Patologia De Las Construcciones De Acero Estructural (notes On Steel Structures Pathology)

Introducción El daño estructural se parece a la patología humana Las “muertes” motivan los descubrimientos y desarrollos Aprendemos de lo negativo para mejorar el futuro. Colapso Tacoma Narrows Puente Firth of Forth

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Criterio Clasifica Objetivo: Tipo de error humano que se produjo, para aplicar correctivos. Opciones:  Causa proxima e inmediata  Caracteristicas tipologicas del elemento  Momento en el desarrollo de la vida util SE ACOGE EL TERCERO 05/01/09

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El daño estructural

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Clasificacion  Antecedentes  Proyecto  Fabricación  Montaje  Uso  Accidente  Catastrofe  Quien sabe por que!!! 05/01/09

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Puentes de hierro

Puente de Menai, 1826 Puente de hierro,1779

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Puentes de Acero

Puente de San Luis 1868

Puente de Occidente, 1898 JM Villa Puente Firth of Forth , 1889 Puente de Brooklyn, 1869 05/01/09

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Defectos de material Material defectuoso? Depende de cuando se construyó!!!

Rotura frágil

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Defectos de material Rotura por fatiga La ocasiona la repetición de cargas (cíclica)

• Desgarro Laminar Defomación en la dirección del laminado, en estructuras soldadas 05/01/09

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Corrosion conceptos Destrucción de un material por reacción en su medio ambiente. Es un fenómeno producido por una ley natural de estabilidad El material trata de volver a su estado natural.

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Corrosion tipos Quimica : Ataque por reacciones quimicas en el medio ambiente. (gaseoso o liquido) que no sea electrolito. Electroquimica: Corrientes electricas entre dos zonas de metal con potenciales diferentes 05/01/09

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Hammurabi y su código Desde la antigüedad, ha sido aparente la preocupación por reglamentar la salvaguardia de la vida y los bienes de los ciudadanos. Desde la antigua Acadia, (Sumeria) en tiempos de Moisés, el rey Hammurabi publicó un código . Hoy muy famoso , con disposiciones muy claras, y drásticas al al respecto 05/01/09

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El reglamento (NSR-98) Conjunto de prescripciones para la construcción, cuyo fin es garantizar la seguridad del usuario. Representa la exigencia de la mejor practica contemporanea Se revisa periodicamente No comprende todos los casos posibles. 05/01/09

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Fallas en el reglamento (1) Frente a las cargas Sobrecarga por lluvia (pondaje) Granizo Polvo consolidado Sobrecarga de construcción.

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Fallas en el reglamento (2) Condiciones nó normales. Fallas por inestabilidad inelastica.(John Hancock Refuerzo CityCorp center ( 270 m altura)

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Fallas en estados límites El estado límite de servicio no se define muy bien Limitación desplazamiento horizontal.  Abombamiento de alma

Producen movimiento, oscilación o vibración. 05/01/09

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Fallas en el proyecto. (1)  Ausencia de proyecto o normativa inadecuada.  Tiene dos fases bien definidas: Generalmente ocurre en obras pequeñas.  Concepción de la solución  Prima el “yo lo sé hacer”  Materialización de la misma.  Se pueden presentar problemas  Si la primera se hace bien, no influye...  En algunas obras grandes, hay condicones Pero si nó? especiales, que nó se tienen en cuenta y se desconoce la normativa.  La interpretación de los diferentes  Por ejemplo, puente gruas o temas, puede deformar el propósito. Torres de comunicación 05/01/09

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Fallas en el proyecto (2)   Falta Faltade dedefinición documentación de referencia. de las condiciones de operación . en construcción industrializada,  Sucede se generaliza la la especificación  que Manejo negligente de estabilidad.  Por ejemplo, punzonar huecos, quevariar es  Confiarse en condiciones que pueden perjudicial cuando los espesores son  Tratar de reducir costos aprovechando apreciables y la operación puede causar condiciones de entorno (apantallamiento) rotura frágil.  Desconocer inconvenientes locales.

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Fallas en el proyecto (3)  Errores numericos en los calculos.  Mal dimensionamiento.

