capítulo # 4 fallas estructurales

Profesor: Máximo Miranda

REHABILITACIÓN

DE OBRAS

CODIGO DE ASIGNATURA

CAPITULO 4

7890

II SEMESTRE

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20124- ELEMENTOS ESTRUCTURALES.

4.1 FALLAS CLÁSICAS EN ESTRUCTURASDE ACERO Y CONCRETO

En el área de la ingeniería civil es muy frecuente encontrar anomalías durante

la construcción y funcionamiento de alguna obra civil. Esta anomalía,

irregularidad, deterioro o cambio brusco en la configuración inicial que haya

sufrido una construcción (edificio, armadura, casa, nave industrial o cualquier

otro tipo de obra civil), la denominaremos por ahora y hasta no profundizar en

su estudio, como “Falla Estructural”.

La presencia de fallas estructurales en la ingeniería civil data de hace miles de

años, seguramente desde las primeras obras hechas por el hombre y antes de

que se pudiera definir una rama especializada para el estudio de éstas. Es muy

frecuente encontrar una infinidad de estas fallas que por ser de muy poco

impacto visual o estructural no se les analiza y profundiza en su estudio.

Además, uno de los mayores inconvenientes que existen para el desarrollo de

este tipo de actividad (elaboración de peritajes estructurales) es la muy escasa

información y la poca bibliografía que existe para el ejercicio de la misma, así

como la acentuada escasez de expertos estructurales debidamente

capacitados para efectuar los peritajes.

4.1.1 DEFINICIÓN DE FALLA ESTRUCTURAL.

El significado de la frase “falla estructural” puede ser asociado a infinidad de

significados distintos, entre los que podremos establecer los siguientes (Baeza

y Gómez, 1994):

Desprendimiento o aplastamiento de los recubrimientos en cualquier

parte de la estructura

Pandeos en cualquier componente de una estructura

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Grietas en elementos estructurales hechos con materiales frágiles

Disminución de las dimensiones originales por efectos de corrosión

Desplazamientos excesivos en cualquier componente de un sistema

estructural

Cualquier defecto en un sistema estructural, aunque no afecte

directamente la estabilidad, resistencia, comportamiento, o inclusive que

su apariencia no sea alarmante pero sí observable a simple vista.

Para obtener una adecuada definición de “falla estructural” se deberá recurrir a

la definición previa de disfuncionalidad, o sea, el mal funcionamiento de la

estructura o de cualquiera de sus componentes. Esto se establecerá a partir de

ciertas evidencias, tales como: fisuras, desplomes, desprendimientos, etc. Sin

embargo, puede suceder que aún existiendo alguna o varias de estas

evidencias, no se trate de un mal funcionamiento estructural sino de un

“defecto constructivo”.

Defecto constructivo se entiende como aquella evidencia debida a una mala

práctica constructiva que no afecta el comportamiento de la estructura. Algunos

ejemplos de defectos constructivos comunes y que no son considerados como

fallas estructurales son: desplomes, deflexiones excesivas aparentes inducidas

por la mala alineación de la cimbra, desprendimientos de recubrimientos por

mala adherencia, etc.

Para establecer plenamente si se trata de una falla estructural o de un defecto

constructivo un experto deberá efectuar un estudio especializado, que

mediante la aplicación de una metodología compleja decidirá si se trata o no de

una falla estructural, salvo en los casos de fallas estructurales obvias como un

derrumbe. Ante la necesidad de llamar de cierta forma a las evidencias iniciales

hasta que sean calificadas plenamente como fallas estructurales por un perito

estructural se propone la utilización del término “falla estructural aparente”, a

las evidencias iniciales y solamente llamaremos “falla estructural” a aquellas

que después de efectuar un estudio adecuado dejen de ser aparentes y se

conviertan en fallas estructurales reales.

Por lo tanto, falla estructural se definirá como aquel fenómeno que siendo

observable, haya sido generado por un mal o inadecuado funcionamiento de un

elemento o sistema estructural; en tanto, defecto constructivo es aquella “falla

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estructural aparente” que no afecta los niveles de seguridad estructural o que

no ha sido inducido por un mal funcionamiento de la estructura.

En general, el nombre de “falla estructural aparente” será asociado inicialmente

a cualquier problema por insignificante que sea éste y podrá justificar o no un

estudio detallado de la zona dañada. Para la cual se propondrá posteriormente

una solución, que al ser llevada a cabo restaurará los niveles de seguridad

estructural sin más problemas que el aumento en el costo, reducción de la

eficiencia de la estructura o en el incremento en el tiempo de construcción de la

obra (durante la etapa de construcción).

4.1.2 ORÍGENES DE LA FALLA

Para toda obra civil que haya pasado por el proceso de diseño estructural,

siempre se tendrán tres distintas etapas que son: etapa de proyecto, etapa de

construcción y etapa de servicio. En la primera etapa, conocida también como

etapa de proyecto estructural, la estructura todavía no existe materialmente.

Sin embargo, esta etapa es de gran importancia porque la estructura es

“creada” o sea, es concebida con todas sus características futuras. En la

segunda etapa, la constructiva, se materializa el proyecto definido en la primera

etapa y finalmente, en la última etapa, la de servicio, la obra es puesta en

operación o funcionamiento.

Las fallas estructurales se presentan por una acción individual o por la

combinación de un conjunto de diversas circunstancias como errores, defectos

o imprevistos ocurridos durante la etapa de diseño estructural, construcción u

operación del edificio (condiciones de servicio). Pueden existir entonces,

infinidad de posibles orígenes de fallas estructurales en cualquiera de las tres

etapas anteriormente descritas, lo cual se discutirá a continuación.

Etapa de diseño

En esta etapa, dependiendo de la calidad del proyecto o proceso de diseño

llevado a cabo, existe la posibilidad de que se produzca una gran cantidad de

posibles orígenes de fallas producto de una innumerable lista de causas como:

falta del conocimiento de los reglamentos de construcción, modelado teórico

inadecuado o insuficiente, deficiente análisis de acciones, errores numéricos,

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escasas especificaciones en los planos con fines constructivos, así como la

elección de procesos constructivos inadecuados.

Existen obras de construcción en las que por increíble que parezca, esta

primera etapa no es realizada y, sin embargo, no presentan ningún tipo de

problema en contraste con las que si se realizó. A las obras que no tuvieron un

proceso de diseño estructural y en aquellas que se realizó de una manera

deficiente, se les conoce como obras artesanales, en tanto que en las obras en

las que sí se realizó el proceso de diseño estructural, se les conoce como

obras ingenieriles. En los países de grandes problemas económicos, existe un

elevado porcentaje de obras artesanales, en tanto que en países muy

industrializados el porcentaje de obras artesanales es mínimo o nulo.

