CUANDO LAS ESTRUCTURAS CAEN (VIDEO): CAE PUENTE EN ITALIA (OCTUBRE, 2016)

Este puente, que une las ciudades de Milán y Lecco, se derrumbaba en el momento en el que circulaba sobre él un camión de 108 toneladas, a las 05:20pm de la tarde hora local del viernes. Las autoridades han abierto una investigación sobre el suceso.

A continuación se presenta el registro en video de cómo falla un puente en italia cuando pasa sobre éste un camión cargado.

“Al parecer el puente tenía precedentes preocupantes. Hace 10 años ya se había registrado problemas y situaciones de peligro”, cita el fiscal de Lecco, Antonio Chiappani.

Anas, la compañía estatal que gestiona la red viaria del país, ha acusado a las autoridades locales de no actuar con la rapidez necesaria después de que les pidiera que cerraran el puente a las dos de la tarde, cuando sus trabajadores detectaron problemas.

CUANDO LAS ESTRUCTURAS CAEN: REGISTRADO EN VIDEO COLAPSO DE NAVE INDUSTRIAL EN TEXAS

En abril de 2015 en la Escuela Superior Argyle en Texas se registró el colapso de una nave industrial de grandes luces, la cual estaría realmente destinada para el uso deportivo del instituto.

Colapsó en el proceso de construcción, a las 07:30am ante unas ráfagas de viento de bajas velocidades. El hecho produjo un (1) muerto y tres (3) heridos. 

La estructura, enteramente en perfiles metálicos, era parte de un paquete de bonos de $ 45 millones para mejorar las instalaciones deportivas de la Escuela. La construcción  fue hecha por Northstar Group Constructores y había estado en marcha durante unos tres meses. 

A continuación se muestra el video del colapso donde se puede notar cómo pórtico tras pórtico se va desmoronando.

¿Qué causó el colapso?

¿Fue error de diseño? NO. El colapso fue debido a que torpemente el constructor no había colocado ninguno de los arriostramientos ni en los laterales ni el techo, haciendo terriblemente inestable la estructura ante el viento. Un error que cualquier estudiante de ingeniería hubiese detectado.

Otro elemento estructural que ayudó al colapso fue el hecho de que las columnas no eran prismáticas, trayendo como consecuencia que los momentos flectores en las bases de las columnas fueran muy pequeños en ambas direcciones, no extrañando que las platinas de anclaje se hayan diseñado a sólo carga axial sin considerar nada de momento (práctica común en éste tipo de estructuras).  Esa hipótesis trabaja bien siempre los pórticos tengan sus arriostramientos y contravientos colocados.

Como podemos destacar, se cumple aquella máxima que cita: "Las estructuras no se comportan como se modelan, sino como se construyen".

¿Qué aprendimos con éste hecho?

Que es importante que al constructor sepa los principios de un correcto montaje de estructura metálica, el no colocar los arriostramientos sino al final de la construcción fue un error garrafal. Siempre se deben arriostrar las estructuras metálicas, sino harán de las suyas nuestras amigas las cargas de viento. Otro caso parecido sucedió con "LA ESCOLLERA" un edificio en Cartagena de Indias, el cual además de tener errores en las conexiones, no estuvo arriostrado. Por supuesto colapsó. Pero esa, es otra historia. Hasta el próximo artículo mensual.

DISEÑOS ORIGINALES MODELADOS POR EL ING. ANTONIO LEÓN

     A continuación imágenes de algunos modelos originales en los cuales he trabajado. Modelados en diversos software de cálculo estructural, entre ellos: ROBOT, SAP2000, ETABS, CYPECAD y CYPE 3D. Por razones de privacidad de clientes no se puede especificar a qué obra pertenecen.

 

CUANDO LAS ESTRUCTURAS CAEN: PUENTE FERROVIARIO EN CHILE (AGOSTO, 2016)

     El 18 de agosto, mientras pasaba un tren de carga sobre él, colapsó el puente metálico sobre el río Toltén en Chile, Pitrufquén región de La Araucanía.

   Se trataba de un puente en estructura metálica, constituido básicamente por tablero con cerchas inferiores y cables colgantes.

   El puente tería un largo total de 450 metros, compuesto de 9 tramos de 49 metros cada uno y una altura sobre el río de 20 metros.   Por otra parte, el tren que pasaba de 25 vagones, sólo cayeron 6 vagones al río. 3 de los carros cargaban soda cáustica y 2 petróleo.

