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TEMA 8: FALLOS EN LA
ESTRUCTURA
Sistemas de fuerzas y
esfuerzos
Una fuerza puede definirse
como todo aquello que causa una modificación el estado de quietud o
movimiento de un cuerpo. Los cuerpos en la superficie terrestre están
sujetos a la gravitación terrestre que, junto con la masa del cuerpo,
determina su peso. Por tanto, en ausencia de otras fuerzas, un cuerpo
está sujeto a la fuerza de su propio peso, llamada peso-fuerza.
Cuando un cuerpo se superpone
a otro, le transfiere su peso. Así, mientras el cuerpo suprayacente está
sujeto a su propio peso, los cuerpos infrayacentes reciben la suma de
todos los pesos-fuerza de los cuerpos superiores.
Si un cuerpo descansa sobre un
área relativamente pequeña del cuerpo subyacente, la carga se denomina
concentrada. En caso contrario, si el área es
relativamente amplia, la carga se denomina repartida.
Cada cuerpo reacciona a la
fuerza transferida por el cuerpo suprayacente con una fuerza de
reacción igual y de sentido contrario, que resulta de la
resistencia mecánica del cuerpo que sufre el peso. Si esta fuerza no
existiese, sería imposible que un apilamiento de cuerpos fuese estable
estructuralmente.
El peso de un cuerpo es
representado por un vector aplicado a su baricentro, que
como todos los vectores se caracteriza por un módulo, una
dirección y un sentido. Los vectores se
representan por flechas orientadas en el espacio. El módulo es la
magnitud del vector, y viene definido por la longitud de la flecha. La
dirección es la orientación del vector en el espacio, y viene definida
por la ecuación de la recta directora a lo largo de la cual se aplica el
vector, esto es, en la que está contenida la flecha. El sentido es la
orientación del vector dentro de la recta directora en la que está
contenida. Cuando un vector se localiza en un punto determinado, o
punto de aplicación, se dice que es un vector aplicado,
y la recta sobre la que yace (dirección) es la recta de aplicación.
En ausencia de punto de aplicación, la dirección del vector puede ser
cualquiera de las infinitas rectas paralelas a la flecha.
Un vector puede expresarse
como la resultante de la suma de dos o más vectores, teniendo en cuenta
que la suma de vectores incluye no solo sus módulos sino también las
direcciones y los sentidos. En el caso más simple, i.e., cuando los
vectores no son aplicados o tienen el mismo punto de aplicación, la
resultante (R) también tiene el mismo punto de aplicación.
Geométricamente, esto se ilustra en la Figura 1 para la suma de dos
vectores (f1 y f2), donde puede apreciarse que el
resultado final no depende del orden en que se sumen los vectores.
Figura 1.- Resultante (R)
de dos vectores.
Cuando los vectores son
aplicados y no tienen el mismo punto de aplicación, la suma de vectores
implica conocer un punto de aplicación nuevo para la resultante. Este es
el caso que aplica a los pesos-fuerza de cuerpos superpuestos.
Supongamos dos cuerpos prismáticos de materiales homogéneos superpuestos
(e.g., sillares) como los de la Figura 2. Dado que las fuerzas que
actúan sobre ellos son exclusivamente las debidas a sus pesos (f1
y f2), éstas tienen la misma dirección y sentido, aunque
tienen puntos de aplicación distintos que se localizan en los
respectivos centros de gravedad de los prismas. Esta situación es por
tanto bidimensional, ya que ambas fuerzas (i.e., vectores) se localizan
en un mismo plano, correspondiente a la sección de los cuerpos
prismáticos, lo cual hace el análisis más sencillo que en el caso
tridimensional.
Figura 2.- Resultante de
dos esfuerzos verticales (pesos) con puntos de aplicación distintos.
Puesto que los dos vectores de
pesos-fuerza tienen la misma dirección y el mismo sentido, la resultante
(R) tendrá la misma dirección y el mismo sentido que ellos, y su módulo
será la suma algebraica de los módulos de los dos vectores de
peso-fuerza. El punto de aplicación de la fuerza resultante está
contenido en la recta que une los orígenes de ambos pesos-fuerza, y su
localización puede determinarse geométricamente de la siguiente manera.