Etapa de construcción

La etapa de construcción es la materialización de la etapa de diseño. Muchas

de las fallas que en esta etapa se presentan son inducidas por la poca

información aportada por la etapa de diseño, la deficiente supervisión de obra

que se presenta en muchos casos como consecuencia de la situación

económica del país, la poca calidad de los materiales que se adquieren al tratar

de abaratar los costos al máximo e inclusive se pueden tener fallas inducidas

por la mala calidad de la mano de obra. Otros problemas que frecuentemente

se presentan en la construcción son el empleo de procedimientos constructivos

inadecuados, la mala interpretación de la información del proyecto estructural

como consecuencia de la poca o nula relación entre el diseñador o calculista y

el constructor entre muchas más.

Etapa de operación

Las dos etapas anteriormente tratadas para una obra civil, son por lo general

de muy poca duración si se les compara con la tercera etapa que es la

operación o funcionamiento de la obra; aunque existen obras que solo duran en

operación muy poco tiempo, principalmente por la presencia de acciones no

consideradas durante la etapa de proyecto, lo normal es que las obras civiles

tengan una larga vida útil, normalmente de varias décadas.

En países muy desarrollados, con una fuerte cultura hacia los seguros, el

concepto de vida útil de un edificio es una cosa bien definida, procediéndose a

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la demolición del edificio al vencerse el plazo de vida útil establecido en la

póliza del seguro. Además, una grave deficiencia que tienen los países

subdesarrollados es la baja cultura hacia las labores de mantenimiento que

debe dársele a los edificios y en general, en cualquier obra civil el

mantenimiento de la estructura ocupa el último lugar en las prioridades

asignadas respecto al mantenimiento de otros sistemas tales como el

mecánico, el eléctrico, etc.

Una gran parte de los defectos o fallas que se presentan en edificios u obras

civiles son causadas por el inadecuado funcionamiento al que es sometido, ya

que en muchos casos el edificio, estructura o elemento estructural es diseñado

para resistir condiciones muy diferentes que a las que realmente se les somete;

tal es el caso de cambiar el destino de un edificio de departamentos

habitacionales por el de un edificio industrial, en donde las losas, muros y

cimentación tendrán mayores cargas.

También cabe mencionar en esta etapa, que el mantenimiento que se aplica a

la estructura es de gran importancia para prevenir las fallas más comunes

como corrosión y deterioro de los elementos expuestos a agentes agresivos.

Aquí se quiere señalar que todas las etapas que se llevan a cabo desde la

concepción de una obra hasta que sea cerrada o demolida son de gran

importancia en la aparición y detección de alguna falla; se debe de tomar en

cuenta para esto último, la acción de fuerzas de naturaleza accidental como la

presencia de algún fenómeno meteorológico, sísmico o provocado por alguna

acción no prevista en el proyecto estructural tales como vibraciones o

explosiones cercanas al lugar.

También, en esta última etapa es posible que se manifiesten fallas

estructurales que tuvieron su origen en la etapa de proyecto o en la etapa de

ejecución y, aún más, es posible que la combinación de alguna causa originada

en la primera etapa con otra causa originada en la segunda etapa, conduzcan a

alguna falla estructural durante la tercera etapa; tal sería el caso de una

sección transversal de un elemento sometido a flexión concebido en el proceso

de diseño con muy escasas dimensiones en su sección transversal y que

durante su construcción se le reduzca aún más su sección transversal por

algún defecto, y que, finalmente falle al recibir una carga que la deje sin

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reservas de resistencia. Se podrían citar muchos ejemplos reales de ésta

situación.

4.1.3 DETECCIÓN DE LAS FALLAS ESTRUCTURALES

La detección de fallas estructurales no es trabajo exclusivo de una sola

persona en especial y por lo general, son detectadas de modo accidental. Las

primeras personas en darse cuenta de la ocurrencia de algún problema

estructural son los propios usuarios de las edificaciones o construcciones, si

éstas se presentan durante la fase de servicio u operación, y casi nunca le

prestan al principio la importancia requerida debido a que ellos emiten su

propia justificación al problema o piden la opinión de personas conocidas sin

acudir a una persona especializada. Solamente acuden a una persona

especializada cuando su vida se ve en situación de peligro; un ejemplo sería el

caso de la aparición de una flecha excesiva en alguna viga o la aparición de

fisuras de gran magnitud en muros y losas perfectamente observables por

mencionar algunas.

Como se ha mencionado anteriormente, las fallas no solamente se presentan

durante la etapa de servicio sino que es muy común que ocurran durante el

proceso constructivo; las personas que detectan estas fallas son los propios

albañiles o residentes de la obra, los cuales casi siempre tenderán a repararla

precipitadamente de una manera inadecuada por temor a ser señalados como

responsables. Por lo que, la falla no es reportada y estudiada con detalle.

Muchas de las fallas que se presentan en esta etapa son consecuencia directa

del proyecto de diseño, pero en muchos casos son consecuencias de un

procedimiento constructivo inadecuado o inclusive por la combinación de

causas pertenecientes a ambas etapas como se ha señalado.

La detección inicial de la falla es un evento o conjunto de eventos que pueden

tener gran influencia en el tratamiento futuro que se le dará a la falla

estructural. Si el fenómeno que causa la falla es de naturaleza progresiva

existirá el peligro de que la falla incremente rápidamente su gravedad y su

peligrosidad poniendo en riesgo la integridad física de los usuarios; en este

caso, la prontitud con que se atienda a la falla será de gran importancia.

Existen otros casos de fallas, las de tipo súbito, en las que no existe la

posibilidad de que la falla sea detectada hasta que una parte o toda la

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estructura se colapsa repentinamente en forma catastrófica. En ciertos casos,

como las fisuras de elementos de concreto armado expuestas a ambientes

agresivos, la demora en la reparación de las fisuras conducirá a la aparición e

incremento de corrosión en el acero de refuerzo, agravándose mucho más la

falla estructural. En cualquier caso, la pronta atención de la falla estructural, por

expertos debidamente entrenados y calificados propiciará una adecuada

restauración de los niveles de seguridad estructural originales en la estructura o

en parte de ella.

La detección de ciertas fallas no siempre es tarea fácil dado que muchas de las

fallas no se presentan de un modo simple, en forma de fisuras o deflexiones

excesivas, sino que se presentan de manera compleja en el comportamiento

general de una estructura, aquí se requiere entonces de la interpretación de un

ingeniero especializado en el estudio y tratamiento de las fallas estructurales.

Una vez detectada presunta la falla por cualquier persona, lo deseable es

llamar a la brevedad posible, a una persona especializada en fallas

estructurales con el fin de que ésta realice un estudio y exprese su opinión

acerca de la naturaleza así como de la gravedad de la falla. A esta persona se

le conocerá con el nombre de perito estructural, quien con base en su

experiencia y conocimientos especializados sobre fallas estructurales, así como

con la ayuda de la metodología adecuada para el estudio de la falla, propondrá

los métodos más adecuados para efectuar las reparaciones.

