y los
esfuerzos admisibles

5. MUROS ESTRUCTURALES:
Se utiliza tiene dos elementos distintivos en la estructura general del
edificio:
Muros: Utilizados para dar
estabilidad lateral, así como
apoyo a los elementos que
cubren el claro. Generalmente
son elementos a compresión.
Elementos para cubrir claros:
Funcionan como pisos y techos. Dentro
de estos se encuentran una gran
variedad de ensambles, desde simples
tableros de madera y viguetas hasta
unidades de concreto precolado o
armaduras de acero.
SISTEMA DE POSTES Y VIGAS: Los dos elementos básicos son:
Poste: es un elemento
que trabaja a compresión
lineal y esta sujeto a
aplastamiento o pandeo,
dependiendo de su
esbeltez relativa.
Viga: básicamente es un
elemento lineal sujeto a una
carga transversal; debe generar
resistencia interna a los
esfuerzos cortantes y de flexión
y resistir deflexión excesiva.

6. FALLA ESTRUCTURAL
Una falla estructural se refiere a un
colapso en el cual la estructura se rompe
en pedazos. Sin embargo, en la mayoría
de los casos el término incluye otras
condiciones aparte del colapso, que
pueden ser no tan drásticas y aun así
llevar a pérdidas grandes.

7. FALLA ESTRUCTURAL
Cuando una estructura deja cumplir con su función de una
manera adecuada, se dice que ha fallado. Al hablar de falla es
preciso aclarar dicho concepto, pues existen diferentes
tipos. En general, se clasifican de la siguiente manera:
- Falla por deformación elástica excesiva.
- Falla por deformación permanente.
- Falla por separación parcial.
- Falla por separación total.
Los cuatro primeros modos de falla pueden ser atribuidos fundamentalmente
a falencias en el diseño del elemento estructural (excepto en el caso en que la
falla se produzca como consecuencia de una carga superior a las máximas
previstas en el diseño).

8. FALLA POR DEFORMACIÓN
ELÁSTICA EXCESIVA
La falla por deformación elástica tiene que
ver con el funcionamiento de la estructura.
Puede causar al usuario miedo de utilizarla;
piénsese, Ejemplo, en el temor de muchos a
cruzar puentes colgantes que oscilan
considerablemente, o a caminar sobre redes
o placas muy delgadas. También puede
ocasionar problemas constructivos como
rotura de vidrios, grietas en los cielos rasos y
desajustes de puertas y ventanas. En el caso
de piezas de maquinaria puede causar roces
que aceleran e desgaste, e incluso puede
impedir totalmente el funcionamiento de la
máquina. Además, hay ocasiones en que
dicha deformación excesiva origina
esfuerzos secundarios que ocasionan fallas
más graves.

10. FALLA POR DEFORMACIÓN
PERMANENTE
Es en la que se presenta cuando el
material se ha sometido a un
esfuerzo superior a su límite
elástico. En máquinas, dichas
deformaciones impiden su
funcionamiento normal la mayoría
de las veces. Lo mismo puede
ocurrir en las estructuras propias
de la Ingeniería civil, haciendo
necesaria su reparación. Sin
embargo, el efecto más notorio
para un lego en la materia tiene que
ver con el aspecto estético que
presenta.

11. FALLA POR SEPARACIÓN
PARCIAL
Se refiere a que en algunas partes del
elemento estructural el material presenta
separaciones considerablemente mayores que
las normales entre partículas. Se dice,
entonces, que se han presentado fisuras o
grietas. Las primeras son, en muchos casos,
imposibles de evitar en algunos materiales
como el hormigón y pueden tener importancia
o no, dependiendo del fin de la estructura. Si
se las descuida, sin embargo, pueden adquirir
una gravedad que inicialmente no era muy
obvia. Ejemplo estructuras de hormigón
reforzado localizadas en zonas costeras o en
ambientes industriales corrosivos han fallado
por la reducción en el área del acero de
refuerzo, producida por la oxidación que
facilitan las grietas.

13. FALLA POR SEPARACIÓN
TOTAL
El más grave desde el punto de vista
de la seguridad, es la falla por
separación total o colapso de la
estructura. Al producirse ocasiona
perjuicios económicos considerables
y aun pérdida de vidas. Por esta
razón sólo es permitida en el
laboratorio, pues conocer el
comportamiento estructural hasta la
rotura incide en la formulación de las
normas de diseño. Es claro que un
material o estructura que falla de un
modo súbito o explosivo, requiere
mayor margen de seguridad que
cuando el tipo de falla permite tomar
a tiempo medidas correctivas.

14. ENTONCES ¿POR QUE?
FALLAN LAS ESTRUCTURAS
• Por fallo de los materiales (fatiga
elástica, mala elección).
• Por fallo en el diseño (errores de
cálculo, de dibujo).
• Por factores incontrolables (vientos
huracanados, inundaciones,
sobrecargas, terremotos, ataques
terroristas etc.)

15. OTRO TIPO DE FALLAS
ESTRUCTURALES
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.

16. 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

17. 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.

18. FALLAS SÍSMICAS

19. Hay muchas razones por las cuales
los edificios experimentan fallas
estructurales. Algunas de estas
fallas pueden evitarse, mientras
que otras están fuera del control
del constructor. Muchas veces la
causa de una falla estructural no
puede determinarse hasta que no
se realiza una investigación
exhaustiva. La causa puede
entonces ser evitada en las
construcciones futuras.

20. MAL DISEÑO
Una de las causas más
comunes de la falla estructural
es un mal diseño. Esto
significa que alguien cometió
un error de cálculo al diseñar
el edificio, los datos fueron
imprecisos, se utilizaron los
materiales incorrectos o
alguien ignoró el modo en el
cual el estrés impulsivo afecta
la construcción. Los
ingenieros son los
responsables de este tipo de
fallas ya que son los que crean
y diseñan los planos.

21. CARGAS EXTRAORDINARIAS
Los edificios están diseñados para soportar
condiciones específicas. Cuando se exceden
estas condiciones, pueden ocurrir fallas
estructurales. La causa principal de falla
estructural son las cargas extraordinarias
debido a las condiciones climáticas o a otros
fenómenos naturales. Algunos ejemplos de
cargas extraordinarias incluyen la fuerza de
los vientos huracanados, los terremotos, y la
acumulación de hielo y nieve. Los edificios
que están construidos en áreas que son
propensas a sufrir estos problemas están
diseñados para soportar estas fuerzas y se
construyen de manera muy sólida. Sin
embargo, algunos tipos de cargas
extraordinaria no pueden anticiparse y
suceden fallas estructurales.

22. Construcción defectuosa
La construcción defectuosa ocurre cuando se utilizan
materiales inadecuados para la construcción. Usualmente,
un inspector se dará cuenta de estos problemas y solicitará
que sean corregidos. Las fallas que resulten en fallas
estructurales incluyen malas soldaduras, pares de torsión
inadecuados en tuercas y tornillos, arena demasiado salobre
para el hormigón, remachado malo y acero de calidad
inferior.

23. MALOS CIMIENTOS
La estructura puede estar diseñada y
construida de manera adecuada, pero
si está sobre cimientos malos, pueden
ocurrir fallas. Uno de los ejemplos más
conocidos de un edificio con malos
cimientos es la Torre Inclinada de Pisa.
Los malos cimientos causan que un
edificio se hunda o incline mientras la
tierra se desplaza debajo de él. Este
desplazamiento altera la distribución
del edificio de modo que la
construcción y el diseño cambian, sin
cumplir con las especificaciones
necesarias.