Se unen los dos los vectores de pesos-fuerza secuencialmente, haciendo
coincidir la flecha del primero con el origen del segundo (el vector que
resulta de unir el origen del primero con la flecha del segundo es el
vector resultante de la suma de ambos). Se toma a continuación un punto
P cualquiera, con el que se unen los orígenes y las flechas de los
vectores, definiéndose así tres rectas (0-P, 1-P y 2-P en la Figura 2).
A continuación, se traza una paralela a la primera recta (0-P) que pase
por cualquier punto de la recta directora del primer vector. Por ese
mismo punto se traza una paralela a la segunda recta (1-P). Por el punto
de corte de esta última con la recta directora del segundo vector se
traza una nueva paralela a la tercera recta (2-P). El punto de corte
entre las paralelas a la primera (0-P) y última (2-P) rectas es el punto
por donde pasa la resultante. El punto de aplicación se encuentra en la
intersección entre la recta que uno los orígenes de ambos vectores y la
recta directora de la resultante.
Cuando existen más de dos
fuerzas con puntos de aplicación variados, el cálculo de la resultante y
su punto de aplicación es similar al anterior. Esto se representa en la
Figura 3 para cuatro vectores (f1, f2, f3
y f4). El módulo del vector resultante R no es la suma
algebraica de los módulos de los vectores ya que sus direcciones no
coinciden. Para calcular el punto de aplicación se recurre a obtener
resultantes parciales (R1 y R2) mediante sumas de
pares de vectores, que se suman a su vez de la misma manera hasta
obtener la resultante final.
Figura 3.- Resultante de
más de dos vectores de magnitud, dirección, sentido y puntos de
aplicación diversos.
Elementos constructivos
Muros
Los muros están constituidos
por la yuxtaposición de elementos naturales (piedras) y/o artificiales
(ladrillos, hormigones) con elevada resistencia mecánica. Cuando los
elementos son discretos (piedras y ladrillos) están unidos generalmente
por morteros que cumplen la función de unión entre los mismos. No
obstante, cuando los elementos discretos son de grandes dimensiones,
pueden colocarse en obra sin morteros de unión, i.e., a hueso, siempre y
cuando presenten una buena calidad de labra. Esto es posible debido al
elevado peso de los elementos, que se transfiere a lo largo de los muros
y confiriendo estabilidad estructural a los mismos. No obstante, la
construcción a hueso se realiza generalmente con la ayuda de anclajes
entre los elementos constructivos, introduciendo piezas de metal,
madera, piedra, etc. entre los mismos (a veces la función de anclaje la
ejercen los encajes entre partes rehundidas y sobresalientes de los
propios elementos constructivos).
Las características mecánicas
de un muro son distintas de las de los elementos constructivos aislados
(ladrillos o piedras), ya que estas características dependen del
funcionamiento de las conexiones difusas en todo el cuerpo de la
estructura. En los muros con morteros de unión, el comportamiento
mecánico del muro depende esencialmente de las características mecánicas
(resistencia y deformabilidad) del mortero, que generalmente representa
el elemento con menor competencia (i.e., resistencia) mecánica. En los
muros a hueso la transmisión de los esfuerzos se verifica a través de un
número elevado, pero limitado, de puntos de contacto entre los elementos
constructivos. Por esto, deviene importante el desarrollo de
aplastamiento locales y la posibilidad de transmitir esfuerzos a través
de planos inclinados respecto de las direcciones de los esfuerzos.
Las principales
características mecánicas de los muros son:
·
Resistencia a la compresión alta
·
Resistencia a la tracción muy baja
(prácticamente nula)
·
Resistencia al flujo modesta (aunque
no desdeñable).
·
Rigidez elevada (poca deformabilidad
bajo carga).
De estas características
dependen los esquemas estáticos de las construcciones con muros, cuya
concepción se basa esencialmente sobre dos prestaciones técnicas
fundamentales:
·
Posibilidad de soportar cargas
verticales de compresión elevadas (paredes, pilastras, columnas,...).
·
Imposibilidad de realizar
cubrimientos horizontales resistentes a la flexo-tracción (placas,
vigas,...).
Por lo que se refiere al
segundo punto, las soluciones técnicas implican la utilización de otros
materiales resistentes a la flexo-tracción (e.g., maderas) o la
construcción de arcos y bóvedas, típico de las estructuras murales.