El perito estructural estará a cargo de la evaluación de la estructura completa y

de la detección de todas las anomalías existentes en una edificación, mas no

será el responsable de la restauración de ésta, a menos que se comprometa

específicamente a ello. La situación común es que después de una minuciosa

revisión del edificio, el perito estructural asuma la responsabilidad total sobre la

seguridad de todo el edificio, para lo cual, deberá dimensionar el estudio de tal

forma que incluya sondeos exhaustivos y aún la supervisión estructural

personal del proceso de reconstrucción o reforzamiento adicional.

4.1.4 CONSECUENCIAS DE LAS FALLAS ESTRUCTURALES

Las consecuencias que traen consigo las fallas estructurales las clasificaremos

en dos categorías como se muestra a continuación:

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a) Consecuencias inmediatas. Son las que suceden instantáneamente al

ocurrir la falla en las edificaciones, tales como:

– Lesiones a usuarios o al personal constructor del edificio

– Pérdidas económicas para los propietarios o arrendadores del edificio u obra

– Suspensión de los trabajos de construcción

– Reducción en los niveles de seguridad reales de la estructura

– Vibraciones excesivas en losas, rampas u otros elementos

– Deflexiones excesivas que generan mala apariencia

– Fisuras que afecten psicológicamente a los usuarios

– Sentimiento de inseguridad en los usuarios del edificio por la rehabilitación o

reparación del mismo

– Ruptura de cristales, muros divisorios o instalaciones por excesivos

desplazamientos

– Complicación de trámites o cancelación de permisos por autoridades

municipales

– Retrasos en tiempo de ejecución o en la terminación un edificio y su

correspondiente multa

– Etc.

b) Consecuencias a largo plazo. Son aquellas que no se aprecian al

momento de ocurrir la falla y aparecen o se distinguen después de cierto

tiempo transcurrido después de la falla, tales como:

– Reducción del costo del edificio

– Reducción de la vida útil (durabilidad) del edificio

– Incremento del deterioro o daño

– Deterioro de la funcionalidad del edificio

– Deterioro de la apariencia.

4.1.5 LA ELEBORACIÓN DEL PERITAJE ESTRUCTURAL

La definición de una falla en una estructura o edificio no es fácil ya que requiere

de la participación de un experto en ingeniería estructural o materiales, cuya

función esencial es:

1) Establecer el tipo de falla y su nivel de gravedad

2) Encontrar las causas que la originaron

3) Proponer la solución

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Es necesario que las funciones del experto sean ejecutadas en este orden, ya

que si no se establecen primero las causas reales que originaron las fallas y se

propone alguna medida correctiva al problema, existe una alta probabilidad de

que el problema reaparezca o se agrave hasta niveles peligrosos, entendiendo

por esto, que exista una alta probabilidad de lesiones ó pérdidas de vida de los

usuarios del edificio.

Hasta ahora no existe algún método automático o instrumentado que permita

definir las causas de una falla o que proponga la solución. Ya que sin

participación de una mente humana debidamente entrenada no será posible

definir el tipo de falla y su nivel de gravedad, establecer las causas y proponer

sus soluciones.

Podrán existir instrumentos muy especializados y sofisticados para establecer

características físicas y químicas de los materiales pero sin la intervención del

cerebro humano, el cual deberá poseer ciertos atributos tales como,

conocimiento, experiencia, manejo de metodologías, etc, no se podrá realizar

adecuadamente el estudio de una falla estructural llamado también estudio de

patología estructural.

El estudio de una falla estructural y su presentación en forma escrita, verbal,

mixta o gráfica, esquemática o incluso simulada entre otras posibles

combinaciones constituye el peritaje estructural

Una característica particular del peritaje estructural es que para cada caso en

especial se requiere generar o crear una metodología específica de tal suerte

que generar la metodología es la parte más difícil en la elaboración de un

peritaje estructural. En forma simple un peritaje estructural es la opinión

personal de un experto en ingeniería estructural existiendo la posibilidad de que

esta opinión sea errónea.

4.1.6 PRINCIPALES TIPOS DE FALLAS ESTRUCTURALES

Colapsos de Estructuras

A continuación se describen un cierto número de fallas específicas en

elementos de concreto y acero. Primeramente se mencionarán algunas fallas

que fueron colapsos totales o parciales y finalmente se hará una discusión

esquemática de algunos tipos de fallas comunes que se presentan con

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frecuencia como grietas de anchura importante en elementos de concreto y

mampostería.

Figura 1.- Colapso de silos para almacenaje de granos

En la figura 1 se muestra una batería de ocho silos de concreto y cuatro

intersilos. Los silos tenían una altura de 40m y un diámetro exterior de 7 m

aproximadamente. Los silos fueron construidos en la década de los setentas en

la Ciudad de Mérida. Estos silos fueron diseñados solamente ante esfuerzo, no

se revisó ni se controló el agrietamiento por tensión radial y se hizo el diseño

con la condición de que los intersilos solamente se podían utilizar si los silos se

encontraban totalmente llenos. A consecuencia de este diseño deficiente se

originaron grietas verticales por donde siempre existían fugas. Finalmente, los

silos colapsaron al presentarse una fuga en uno de los silos, la cual no pudo

ser controlada, ocasionando el vaciado de uno de los silos mientras los

intersilos se encontraban llenos. Esta condición de carga ocasionó la ruptura de

la pared del intersilo golpeando el contenido del intersilo la pared de los silos

extremos provocando el colapso parcial de toda la batería; se perdieron dos

silos y un intersilo.

Es importante recalcar que en esa década se le dió más importancia al

procedimiento constructivo que al diseño y todas las baterías de silos de esa

época tuvieron como defecto genético el no poder soportar las tensiones

radiales y la consecuente aparición de las grietas.

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Figura 2.- Falla cimentación por licuación de arenas

En la figura 2 se presenta una obra de dos niveles que se utilizó como oficinas

de la empresa constructora encargada de la construcción del puente de Ciudad

del Carmen. La obra es de dos niveles y se encuentra en la arena de playa a la

orilla de la Laguna de Términos.

Durante un norte, con una fuerte descarga de lluvia se hundió prácticamente

todo el primer nivel. La arena de playa es un material 100% friccionante sin

cohesión y la fricción entre grano y grano se puede romper de dos formas,

mediante vibración o mediante el paso de un fluido como aire o agua a través

de los granos de arena. En este caso fue el agua la que rompió la fricción entre

los granos y se presentó el fenómeno conocido como licuación de arenas, es

decir el suelo se comporta como un líquido. Se puede suponer que la obra no

se hundió completamente porque ésta tenía un cierto volumen aire atrapado lo

que produjo la flotación de la parte que se ve o porque la cimentación alcanzó

el nivel freático o un estrato rocoso.