  Errores en las hipotesis de calculo

Errores aritmeticos.  Error al proyectar estructuras inestables.   Omisión de hipótesis de calculo Calculo electronico  Interpretar mal la forma de trahbajar una pieza. Alimentación de datos  Omitir el efecto del alveolado en las vigas Cerrado perforadas. Software malo o corrupto. Abierto

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Fallas en el proyecto (4)  Consideración Consideración del pandeo.  del pandeo.

 Considerar mal los vinculos  Considerar mal los vinculos  Visión errada de la estabilidad lateral

 Visión errada de la estabilidad lateral Condiciones de arriostramiento.

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Fallas en el proyecto (5)  dede comprobar estados límites (estabilidad) Falta Falta calculo de las uniones .  Comprobación del pandeo lateral , que por lo  Seno suele en elque dibujante general hacedelegar falta, pero puede estar  El proyectista no tiene practica de taller  Se generan eccentricidades y defectos  No se entiende la factibilidad de hacerlas No solo mal Sino muy mal  Se usan métodos inadecuados 05/01/09

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Errores de planos  Planos incorrectos  No conformes con la memoria de calculo.  Uniones incorrectas o irrealizables

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Errores de fabricacion Errores de fabricación

Inconformidad con planos Inconformidad con Planos Fabricacion fuera de tolerancia

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Fallas en el montaje  !/3 de los accidentes ocurren en el montaje.  La estructura no esta completa hasta que este montada  La estructura en proceso puede ser débil o inestable  Los elementos reciben su primera dosis de carga  Saldrán a relucir los errores y defectos. 05/01/09

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Fallas en el montaje.  Falta de conformidad con planos  Falla en tolerancias  Insuficiente estabilidad Falsas maniobras

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Fallas en el control  Debe detectar todos los defectos que se han producido.  Falta o insuficiencia de control  Introducción de modificaciones  Falta de coordinación en el equipo técnico

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Fallas en el uso  Mala utilización y abusos  Variación en magnitud o posición de cargas  Vinculación a otras estructuras

 Modificaciones de la estructura.  Perforaciones  Retiro d emiembros  Apoyo de letreros, conducciones. 05/01/09

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Insuficiente Mantenimiento  La estructura puede envejecer  Adecuada protección inicial  Inspecciones y reparaciones periódicas.  Protección en función del acceso para mantener

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Y Por que pasó?  Previsibles  Incendios (Normas NFPA)

 Imprevisibles (Baja probabilidad, alto costo)  Explosiones  Choques

 Inexplicable  Deficiencias cuya causa no s epuede definir, porque no se dispone de elementos de juicio adecuados  Se han ocultado las evidencias 05/01/09

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Algunos Casos: Abuso  Centroide Una cubierta de sierra de sin 10 m, Vigasade 25 Cercha 16enmediente luz, deformada llegar

colapsar. n m de luz . Se colapsó por sobrecarga de granizo ( 20 to ,4

 = Se acopiaron los materiales de la cubierta T kg/m2) sobre la estructura y la cercha σ= 6.9 ton/cm >>cedió 1.8 ton/cm  esfuerzo en lageométrica diagonal generó una apoyos, sobrecarga en ElInestabilidad de los usadodel para apoyar canal interna la cartela nudo. Gramil  Error muy frecuente en el pais.  La excentricidad del gramil introdujo esfuerzos de  Vertical Se previene exagerada con barra adicional, o cartela 12

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flexión, lo que produjo rotura del angular 05/01/09

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Error de Interpretación: Correas  Unas correas de uso pesado, construidas con perfil U y celosia en redondo soldado a los elementos. Cinta inferior en acero Faltaba redondo. esto!!! Se mostró  Elesto plano mostró un alzado y una sección. No mostró planta, que era lo deseado.  Se Sequeria construyó una celosia simple , disminuyendo la estode material cantidad  Error descubierto a tiempo. 05/01/09

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Puente Tacoma Narrows  Puente colgante, 853 m luz, viga de rigidez de alma llena de 2,40 m de alto. ( λ = 1/350) >> ( λ = 1/90)  Colapsó el 7 de Noviembre de 1940  Osciló con ω = 36 cps bajo vientos de 50 a 70 km/h  A las 10 a.m. entró en resonancia y a las 11:10 cayó el tablero central 05/01/09