Arcos y bóvedas
Arcos
El esquema más sencillo de un
arco es el constituido por dos vigas (supuestas sin peso) apoyadas
mútuamente (Figura 4). En este esquema, puede apreciarse que el peso (P
en la Figura 4) se descompone en dos vectores oblicuos (R) que deben
contrarrestarse por la reacción de la base. Esta reacción tiene en cada
base una componente vertical de sentido opuesto al peso P y cuyo valor
es la mitad del mismo (P/2), y una componente horizontal (S), necesaria
para mantener el equilibrio. Por tanto, la estructura de un arco simple
como el de la Figura 4, o de uno complejo, puede mantenerse estable bajo
el efecto compresivo de cargas verticales siempre que se aseguren los
correspondientes componentes de reacción horizontales (spinta).
Estos componentes pueden ser, por ejemplo, el propio muro de carga donde
se enmarca el arco aislado, u otros arcos adyacentes como en las
estructuras porticadas. Clásicamente, los contrafuertes han ejercido
esta función de contrarrestar los esfuerzos horizontales creados por
arcos y bóvedas. Otros sistemas de estabilización de los arcos son de
entibe, ya sea con tirantes metálicos o con soluciones más complejas y
estéticamente más bellas como sistemas de arquería múltiple. Este es el
caso de la doble arquería de la mezquita de Córdoba, donde el arco de
herradura inferior ejerce de entibe para sostener unos arcos superiores
de medio punto demasiado altos.
Figura 4.- Esquema
simplificado de un arco. Se suponen dos elementos sin peso apoyados
mutuamente que soportan y reparten el peso suprayacente (P). El peso se
transmite hacia cada lado en dos esfuerzos oblicuos paralelos a las
reacciones (R) que deben constar de una reacción vertical (P/2) y una
horizontal (S) para permitir la estabilidad del arco.
El mantenimiento estable de un
arco bajo compresión depende de la forma del arco en relación con la
distribución de las cargas (Figura 5), ya sea el arco de un centro (de
medio punto, rebajado o escarzano, peraltado, de herradora), de dos
centros (apuntado a todo punto, alancetado, apuntado de centros
interiores, de herradura apuntada) o de tres o más centros (apainelado o
carpanel de tres o cinco centros, apainelado apuntado o tudor, conopial,
en gola, lobulado, mixitilíneo). En general, puede decirse que allí
donde las cargas sean más intensas, los arcos necesitarán mayores
curvaturas (de la línea del intradós). Así, los arcos carpaneles
soportan bien distribuciones las cargas en las que los esfuerzos más
intensos se localizan hacia el salmer, mientras que los arcos agudos
soportan bien las distribuciones de cargas en las que los esfuerzos más
intensos se concentran en la clave.
Figura 5.- Distribución de
esfuerzos que pueden resistir arcos de medio punto (un centro), apuntado
(dos centros) y carpanel (de tres centros).
Si la curvatura del arco está
mal diseñada, nace una excentricidad de la fuerza de compresión y a la
compresión misma se une una solicitación de flexión. Estas dos
solicitaciones pueden producir esfuerzos de tracción. Se comprende así
que un arco es una estructura óptima para soportar cargas repartidas de
manera regular (i.e., el peso de una cubierta más el suyo propio), pero
no es apropiado para soportar cargas concentradas en un punto cualquiera
no anguloso, ni cargas repartidas de manera asimétrica.
Bóvedas
El comportamiento de las
bóvedas, aunque más complicado debido a su aspecto tridimensional, se
basa en los mismos principios que el de los arcos. Así, el
comportamiento de la bóveda de cañón es idéntico al de los arcos ya que
puede considerarse como una serie continua de arcos unidos, y en
consecuencia la reacción vertical y horizontal viene distribuida a lo
largo de todo el muro de apoyo (Figura 6). Dependiendo del tipo de
sección de la bóveda de cañón, esto es, si es de sección circular o de
un centro (i.e., de cañón s.s.), de sección apuntada o de dos centros
(i.e., de cañón apuntado), condicionará el tipo de distribución de
cargas que puede soportar.
La bóveda de crucería,
resultante de la intersección de dos bóvedas de cañón, está formada por
cuatro bovedillas, cada una de las cuales puede conceptualizarse como
una serie de arcos continuos que descargan en la línea de compluvio
(Figura 7). Si la bóveda es de planta cuadrada, las componentes
horizontales generadas por cada bovedilla son idénticas, mientras que si
la planta es rectangular existirán componentes horizontales mayores
resultantes del peso de las bovedillas mayores.