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Figura 3a.- Colapso de los volados de una plaza comercial

Figura 3b.- Colapso de los volados de una plaza comercial

En las figuras 3a y 3b se presentan los colapsos de ambos volados de un

centro comercial a punto de ser inaugurado y puesto en servicio en la Ciudad

de Mérida. Los volados tenían una longitud de 2 m. A pesar de ser de una

misma edificación los volados se construyeron de dos maneras distintas. Del

lado derecho se tenían viguetas 12-5 en voladizo sin ninguna viga de concreto

de refuerzo, mientras que del lado izquierdo el volado se lograba con vigas de

concreto reforzado separadas a cada 4 m sobre las cuales se apoyaban las

viguetas. Encima de ambos volados existían pretiles y tejas en planos

inclinados apoyados sobre prelosas de concreto. El colapso ocurrió durante

una lluvia muy fuerte durante la cual el agua se acumuló en los techos que

formaban piletas. Ambos tipos de volados se colapsaron simultáneamente ante

momento negativo, el colapso simultaneo de ambos volados fue puramente

casual como consecuencia de que ambos sistemas estructurales fueron

inadecuados. El sistema estructural del lado derecho no presentaba ningún tipo

de refuerzo longitudinal de acero ante momento negativo en la parte superior,

mientras que del lado izquierdo fue insuficiente, como se muestra (ver figura 3

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Figura 4.- Colapso del techo de una tienda comercial

En la figura 4 se muestra el colapso de un techo de losa–acero de un almacén

en Mérida. La estructura constaba de muros de bloques huecos de concreto

vibrocomprimido, columnas de concreto reforzado y trabes metálicas gemelas y

paralelas con forma de armadura. El colapso sobrevino a consecuencia de un

sobrepeso ocasionado por la acumulación de agua en la azotea durante una

lluvia fuerte. Sin embargo, es importante recalcar que éste no fue un factor

decisivo como causa del colapso, sino la mala soldadura aplicada en la trabe

en los elementos de acero.

Aunque la soldadura de los elementos de la trabe con forma de armadura era

de mala calidad en toda su longitud, la falla se presentó en las placas de unión

al centro del claro, lugar donde se presenta el momento máximo como se

observa en la figura 4.

Figura 5.- Colapso de la techumbre de un graderío

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En la figura 5 se muestra el volteamiento de toda la cubierta de un graderío de

futbol soccer ocurrido durante el Huracán “ISIDORO” en Motul, Yucatán . Esta

falla es muy interesante ya que consistió en el volteamiento a 180º de las

trabelosas de concreto reforzado que estaban asentadas sin anclaje sobre

marcos paralelos. Las trabelosas plegadas tenían una longitud

aproximadamente de 8 metros con 5 cm de espesor y estaban plegadas en la

dirección corta. Las trabelosas en cuestión a pesar de su peso fueron

levantadas y volteadas por el viento huracanado, hacia el piso posterior al

graderío; algunas trabelosas giraron 180º y otras 360º. Es importante recalcar

que estamos acostumbrados al volteamiento de una cubierta liviana y en este

caso la cubierta era de tipo pesada, por lo que no existía ningún elemento de

sujeción entre la trabelosa y los soportes. Además, los constructores confiaban

en el peso propio de la trabelosa para resistir los vientos meteóricos. La

configuración geométrica inclinada del graderío y las trabelosas produjeron el

embudo de captura del viento ejerciendo el empuje necesario para levantar y

voltear las trabelosas.

Figura 6.- Colapso parcial de la techumbre de un graderí

En la figura 6 se presenta el colapso parcial una de techumbre liviana

perteneciente a un graderío y que consistía en columnas de concreto reforzado

y armaduras en volado que soportaban los polines y las láminas metálicas

onduladas. Estas columnas fueron reforzadas 6 meses antes del paso del

huracán “ISIDORO” por varios motivos, ya que en su parte superior sobre el

graderío, presentaban grietas horizontales inducidas por la flexión ante

momento negativo producto del peso propio de la techumbre liviana. Además,

la cuantía de refuerzo longitudinal de las columnas era mucho menor a la

cuantía mínima establecida en los reglamentos de construcciones y la conexión

entre la armadura y la columna parecía muy vulnerable ante viento meteórico.

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Se propuso que las columnas fueran reforzadas exteriormente con 4 ángulos

metálicos, uno en cada esquina de cada columna, y unidos entre sí por soleras

con configuración de celosía triangular en toda la longitud de la columna.

Adicionalmente, se reforzó la unión viga-columna con ángulos en posición

inclinada en forma de “pie de amigo”. El refuerzo de algunas columnas fue

construido en forma deficiente, ya que solamente abarcó la parte superior de

las columnas por la existencia de un muro. Adicionalmente, en toda la longitud

de la columna se empleó una soldadura con muchos defectos tales como

escoria incluida, forma de gota, partes sin unión etc.

El colapso ocurrió por volteamiento de la cubierta exterior consecuencia de la

fractura de algunas columnas en la zona donde terminaba el refuerzo. La falla

se presentó en esta zona por coincidir con la sección con menor resistencia a

flexión, como consecuencia de una deficiente ejecución de la propuesta de

reforzamiento.

Figura 7.- Colapso de la techumbre liviana de un graderío

En la figura 7 se muestra la falla de una cubierta de graderío con una estructura

básica formada por 3 marcos de rodilla unidos entre sí por polinería y una

cubierta metálica de láminas. La falla fue por volteamiento hacia atrás del

volado dando la impresión que la forma inclinada del graderío cambio la

dirección del viento.

El primer marco colapsado y que sirvió de detonante para generalizar la falla de

toda la estructura fue el marco central el cual presentaba el doble de área

tributaria expuesta al viento que los marcos extremos. La falla directa fue por

pérdida de la adherencia de las anclas en el dado de cimentación, porque no

se apreciaron fallas en la unión de las barras de anclaje con la placa base ni en

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la placa base con la columna. Las anclas que fallaron eran de acero de ¾” de

diámetro así como el espesor de la placa base y se desconocía longitud de

anclaje de las barras así como las características de su doblez, si es que lo

tenía. Esta columna central se mantuvo sin daño mientras que las columnas

laterales extremas sufrieron falla por flexo-torsión al ser deformadas por la

polinería que unía el marco central con los marcos extremos.

Figura 8.- Falla de una nave industrial por acción del viento

En la figura 8 se presenta una nave de marcos de acero con techumbre basada

en polines y láminas. La nave estaba confinada con dos mamparas de lámina

laterales verticales y dos muros de bloques de concreto. La altura de la nave

era de 6 m y todas las columnas metálicas y las vigas eran de sección muy

reducida respecto a su largo. El colapso de la nave casi total con desplome de

las columnas y muros se debió a la inexistencia de trabes metálicas de rigidez.

Al parecer se supuso que la polinería proporcionaba la estabilidad lateral en el

sentido perpendicular a los marcos, la cual fue insuficiente ante la acción de las

presiones producidas por el viento huracanado.