   ¿Cuáles fueron las causas del colapso? Las autoridades investigan pero anticipadamente puedo manifestarles que un dato importante es que el puente fué inaugurado en 1898, por lo que lógicamente la causa más probable de su desplome sea los efectos de fatiga, tan debilitantes en las estructuras de acero motivado a las cargas  móviles repetitivas y de inversión de esfuerzos. Ésto por supuesto aunado a la falta de inspección y mantenimiento del puente.

Nota adicional sobre la fatiga: 

   Fatiga en estructuras metálicas: se refiere a un fenómeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas se produce más fácilmente que con cargas estáticas. Destacándose que las cargas dinámicas son mucho menores a las estáticas que podría hacer colapsar la estructura. Acá se cumple que la perseverancia de una carga pequeña repetidas veces logra el colapso que no lo ocasiona una gran carga estática.

   En la anterior gráfica vemos como se reduce la tensión máxima admisible al aumento de los ciclos de carga y descarga de un acero. Luego del millón de repeticiones tiende a estabilizarse, sin embargo, la capacidad que ha perdido el material es impresionante.

   Un ejemplo más sencillo es el del trozo de alambre. Si trata de romper con sus manos un  trozo de alambre a tracción se dará cuenta  que es casi imposible  hacerlo fallar. Sin embargo si lo dobla en un sentido y luego hace lo mismo en sentido opuesto, repitiendo éste proceso unas 20 veces notará que el alambre se debilita y se rompe con cargas mucho menores a la carga estática que estaba aplicando inicialmente.

   En conclusión, era una gran obra, pero que como reza un proverbio: "Dios perdona siempre, el hombre algunas veces, pero la naturaleza nunca".

    Saludos y hasta la próxima.

CUANDO LAS ESTRUCTURAS DEBEN CAER: PUENTE EN CHILE (Mayo, 2016) Y UN HOTEL EN USA (Mayo, 2016).

   Muchas veces pensamos que en pleno siglo XXI es imposible conseguir el caso de estructuras que se diseñen y empiecen a construir por un equipo de ingenieros y resulte que luego de una gran inversión de tiempo y dinero tenga dicha obra que terminar demoliéndose parcial o totalmente.  

   Si vamos al pasado remoto conseguiremos muchos casos, pero el día de hoy nos enfocaremos en dos estructuras de países que tienen tradición de buena ingeniería y que precisamente en éste año se ha decidido su demolición.

   Caso 1: Puente construido al revés en Chile.

   Proyectado como el primer puente basculante de Chile terminó siendo, con la intervención de una empresa Española, un fracaso de la ingeniería de dicho país.

   El Ministerio de Obras públicas de Chile concluyó que la empresa española AZVI colocó al revés el tablero.

   Se esperaba tener en funcionamiento en 2014, pero por complicaciones desde el inicio, ese puente proyectado sobre el río Cau Cau está lejos de ser terminado.

   La obra adjudicada en 2011 por un monto de 13.900 Millones de dólares, con 90 metros de largo y que uniría Isla Teja con las Ánima con tramos móviles y elevable para permitir la navegación del río, desde sus inicio comenzaría con problemas. El topógrafo Roberto Mendez involucrado en su replanteo sería detenido por ejercicio ilegal de la profesión, al presentar documentación falsa para trabajar en la empresa.

   Ese episodio pasaría como algo menor hasta que en 2014 se detectara que el puente misteriosamente sufría una desviación de 75cm entre sus eje estructural fijo y su parte móvil, por lo que cuando se cerraba se formaba un gran desnivel o bache entre un extemo y otro.

   Resulta que las etiquetas para la instalación de los brazos del puente habían sido enviados al revés desde España y absolutamente nadie se percató del error. A continuación un reportaje completo sobre el puente, hecho en Discovery Channel (Puenden verlo a partir del minuto 04:50 que comienza lo interesante para los ingenieros, reportaje hecho en el 2015, cuando no se había decidido aún demolerse).

   Una de las soluciones de planteaba la empresa española era salvar la diferencia de altura con pavimento, pero la carga muerta adicional no iba a ser soportada por el mecanismo del puente.

   Luego en pruebas de operación un pistón se rompió, evidenciándose que la calidad del acero no era la exigida en el diseño inicial.