Figura 6.- Reacciones
horizontales y verticales en una bóveda de cañón, conceptualizada como
una serie de arcos de medio punto.
Figura 7.- Distribución de
esfuerzos en una bóveda de crucería apuntada, con indicación de las
componentes verticales y horizontales debidas al peso de dos de las
bovedillas, y de las reacciones correspondientes que garantizan la
estabilidad de la bóveda.
En el caso de un perfecto
diseño de la bóveda, las componentes horizontales de dos bovedillas
adyacentes son ortogonales, y se resuelven en una única componente cuya
dirección es paralela a la línea de compluvio y su sentido hacia el
exterior de la bóveda. Por tanto, a lo largo de las líneas de compluvio
se disponen nervios que funcionan como arcos, descargando en definitiva
toda la carga (vertical y horizontal) sobre cuatro puntos que
constituyen el vínculo de unión de todo el sistema. Al igual que para
los arcos, la existencia de estas componentes horizontales en las
bóvedas hace que, ante la ausencia de elementos que las contrarreste
(e.g., otras bóvedas, muros de carga, contrafuertes...), deban
instalarse oportunos sistemas para estabilizar las bóvedas, como
tirantes metálicos.
Las cúpulas presentan un
funcionamiento basado en el de los arcos y bóvedas, aunque en este caso
los esfuerzos horizontales no se concentran, sino que se disponen a todo
lo largo del tambor de la cúpula.
Figura 8.- Distribución
radial de esfuerzos en la base de una cúpula.
Contrafuertes
Para poder equilibrar la
componente horizontal de la fuerza transmitida por arcos y bóvedas, y
ante la ausencia elementos como tirantes la eliminen, no es suficiente
que el apoyo esté constituido por un simple pilar, columna o muro
verticales. Por contra, es necesario que el apoyo sea más amplio en su
base, para garantizar que la resultante de la fuerza transmitida,
oblicua a la vertical, se proyecte sobre la misma. En estos casos, el
muro o pilar funciona como contrafuerte. Hay que tener en cuenta que,
además de la reacción transmitida por el arco o bóveda, las partes
inferiores de los apoyos también soportan el peso de las partes
suprayacentes del apoyo (contrafuerte) mismo. El resultado de esta
situación es que la base del contrafuerte soporta más carga, pero esta
resultante del peso del contrafuerte y de la carga transmitida por el
arco o bóveda presentará una dirección más próxima a la vertical que si
estuviese formada exclusivamente por la componente transmitida por el
arco o bóveda. Dado que la excentricidad de la carga genera
solicitaciones de flexión, su disminución es beneficiosa para la
estabilidad estructura, ya que los muros son capaces de resistir fuertes
solicitaciones de compresión, pero no tanto de flexión. Por tanto, el
contrafuerte será más efectivo cuanto más pesado sea. Por este mismo
motivo, la existencia de pináculos es beneficioso para la estabilidad de
la estructura, al producir una reducción aún mayor de la excentricidad
de la carga transmitida por los arcos o bóvedas. Sobre estos principios
se concebía la arquitectura de las catedrales góticas, basada sobre el
sistema de arcos rampantes y pináculos con los que se transmitía a
tierra el peso de las cubiertas.
Aperturas en muros
La apertura de ventanas y
puertas en los muros introduce un problema que presenta dos aspectos. En
primer lugar, deben usarse elementos localizados por encima de la
apertura que desvíen la carga del muro suprayacente hacia los lados de
la propia apertura. Estos elementos son arcos, eventualmente cegado en
la misma pared, y arquitrabes de materiales que puedan soportar por
flexión la carga del muro sobre la luz de la apertura (vigas de piedra,
madera). El segundo aspecto del problema es que, en ambos casos, se
genera una situación de esfuerzos concentrados en los lados de la
apertura, que pueden llegar a ser mayores del doble de la carga
soportada por el muro sin apertura. En estos flancos o jambas se
disponen elementos de refuerzo, como largueros de piedra resistente de
una sola pieza y tan altos como la luz del vano.