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Figura 9.- Colapso de una mampara

En la figura 9 se muestra una mampara utilizada como anuncio panorámico de

15m de altura. Se puede apreciar que el colapso se debió al deterioro por

corrosión de la soldadura del acartelamiento con la placa base, adicionalmente

se perdieron algunas tuercas de las anclas lo que dobló la placa base.

Finalmente, se presentó el desgarramiento del tubo en la parte a tensión y el

pandeo local del tubo en la zona a compresión producto de la flexión en la base

del tubo del pedestal de la mampara.

Figura 10.- Colapso de una techumbre en forma de paraguas

En la figura 10 se muestra una techumbre en forma de paraguas con 4

columnas. La techumbre fue desempotrada y volteada 180º. El

desempotramiento se debió exclusivamente a la falla de sus anclajes que

consistían en 4 barras de ¾” de diámetro. Obsérvense en las fotografías lo

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delgado de la placa base respecto al diámetro del pedestal y el pequeño

diámetro de las cuatro anclas respecto a la placa base.

4.1.7 Grietas en elementos

En las figuras siguientes se muestran esquemáticamente los elementos de una

estructura con grietas importantes, estas grietas han sido amplia mente

estudiadas por investigadores durante muchos años por lo que se han

establecido plenamente sus causas. Adicionalmente, varias fallas clásicas

pueden ser aplicables a una infinidad de estructuras diferentes con sus debidas

consideraciones.

En la figura 11 se muestra un muro de mampostería de bloques huecos de

concreto vibrocomprimidos perteneciente a una bodega estructurada con

marcos de acero a dos aguas de un solo claro y muros laterales de

mampostería. Los muros laterales están ubicados entre las columnas de la

estructura de acero y poseen una cimentación consistente en una zapata

corrida de mampostería de piedras naturales que desplanta en un estrato

rocoso sano.

Las grietas mostradas en la figura 11 tienen distinta trayectoria, dirección,

ancho, se presentan en una sola cara o en ambas caras y cada una de ellas

fue causada por un fenómeno distinto. Para establecer las causas que

originaron cada una de las grietas es indispensable obtener en sitio todas las

características de cada grieta y posteriormente tratar de asociarlas con las

causas posibles. Las características de las grietas son: ubicación, dirección,

longitud, ancho, profundidad, el punto de inicio, el punto de avance, la

velocidad de propagación.

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Figura 11. Marco de acero a dos aguas con un solo claro

Las posibles causas de la grieta tipo A pueden ser:

Presencia de interfase entre los materiales acero y mampostería

Movimientos horizontales sobre el eje longitudinal del muro

Torsión de la columna

Contracción de la mampostería

Carencia de la rigidez horizontal (elemento de liga)

Cambios volumétricos debidos a variaciones de temperatura ambiental

Carencia de elementos confinantes en la mampostería

Anclajes insuficientes entre las columnas de acero y los castillos de

concreto

Conexión inadecuada entre columna de acero y bloques huecos

Acción lateral severa

Varias más.

Las posibles causas de la grieta tipo B pueden ser:

Asentamientos diferenciales en la mampostería

Tensión diagonal por carencia de confinamiento adecuado en el muro

Hundimientos de la zapata de la columna

Flexión lateral de la columna

Impacto de algún objeto

Vibraciones del subsuelo

Pegado deficiente de los bloques

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Las posibles causas de la grieta tipo C pueden ser:

Flexión del muro fuera del plano

Flexión del muro de la zapata corrida por inadecuado soporte

Hundimientos diferenciales de la zapata corrida

Hundimientos de las zapatas de los marcos

Falla de las zapatas por rotación

Excentricidad en la zapata corrida

Inadecuada limpieza entre mampostería de zapata corrida y estrato

rocoso

Pérdida del soporte de la zapata por excavación de una zanja paralela a

la zapata.

Las posibles causas de la grieta tipo D pueden ser:

Contracción de la mampostería

Empleo de bloques con exceso de áridos finos

Carencia de elementos confinantes

Aplicación de fuerzas fuera del plano principal del muro

Empuje del viento fuera del plano principal del muro.

Las posibles causas de la grieta tipo E pueden ser:

Deficiencia de rigidez horizontal en la parte superior del muro

Carencia de cadena superior de confinamiento

Carencia de trabe de liga

Anclaje inadecuado de los castillos a la columna de acero

Flexión local de la columna en el plano fuerte del muro y en el débil.

Las posibles causas de la grieta tipo F pueden ser:

Acción lateral reversible debidas a viento o sismo

Vibración maquinaria

Peso vehicular intenso

Impacto vehicular.

Las posibles causas de la grieta tipo G pueden ser:

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Falla de la zapata corrida por asentamiento vertical

Hundimientos diferenciales de zapatas aisladas.

Las posibles causas de la grieta tipo H pueden ser:

Secado violento del recubrimiento

Contracción diferencial parcial del muro.

Como puede observarse para un mismo tipo de grieta existen varias posibles

causas y solamente con la asociación directa de las características de una

grieta con una causa en particular, mediante la ayuda de la lógica más rigurosa

y el sentido común, se podrá establecer como causa verdadera la más

probable. Es importante mencionar que la parte medular para el

establecimiento de las causas es una de las características inherentes a la

mente humana.

A continuación se mencionan las causas de distintos tipos de agrietamientos en

algunos elementos de concreto reforzado y presforzado. La intención de esta

descripción es que el lector mediante una inspección visual pueda relacionar

algunos tipos de agrietamientos con su causa directa.

En la figura 12 se presentan algunos agrietamientos comunes en elementos de

concreto reforzado. Las grietas tipo A se deben a flexión simple del elemento y

pueden variar desde algunas cuantas grietas de ancho insignificante hasta una

gran distribución con ancho apreciable. Las grietas tipo B se deben al

aplastamiento del concreto en la parte superior de la viga y es común en

elementos con cuantías de acero superiores a la cuantía de acero balanceada.

La grieta tipo C es una grieta debida a la pérdida de adherencia del refuerzo

longitudinal cerca del apoyo y se debe a un dimensionamiento incorrecto del

anclaje o una escasez de refuerzo transversal cerca del anclaje. La grieta tipo

D es una grieta clásica por efectos de cortante junto con flexión y se presenta

en el alma de la viga, se debe al exceso de fuerzas de tensión diagonal en el

concreto. La grieta tipo E es una grieta por torsión y sus principales causas son

el error de dimensionamiento de las secciones de concreto, una escasa cuantía

de refuerzo longitudinal y transversal, o una ubicación inadecuada del refuerzo.

22


Las grietas tipo F y G son grietas debidas a momentos no considerados en el

diseño inducidos por la carga o por una escasez de estribos horizontales en la

ménsula. La grieta tipo H es producto de la aplicación de la carga demasiado

cerca del borde, donde la el refuerzo no es capaz de confinar la sección de

concreto. Finalmente, las grietas tipo I son grietas debidas a esfuerzos altos de

compresión del concreto.