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Hotel Hyatt Regency Los proyectistas especifican unas pasarelas imposibles de construir. Los ingenieros de campo resuelven el dilema sin comprobarlo Resultado: El colapso de la pasarela debido a la carga “Normal” Mueren 112 personas. 05/01/09

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Proceso de rehabilitación  Recabar información sobre la estructura a rehabilitar  Evaluación de su capacidad portante Diseño del refuerzo necesario para rehabilitar  Va desde acción cosmética hasta apuntalamiento total para arreglar. 05/01/09

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Objetivo de la rehabilitación Obtener una estructura suficientemente segura, limitando al máximo la intervención onerosa. La primera tentación es el reemplazo de la estructura dañada. Pero un poco de cavilación puede ayudar a obtener una solución viable, con un costo aceptable. No hay soluciones hechas. No existen normas para rehabilitar estructuras. Solo hay recomendaciones que se basan en el buen juicio del proyectista. 05/01/09

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Información histórica Proyecto original (Planos, memorias)  Identificar fabricante y calculista  Tipificar materiales y técnicas constructivas.  Establecer propiedades mecánicas (ensayar, si es preciso)  Reconstruir la geometría (medirla, si es preciso)  Plantear un modelo estructural idóneo.

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Comprobar según norma vigente  Por lo general lleva a desechar la estructura.  Pero las incertidumbres son diferentes.  Se conocen mejor las cargas permanentes.  Se conoce el destino del edificio, luego se evalua mejor la sobrecarga  Se puede conocer la historia de uso del edificio.

 Además se desconoce la historia de uso, y abuso, del material 05/01/09

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Refuerzo o Rehabilitación?  Refuerzo: Trabajo que pretende aumentar la resistencia o rigidez de una estructura.Puede o no ser parte de una rehabilitación.  Rehabilitación: Lograr que una estructura pueda emprender una nueva vida. Puede consistir de una reparación, una reconstrucción o un refuerzo o todas ellas. 05/01/09

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Enfoque del tema  Reforzar estructuras  Para aumentar capacidad  Para recuperara capacidad perdida

 Rehabilitar estructuras  Para corregir patologías  Para recuperar funcionalidad

 Usar Estructuras metálicas para rehabilitar otro tipo de construcciones. 05/01/09

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Refuerzo de estructuras Causas  Necesidad de aumentar la capacidad por  Cambio de uso  Redefinición de usos  Aumento de valores de sobrecargas (cambio de normas: Vg. refuerzo antisísmico)

 Necesidad de recuperara la capacidad por  Degradación por edad  Efecto de defectos de diseño o construcción  Accidentes o catástrofes 05/01/09

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Refuerzo de estructuras Tipología  Aumentar dimensiones o mejorar geometría.  Añadir material (Aumentar área)  Generar sección más resistente  Mejorar condición de pandeo.

 Reducir la magnitud de los esfuerzos.  Acomodar el diseño funcional 05/01/09

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Mecanismos de refuerzo.  Reducir solicitaciones: Añadir piezas estructurales para redistribuir las cargas.  Reforzar vigas: Mejoría de la forma (inercia, esbeltez, Forma)  Refuerzo de alas (flexión)  Reforzar almas ( flexión moderada, cortante)  Convertir en estructura mixta.

 Refuerzo de Puntales o columnas  Mejorar sección (Inercia, radio de giro)  Aumentar área.  Reducir esbeltez 05/01/09

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Refuerzo de uniones  Pernadas  Usar pernos más resistentes.(comprobar las chapas)  Aumentar diámetro (implica preperforar)  Aumentar cantidad (rediseño de la unión)  Controlar distancias y estado de esfuerzo.

 Soldadas  Para filetes, aumentar el depósito y/o la longitud  Complementar con tornillos de alta.

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Refuerzo de celosía  Cinta comprimida:  Aumentar material (área)  Mejorar forma (radio de giro, área)  Reducir esbeltez

 Cinta traccionada.  Aumentar material

 Diagonales  Reforzar según acción. 05/01/09

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Siempre tener en cuenta  La seguridad es el principal aspecto  Pero no se debe gastar mas de lo necesario.  El Ingenio debe orientar el trabajo  Por eso Uds. son Especialistas en patología

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