Cimientos de muros
Mientras el comportamiento de
una estructura puede abordarse mediante consideraciones derivadas sobre
todo de la teoría de la elasticidad, el comportamiento del terreno de
cimentación se aleja de un comportamiento elástico. Más bien, de hecho,
su comportamiento es plástico, siendo importante parámetros como
deformación plástica, flujo viscoso, etc.
De forma general, puede
decirse que la capacidad sustentativa del terreno depende de su:
·
grado de compactación,
ya sea original del terreno o debido a la presión ejercida en el pasado
por otros pesos suprayacentes (i.e., otros edificios). En la generalidad
de los casos, el peso de los edificios compacta el terreno y mejora sus
propiedades mecánicas.
·
contenido en agua,
que aumenta la plasticidad y la posibilidad de flujo viscoso. Si el
terreno está muy húmedo, es necesario profundizar más para acceder a
formaciones geológicas apropiadas.
·
acción lateral de contenimiento,
derivada de la presión vertical del terreno circundante (cuando los
cimientos se encuentran a una cierta profundidad). La eficacia de esta
acción lateral se mejora profundizando los cimientos, contrarrestándose
así posibles flujos viscosos.
Principales causas de
fallos en la estructura
Las causas de fallos
estructurales en los edificios son muy variadas y complejas. Abordaremos
sólo consideraciones de tipo general, teniendo en cuenta que los
aspectos singulares de cada caso tienen una importancia decisiva para
una correcta interpretación de los fallos.
Cesión de la cimentación
Esta es probablemente la causa
más frecuente de fallos en las fábricas de todo tipo. Por lo dicho hasta
ahora, puede comprenderse que, si una fábrica antigua presenta problemas
de cimentación en la actualidad, es raro que se deban a circunstancias
igualmente antiguas, sino más bien a modificaciones de las
circunstancias que rodean al edificio. Se deberá así constatar estas
circunstancias nuevas que puedan modificar el régimen estático del
terreno de cimentación consolidado en el tiempo, y que, entre otras,
pueden ser:
·
Obras de excavación cercanas (otras
cimentaciones, galerías, cuevas,...).
·
Variaciones en la cantidad de agua
del terreno (daños y pérdidas de conducciones de agua, acueductos,
alcantarillado,...).
·
Explosiones cercanas u otras causas
de fuertes vibraciones (terremotos, vehículos,...)
·
Labores realizadas en el edificio que
hayan aumentado, o en todo caso modificado, el estado de solicitaciones
precedente. Esta última circunstancia es importante en el caso de
edificios viejos, ya que en pocos casos las obras nuevas profundizan sus
cimientos.
Los fallos debidos a la cesión
del terreno se manifiestan por:
·
hundimiento diferencial de una o
varias partes del edificio
·
rotación al nivel de la base de la
estructura, producida por condiciones de carga excéntrica.
Degradación de los
materiales
Los materiales que más
fácilmente se degradan con el tiempo y que pueden causar problemas
estructurales son las maderas, generalmente utilizadas en vigas de
sustentación de cubiertas. A veces, la degradación de los morteros de
unión puede ser causa de fallos estructurales, mientras que la
degradación de la piedra de sillería es poco relevante como causa de
este tipo de fallos, excepto en situaciones en que la piedra sea
extremadamente porosa y mecánicamente débil. El deterioro de la piedra
puede, no obstante, ser causa de caída de algunas partes de los
edificios, particularmente las superficiales (e.g., frisos) y aquellas
que no sufren carga (e.g., pináculos, merlones, decoración escultórica,
etc).
Obras de remodelación
No es difícil comprender que
ésta sea una frecuente causa de fallos estructurales. Pueden presentarse
situaciones numerosísimas, pudiéndose señalar las siguientes:
·
Ampliación de la construcción con
elevación de pisos adicionales, con el consiguiente aumento de peso que
puede no estar repartido uniformemente.
·
Adición/eliminación de tabiques de
nuevos/viejos, que pueden crear situaciones de carga concentrada y
hundimiento de suelos, respectivamente.
·
Eliminación arcos o bóvedas, cuando
éstos ejercen una función de contrarresto mutuo con otros arcos o
bóvedas
·
Aperturas de ventanas, pasajes, etc.