23


En la figura 13 se presentan algunos tipos de grietas características en los

elementos de concreto presforzado. Las grietas tipo A, B y C se presentan en

elementos de concreto presforzado con forma de doble “T” (trabelosas). La

grieta tipo A es consecuencia de un insuficiente confinamiento del concreto en

la zona de transmisión de los torones, una fuerza de pretensado excesiva, una

excesiva adherencia de los torones, una distribución inadecuada de los torones

o una transferencia de esfuerzos brusca. La grieta tipo B aparece en la planta

de fabricación de la pieza durante la transferencia del preesfuerzo al

presentarse una fricción excesiva del apoyo del alma en el fondo del molde. La

grieta tipo C se presenta cuando el concreto tiene una insuficiente resistencia.

Las grietas tipo D, E, F, y G son características de elementos de concreto

presforzado con sección transversal en forma de “I”. La grieta tipo D se

presenta como consecuencia del uso de una relación agua-cemento alta,

exceso de finos en la arena o del empleo de pequeños espesores de

recubrimientos. La grieta tipo E se presenta cuando existe una concentración

excesiva de torones en el patín inferior, una insuficiente cuantía de estribos o

un concreto de escasa resistencia. Las grietas tipo F aparecen durante el

transporte de las piezas y es consecuencia de una inadecuada ubicación de los

puntos de izaje de la pieza. Las grietas tipo G aparecen solamente de un lado

de la pieza y es consecuencia de una distribución no simétrica de los torones.

Algunos puntos importantes que se deben de tener en cuenta durante la

inspección de las grietas en los elementos de concreto son:

a) El punto de propagación de la grieta siempre será el extremo con ancho

menor y el punto de inicio siempre será el extremo de ancho mayor.

b) Si la grieta está inclinada 45 grados en una sola dirección se debe a la

tensión diagonal originada por algún fenómeno de cortante

c) Si las grietas son inclinadas en ambas direcciones a 45 grados se debe a

una acción lateral reversible.

d) Si la grieta es vertical atraviesa toda la altura de la sección transversal, es de

igual ancho en ambos extremos, aparece en ambas caras y se localiza en la

parte central, a tercios o cuartos de la longitud del claro del elemento entonces

la causa es la contracción del material.

24


4.1.8 CONCEPTOS BÁSICOS DEL REFUERZO O REPARACIÓN DE

ESTRUCTURAS

Una vez establecidas las causas de una falla estructural o deficiencia en la

estructura se deberá proponer la solución más adecuada; para lograr esto se

emplea uno de los siguientes caminos:

a) Subsanar una deficiencia mediante la adición de elementos externos

b) Sustitución del elemento fallado

c) Inclusión de material de relleno en la grieta, siempre y cuando la grieta no

sea progresiva

d) Aumento de las dimensiones transversales del elemento

e) Adición de materiales más resistentes

f) Colocación de recubrimientos no estructurales.

Es importante recalcar en la obtención de una propuesta para subsanar una

deficiencia si se busca reforzar o reparar una estructura. La diferencia entre

refuerzo de estructuras existentes y reparación de estructuras y el significado

de reserva de resistencia se presentan en las siguientes definiciones:

Refuerzo de Estructuras Existentes. Es el conjunto de acciones (proyecto,

adaptación, diseño, construcción, supervisión y monitoreo) orientadas hacia la

adición de elementos y sistemas estructurales a la estructura original con el fin

de aumentarle sus reservas de resistencia estructural original.

Reparación de Estructuras. Es el conjunto de acciones que tienen como

finalidad devolver, parcial o totalmente, a una estructura o elemento dañado o

débil la misma capacidad resistente exigida en el proyecto original y si es

preciso mejorar su durabilidad.

Para establecer si una estructura se debe reparar o reforzar habrá que analizar

las condiciones de servicio a las que estará sujeta y con base en las futuras

solicitaciones se hará un análisis de la reserva de resistencia.

Reserva de resistencia. Es la diferencia entre las resistencias reales y las

resistencias teóricas, para cada elemento o sistema estructural, valuables para

diversos parámetros y fenómenos (flexión, flecha admisible, pandeo, etc. )

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Solamente para unos cuantos casos aislados es posible conocer las

Resistencias Reales

“Rreales” de los elementos y sistemas estructurales, tales como:

Extracción de anclas

Penetración de pilotes

Prueba de carga gravitatoria en losas y vigas

Succiones o presiones en elementos de fachada

Vibración de cimentación u otros elementos

Flecha admisible en elementos delgados

Prueba de carga vehicular en puentes

Vibración dinámica en edificios.

Aun cuando no es posible conocer en todos los casos las resistencias reales

(Rreal) de los elementos y sistemas estructurales mediante experimentos, el

reconocer la existencia de las mismas resulta de gran utilidad ya que permiten

considerar la existencia de las Reservas de Resistencia (RR).

La Resistencias Teóricas de los elementos y sistemas estructurales son

aquellas obtenidas mediante la aplicación de modelos teóricos durante la Etapa

de Proyecto del edificio (Proyecto Estructural)

Las Reservas de Resistencia “RR” de un elemento o de un sistema surgen en

forma natural durante el proceso de diseño estructural. Algunos ejemplos de los

orígenes de estas reservas de resistencia son.

a) Al redondear la cuantía del refuerzo principal (por flexión

b) Al cerrar más la separación de los estribos

c) En los traslapes de las barras en las juntas o nudos.

d) En los excedentes de las dimensiones de los elementos estructurales

e) En los excedentes de resistencia de los materiales empleados

Esfuerzo de fluencia, “fy”

Modulo de elasticidad, “Ec”

Resistencia del concreto a la compresión, “f´c”

f) Con el empleo de los factores de seguridad o en los factores de carga

g) En los valores numéricos asignados a las cargas vivas que en realidad son

variables aleatorias si se hacen conservadoramente.

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h) En la asignación de valores numéricos para los pesos volumétricos de los

materiales si se hacen conservadoramente.

i) En los factores de seguridad aplicados en los estudios de geotecnia, a la

capacidad del suelo

j) En el modelado de las condiciones de apoyo de la estructura

Empotramientos

Articulaciones

Apoyos elásticos

k) En el modelado del tipo de carga.

l) Al estandarizar el diseño de los elementos

4.2 DAÑOS POR ESFUERZO NORMAL EN SOPORTES

Vamos a comenzar analizando con más detalle el esfuerzo normal,

estudiando principalmente como elemento estructural de los

soportes.

En el cálculo de las estructuras de hormigón armado, primeramente

se procede al análisis de los esfuerzos que actúan sobre la sección de

la pieza, considerando el equilibrio entre las fuerzas y las

deformaciones de la estructura, y se calcula así la solicitación a la que

está sometida.

Posteriormente se procede al cálculo de la armadura necesaria según

esos esfuerzos o bien, si partimos de la armadura, se comprueba si la

sección es capaz de soportar unos esfuerzos máximos resistentes

mayores que los esfuerzos que actúan sobre la misma.

Las tensiones que actúan en una sección de una pieza son de dos

tipos: normales (perpendiculares a la sección) o tangenciales

(contenidas en el plano de la sección).

En la sección se crean 6 esfuerzos:

- tres fuerzas: un axil y dos cortantes

- tres momentos: un torsor y dos flectores.

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Fig.1.- Fuerzas que actúan sobre una sección. Fig. 2.- Momentos que actúan sobre una sección.

CONCEPTOSEsfuerzos normal o axil (Nx): producida por las fuerzas que van en

sentido longitudinal o perpendicular a la sección de la pieza.

- Si la fuerza va hacia la sección, comprime la pieza: COMPRESIÓN

- Si la fuerza sale de la sección, tira de ella: TRACCIÓN

Cortante tangencial (Vy o Vz): producida por las fuerzas paralelas

a la sección.

Momento torsor Tx : producida por las fuerzas paralelas a la

sección y

que no cortan al eje perpendicular a ella y momentos localizados que

tengan la dirección del eje perpendicular a la sección.

Momentos flectores My o Mz: producida por las fuerzas

perpendiculares a algún eje contenido en la sección y que no lo

corten y momentos localizados

que tengan la dirección de alguno de los ejes contenidos en la

sección.

Tensiones normales las originan el axil Nx y los dos flectores My

Mz.

Tensiones tangenciales las originan los dos cortantes Vy Vz y el

torsor Tx.

PILARES. Son los elementos verticales de las estructuras, pudiendo

estar sometidos a compresión simple (sección sometida a una fuerza

normal centrada), compresión compuesta o flexión compuesta

(cuando la sección transversal esté sometida a una fuerza normal y a

un momento flector).

Están constituidos por:

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- armadura principal :que se encargará de absorber las

compresiones (junto al hormigón) y posibles tracciones y junto con la

armadura transversal evitar la rotura por deslizamientos del hormigón

sobre planos inclinados.

- armadura transversal: que además se encargan de evitar el

pandeo de las barras longitudinales comprimidas, resistir esfuerzos

cortantes y aumentar la ductilidad y resistencia.

En la práctica es difícil la presencia de compresión simple, ya que el

punto de aplicación del esfuerzo normal suele no coincidir con el

punto de aplicación de la resultante de las compresiones del

hormigón y del acero, por una incorrecta ejecución.(coeficientes de

seguridad)

Generalmente los pilares trabajan a flexocompresión , es decir, la

sección está sometida a una fuerza normal descentrada, por lo que

genera momentos flectores (en ambos ejes, al existir excentricidades

respecto a los ejes principales de la sección). Especialmente en los

pilares metálicos, surge el fenómeno de pandeo (las cargas no siguen

el eje de la pieza por lo que experimenta deformaciones en aumento

bajo la acción de las cargas, sin que éstas sean incrementadas) un

problema peligroso que deberá tenerse en cuenta a la hora de su

diseño. Para el cálculo de pilares metálicos se aplican las fórmulas

clásicas para obtener las tensiones que se solicitan a las secciones, y

se comprueban que las tensiones que obtenemos son inferiores a las

admisibles garantizadas por el fabricante.

Cuando no existe espacio suficiente para alojar un pilar convencional

se puede recurrir a los soportes compuestos, pilares de hormigón

armado y perfiles metálicos en su interior, que hacen las veces de

armadura de compresión. Suelen emplearse perfiles WF, Canales, etc.

En cuanto a los pilares metálicos compuestos, aquellos formados por

piezas simples o triangulados entre sí, han de considerarse como

piezas únicas.

29


Fig. 3.- Soportes compuestos

4.2 - DESCRIPCIÓN Y ORÍGEN DE LOS DAÑOS

Fisuras: Por compresión, en pilares provoca diversas formas de

fisuración según la esbeltez (relación altura / espesor) del mismo y si

se coarta o no la dilatación transversal en sus extremos así como la

heterogeneidad del hormigón a lo largo de la pieza, el reparto no

homogéneo de las compresiones.

Son muy peligrosas ya que indican que el pilar se encuentra al borde

de su agotamiento, es decir, que el hormigón está agotando

prácticamente su capacidad resistente y puede traducirse en un

colapso inminente.

Pueden aparecer fisuras finas y juntas en la cara de un soporte

esbelto, a mitad de su longitud. Las fisuras de agotamiento tienden a

concentrarse en el tercio superior del pilar, la zona más débil de

resistencia y donde suele fallar el

estribado, aumentando las fisuraciones en las cabezas, justo debajo

de los forjados.

Fig. 4.- Fisuras de agotamiento en compresión y compresión elevada sin estribado superior.

30


Las fisuras verticales en los pilares indican colapso inminente por

aplastamiento del hormigón, si estuviera zunchado el pilar saltaría

primeramente el recubrimiento, aunque seguiría resistiendo pero con

importantes deformaciones.

Una carga concentrada de compresión puede originar fisuras con

directriz paralela a la carga ya que al aplicarse ésta sobre una sección

determinada, tenderá a distribuirse por la pieza (bielas o

compresiones) ocasionando tracciones (tirantes o tracciones) que

provocan la aparición de las fisuras a lo largo de la pieza, teoría de

bielas y tirantes.

Fig. 5.- Fisuras verticales de compresión paralelas a la carga.

Si tenemos un pilar ejecutado con hormigones de mala calidad, la

rotura comenzará en la parte superior descendiendo hasta la zona

central, puesto que el hormigón de la cabeza del pilar es algo más

débil por las segregaciones que se producen durante el vertido por un

mal vibrado o por tracción. Se produce debido a la excesiva

deformación de los vanos concurrentes al pilar. Las fisuras son

perpendiculares a las barras principales, atravesando la sección de

una parte a otra; suelen situarse donde se emplazan los estribos.

En los pilares son fisuras horizontales en el centro del soporte. La

rotura es rápida y muy grave. Suele saltar primeramente el

recubrimiento.

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Fig. 6.- Fisuras por pandeo

ORIGENLas fisuraciones provocadas por los esfuerzos de compresión,

principalmente se deben a las siguientes causas:

- Dimensionado incorrecto: o secciones insuficientes o armadura

insuficientes

- Mala selección de los materiales: hormigones de mala calidad

- Aumento de luces de vanos o crujías no contempladas en los

cálculos (viguetas o vigas de luces superiores a las previstas) o

entradas en carga prematura

- Ejecución incorrecta: estribos caídos o inexistentes

- Movimientos no considerados en el cálculo que provocarían

momentos excesivos en pilares muy rígidos (asientos diferenciales en

la cimentación, sismo, viento, empujes...)