Análisis de los fallos
estructurales y sus manifestaciones
Los fallos estructurales van
acompañados de manifestaciones claramente visibles, aunque no siempre
fácilmente encuadrables en un esquema interpretativo, que permiten
evaluar la peligrosidad de la situación. Las manifestaciones principales
pueden consistir en:
·
Lesiones o sistemas de lesiones
(fracturas)
·
Fenómenos de aplastamiento
·
Desplazamientos relativos de partes
Análisis de las lesiones
Las lesiones se manifiestan en
los muros cuando a lo largo de una dirección determinada, se sobrepasa
la resistencia a la tracción que, como se ha indicado, es muy baja para
los materiales pétreos. Por tanto, las lesiones representan una especie
de mapa de la distribución de esfuerzos de tracción que, en una
estructura bien diseñada no deberían estar presentes.
La existencia de lesiones en
una estructura mural antigua no es en general un índice de gran
peligrosidad, excluyendo situaciones particulares. De hecho, aunque en
algunos puntos se supere la resistencia a la tracción de los materiales,
la estructura puede conservar de forma global su resistencia.
Por otra parte, la aparición
de lesiones representa una advertencia de que las cosas no funcionan
según lo previsto. En cada caso, el juicio sobre su grado de
peligrosidad puede constituir un problema complejo, que puede ser
resuelto por personal experto tras un profundo análisis de los hechos.
Apertura de las lesiones
Si se examina atentamente una
lesión, se puede recoger bastante información útil para la
interpretación del fallo. Puede registrarse la dirección según la cual
se abre la lesión, identificando las irregularidades de la superficie de
separación. Otro importante elemento de análisis es la variación de la
anchura de la lesión y de la distriución areal de las lesiones. Un
desplazamiento relativo de simple traslación produce un sistema de
lesiones paralelas con la misma anchura, mientras que un desplazamiento
debido a una rotación relativa de alguna parte del muro produce un
cierto número de lesiones, a veces incluso una sola, no paralelas cuya
traza es convergente y apunta hacia el centro de rotación, y donde se
aprecia un aumento de la anchura a distancias mayores del centro de
rotación.
Edad de las lesiones
De un examen atento de las
condiciones de la superficie de apertura de una lesión es facil
reconocer si el fallo se ha manifestado recientemente o no. Por ejemplo,
la presencia de fragmentos sueltos, de fuerte irregularidad en los
bordes y de color claro de la propia superficie, son indicativos de que
el fallo es reciente.
Debe indicarse que, para
control de la estática de un edificio en el que hayan aparecido lesiones
importantes, es esencial que la valoración y la medida de las lesiones
(largo, ancho, inclinación,...) se lleve a cabo a lo largo del tiempo.
Sólo de esta manera se podrá asegurar si un determinado fallo tiende a
estabilizarse, o si por el contrario tiende a aumentar con el tiempo,
haciendo peligrar la estructura.
Desplazamientos de los
muros
El desplazamiento de partes de
los muros se debe a situaciones en que se supera la resistencia a la
compresión de los mismos. Esto representa un índice para considerar la
situación peligrosa, por cuanto significa que la estructura está
viniendo a menos desde el punto de vista de su principal prestación. Si
las solicitaciones superan el límite de resistencia de los materiales,
se produce inevitablemente el fallo catastrófico de la construcción o de
una parte de la mismo.
Las razones por las que se
producen los desplazamientos de los muros pueden ser individualizadas en
una de las siguientes causas:
·
insuficiencia de la sección
resistente en relación con la entidad de la solicitación aplicada.
·
reducción de la resistencia del
material (fatiga) debida a fenómenos de deterioro
·
aumento de las solicitaciones como
resultado de modificaciones efectuadas en el edificio
·
redistribución de las solicitaciones
debidas a otros fallos en otras partes de la construcción, que pueden
conducir a un aumento local de la compresión.
Fases progresivas de un
fenómeno de desplazamiento
El desplazamiento de partes de
los muros pasa generalmente a través de tres estadios principales.
En un primer estadio la
deformación se concentra en los morteros (elementos menos resistentes),
produciéndose un pequeñísimo acortamiento del muro que puede apreciarse
por el desprendimiento de los revestimientos.
En un segundo estadio se
desarrollan fracturas en el interior del muro, con dirección
preferentemente vertical, que afectan a sillares, ladrillos y morteros.