EL pandeo, particularmente, se origina, entre otros, por los siguientes

factores:

- imperfecciones constructivas

- flexiones adicionales no previstas

- materiales imperfectos

- fallos en la alineación de cargas

4.3 - PREVENCIÓN Y REPARACIÓN DE DAÑOS

4.3.1 PREVENCIÓNLas piezas de hormigón en masa que se encuentran sometidas a

compresión simple tienen una capacidad resistente muy limitada, por

la posibilidad de que se produzca una rotura oblicua por

deslizamiento del hormigón según planos que forman 37º con el eje

32


del pilar, por lo que para evitar esta rotura se han de disponer

armaduras longitudinales mínimas y cercos o estribos.

Las armaduras longitudinales tendrán un diámetro ≥ 12 mm

situándose en las proximidades de las caras del pilar, se dispondrá

una barra en cada esquina de la sección (en secciones circulares,

mínimo 6 barras). La separación máxima entre dos barras de la

misma cara no será superior a 35 cm y aquellas barras que disten

más de 15 cm unas de otras serán arriostradas mediante cercos o

estribos. Se deberá tender al diseño de pilares con armados

simétricos por cara.

Los pilares pueden estar sometidos a momentos importantes

alternativos por ejemplo bajo la acción del viento o el sismo, que

hacen que necesite armadura de tracción. A veces para aumentar la

resistencia a compresión de las piezas de hormigón armado se

dispone un zunchado helicoidal de acero o estribos a pequeñas

separaciones lo que acorta las deformaciones transversales y se

aumenta la resistencia de la pieza al crearse fuertes compresiones

radiales.

En zonas sísmicas es conveniente aumentar las armaduras,

duplicando el estribado en arranque y cabeza de los pilares, sin que

dificulte el correcto vertido y vibrado del hormigón, para una mayor

eficacia estructural.

Para el retranqueo de las caras de los pilares, debe tenerse en cuenta

que no se introduzcan excentricidades que originen momentos

adicionales a los momentos de flexión que proporcionan las vigas y

forjados en los nudos.

En pilares compuestos, es aconsejable dejar unos 5 cm entre perfiles

y estribos para evitar comejen durante el hormigonado, en caso de

considerar momentos pequeños (pilares interiores de edificios) los

perfiles se consideran como armadura. Se debe tener especialmente

en cuenta el pandeo.

Los pilares metálicos al estar afectados más directamente por el

fenómeno de pandeo son más complejos, ya que ha de tenerse

33


presente en su diseño y cálculo, debiendo considerar perfiles con una

esbeltez (relación altura / espesor) inferior a 200.

En caso de pilares metálicos compuestos por piezas simples en

contacto se recomiendan soldaduras continuas, que ofrecen mayor

durabilidad a la pieza, en caso de disponer de soldadura discontinua

la separación entre los extremos de ésta debe ser menor o igual que

30 cm o que 15 veces el espesor mínimo de la pieza simple y cumplir

las longitudes de los cordones de soldadura determinadas.

4.3.2 REPARACIÓN

Al enfrentarnos a un problema de patología estructural para

determinar el grado de reparación o restauración de la misma se

distinguirán 2 casos:

- se ha producido un aumento del estado de cargas

- se ha producido una minoración de la capacidad mecánica del

elemento.

Si no es posible conseguir la reposición completa de la capacidad

original y al mismo tiempo, la sustitución total no es una opción

aceptable deberá reducirse la sobrecarga aplicable a la estructura. Si

tras las comprobaciones pertinentes fuera necesario proceder a

reparar el pilar afectado, se procederá a su refuerzo:

Los sistemas de refuerzo empleados en la actualidad para devolver al

pilar la capacidad resistente junto con el coeficiente de seguridad

fijado previamente para que absorba los esfuerzos de servicio que

puedan solicitarlo durante su vida útil, se basan en unos elementos

verticales que resisten la carga vertical y unos elementos

transversales de zunchado que refuerzan y permiten transmitir parte

de las cargas, o la totalidad, a los elementos verticales dispuestos.

Son los:

- encamisados metálicos

- encamisados de hormigón

- encamisados con resinas o fibras (de carbono de carbono de alta

resistencia, etc)

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Los encamisados de hormigón consisten en adosar armaduras

verticales y estribos, más o menos juntos según el grado de zunchado

que se desee aportar, debiéndose asegurar la adherencia del

hormigón añadido (que tendrá un espesor de unos 5 – 10 cm)

mediante una preparación previa de las superficies del pilar afectado.

Fig. 7.- Recrecidos de hormigón, con armaduras verticales y transversales.

El hormigón o mortero de reparación que se emplea en los recrecidos

de hormigón puede realizarse mediante un encofrado perimetral

alrededor del pilar. Se vierte el hormigón a través de un hueco

realizado en el forjado superior o por un lateral, para lo cual

manualmente deberá acabarse el recrecido en su parte superior.

También pueden emplearse angulares en las esquinas de los pilares

que pueden estar zunchados contra el pilar mediante presillas

transversales. Este refuerzo también (como el de hormigón) permite

trabajar al pilar vertical y transversalmente, pudiendo llevarse hasta

el punto de hacerle trabajar tan sólo transversalmente (también si se

zuncha mediante un tubometálico). Se debe conseguir la transmisión

adecuada de las cargas del pilar superior al que se quiere reforzar y

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de éste al pilar inferior, por lo que normalmente se deberán prolongar

los refuerzos por encima y por debajo de pilar afectado (debiendo

calcularse y comprobarse los efectos que produciría en las zonas

afectadas: punzonamiento), sobre todo si está sometido a momentos

importantes. En caso de estar sometido a compresión es posible

reforzarlo de forma aislada sin prolongar los refuerzos.

La anchura del refuerzo debe ser lo más pequeña posible para

minimizar los problemas de cortadura en la transmisión de esfuerzo.

Los refuerzos verticales aislados deben completarse con refuerzos de

zunchado transversal en las proximidades de los forjados, lo que

evitará la rotura de recubrimientos y aumentará su eficacia. Si la

diferencia entre el hormigón base y el hormigón aportado no supera

los 75 Kp/cm2 los esfuerzos se reparten por igual. A medida que

aumenta la diferencia van tomando más carga los refuerzos.

En pilares reforzados aisladamente éstos pueden zuncharse en

cabeza y pie en caso de preverse problemas de punzonamiento, y

soldar a los collarines del zunchado las barras verticales de recrecido

de hormigón y no retacar éste contra los forjados.

En pilares reforzados mediante angulares y presillas, sometidos a

momentos de gran entidad, se generan tracciones en las armaduras

por lo que éstas se soldarán a los angulares de esquina y traspasarán

el forjado. Se debe asegurar un buen contacto y apoyo de los

angulares y presillas contra el pilar afectado, por lo que se deberá

tratar la superficie del mismo para mejor la adherencia.

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capítulo # 4 fallas estructurales

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