En el tercer estadio la
fracturación anterior se desarrolla, abriéndose grandes fracturas con
desplazamiento de las paredes del muro hacia el exterior indicativo de
importante deformación transversal. En este estadio pueden escucharse
rumores, índice de peligrosidad elevada y premonitorios del fallo
catastrófico.
La resistencia a la compresión
de un muro puede aumentarse si, pudiéndose llevar a cabo las oportunas
labores de contenimiento, se impide la deformación transversal
característica del tercer estadio descrito anteriormente. Por tanto, el
desplazamiento es una solicitación muy peligrosa en el caso de pilastras
donde, si no existen elementos de cierre, no se pueden ejercer
eficazmente acciones de contenimiento.
Algunas situaciones
típicas de fallos estructurales
Cesión de la cimentación
Si la cesión se concentra en
una zona central del muro, se producen sistemas de lesiones como las
indicadas en la Figura X, manifestándose la tendencia al desprendimiento
de una parte del muro. Si la cesión se concentra en una parte lateral
del muro, se produce un movimiento de rotación que genera lesiones más
importantes hacia las partes superiores del muro.
Apertura de un vano
Pueden producirse lesiones de
dos tipos. En el muro suprayacente se produce una situación similar a la
de cedimiento de la cimentación. Más raro, aunque más peligroso, es el
desplazamiento de las jambas, debido a la concentración de los esfuerzos
compresivos discutida más arriba.
Apoyo de una viga o
travesaño sobre un muro
La presencia del apoyo de un
travesaño sobre un muro (e.g., viga de madera que sostiene un suelo)
puede dar lugar a desplazamientos locales bajo el travesaño mismo debido
a la concentración de la carga. Si se trata de vigas de madera, debe
controlarse que la parte insertada en el muro no esté sujeta a fenómenos
de empapamiento por infiltración de agua a través del propio muro.
Deformación de una
portada con arco
Ante la ausencia de tirantes o
de contrafuertes capaces de contrarrestar las componentes horizontales
transmitidas del arco, puede producir un sistema de lesiones como el
ilustrado en la Figura X
Una situación de este tipo
puede verificarse en arquerías (que sustente por ejemplo un suelo o una
cubierta), donde las componentes horizontales de los arcos se
contrarrestan mutuamente, excepto las componentes horizontales de los
arcos extremos apoyados en los muros, que pueden sufrir desplazamientos
horizontales. Debe indicarse que, en este caso, la demolición de la
parte suprayacente del edificio puede generar una situación de fallo
catastrófico a eliminarse el peso del muro que desvía, y en parte
contrarresta, la componente horizontal de los arcos extremos (efecto de
pináculo sobre contrafuerte).
Solicitaciones sísmicas
La acción de un terremoto
puede ser concebida como la aplicación de fuerzas horizontales que
actúan en sentido contrario, generando una situación de cizalla. Esta
situación es oscilante, de manera que el sentido de las fuerzas
horizontales cambia con el tiempo (i.e., temblor).
En un esquema muy
simplificado, se puede considerar que el muro es sometido a dos
esfuerzos diagonales, uno de tracción y otro de compresión, con
direcciones perpendiculares entre sí y ambos formando 45 º respecto de
la vertical. La componente de tracción produce por tanto una fisuración
perpendicular a la dirección de la tracción (paralela a la compresión) e
inclinada aproximadamente a 45 º respecto de la vertical. Cuando se
invierte el sentido de las fuerzas horizontales, las direcciones de los
esfuerzos de compresión y tracción también cambian, por lo que se
generan nuevas fracturas por tracción que presentan una traza ortonormal
(i.e., perpendicular) respecto de la traza de las anteriores. Esto da
lugar a sistemas de fracturas en cruz de San Andrés.
Este tipo de fracturas se
encontrará preferentemente entre vanos en los muros, ya que es ahí donde
se da una concentración de los esfuerzos de tracción.
Por desarrollar
Anisotropía en la distribución
de esfuerzos
Elipsoide biáxico: Esfuerzos
principales
Elipsoide triáxico: Esfuerzos
principales
Deformación
Deformación elástica y
plástica
Ley de Hook, límite de ruptura
y módulo de Young
Deformación frágil y dúctil
Sistemas de fracturas
Elipsoides de esfuerzo biáxico
y triáxico
Fracturas de tensión
Fracturas de cizalla
Plano de aplastamiento
Deformación de las rocas en
los monumentos
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