   Posteriormente un informe de la empresa Estadounidense de ingeniería Hardesty & Hanover concluyó que los brazos del puente debían demolerse y que:  "El término de los estudios nos permite afirmar que el puente tiene que ser hecho, en lo medular, completamente de nuevo".

   Caso 2: Hotel de UltraLujo a Demoler en las Vegas

   Éste es el caso del el Harmon Hotel and Spa.  Un exclusivo hotel de Las Vegas diseñado por el Arquitecto británico Norman Foster que se encontraba en la última etapa de su construcción será demolido sin haber sido inaugurado debido a defectos en su estructura. 

   Desde sus inicios tuvo problemas en la mala instalación de los aceros de refuerzo (2008). La construcción siguió pero limitando a 25 plantas las 49 incialmente proyectadas.

   Luego en 2010 un informe técnico determinó que el hotel ante la presencia de un sismo podrían "hundirse" sobre el terreno y los trabajos cesaron hasta el 2016.

   El propietario decidió demoler el inmueble, pero por disputas legales se ha demorado mucho el proceso, el edificio se desmantelará piso por piso, lo que costará unos 11.5 millones de dólares.

   Estos casos nos enseñan a que por muy experimentado que sea un equipo de ingenieros que realicen un diseño o una construcción, nunca debemos dejar de usar el buen criterio y el sentido común.

CUANDO LAS ESTRUCTURAS CAEN: CASO EDIFICIO DE APARTAMENTOS EN TAIWAN (Febrero, 2016)

     El 2016 nos recibió con un hecho poco común y que llamó la atención a la comunidad de la Ingeniería Civil mundial.

Edificio en primera fase de colapso. Colapsan los miembros inferiores, más cargados

    El 7 de febrero cayó un edificio de apartamentos en la ciudad de Taiwán debido a un sismo de apenas 6,4 grados Ritchter. Caso poco común debido a que se considera un sismo de baja magnitud.

Edificio en segunda fase de colapso. Cae lateralmente.

     Al parecer el edificio se vino a bajo por vicios en la construcción y malos principios sismorresistentes aplicados. En algunos muros estructurales se consiguieron durante las labores de recuperación de cadáveres paredes rellenas con latas, de más está decir que es un hecho bastante curioso.

     Debido a los indicios de los vicios en su construcción el ministerio público ha acusado de negligencia profesional a Lin Ming-hui, presidente de la constructora que construyó el edificio, y a sus socios Chang Kui-an y Cheng Chin-kui, también ejecutivos de la empresa.

  

Latas como relleno en los muros estructurales

     Alegan que para 1999 (año de construcción del edificio) no era prohibido aligerar los muros con latas, sin embargo, las investigaciones darán sus resultados próximamente. No obstante, los 42 muertos que ocurrieron por los errores ingenieriles no revivirán.

Fase de recuperación de cadáveres y sobrevivientes.

     Éste es un caso que demuestra que mientras el sismo no ocurre cualquier edificación se mantiene en pié. Por ello debemos esperar resultados interesantes en el momento que en nuestros países se presente un sismo que supere los 7 grados, ahí sabremos quienes son los buenos calculistas y constructores. Hasta la próxima.

¿DIRECCIÓN O SENTIDO?

Figura 1. Armado o refuerzo de Zapata aislada ¿En dos sentidos o dos direcciones?

   El día de hoy, en la tónica de ir publicando artículos de ingeniería de contenido ligero, me ocupa un tópico que si bien es muy sencillo al mismo tiempo es motivo de confusiones en arquitectos e ingenieros.

   El tópico del presente es la diferencia que existe entre "dirección" y "sentido", específicamente para detallar o describir el refuerzo o armado de un miembro de concreto estructural, especialmente en las placas o losas.

   Es muy común conseguir en memorias de cálculo y planos estructurales la descripción de losas o placas "armadas en dos sentidos".  Es deber informar que el término correcto sería losa "armada en dos direcciones", pues algo "armado en dos sentidos" realmente no tendría mucho "sentido". ¿Cómo así?

Figura 2. Características de un Vector. Vector de dirección horizontal, sentido a la derecha.

   La explicación de por qué es un error la expresión muy comúnmente usada es sencilla, para los que cursamos un bachillerato normal solo debemos recordar aquella lección de VECTORES que hace unos cuantos años nos explicaron.  Si recordamos la definición de vector sería: "segmento de recta orientado", o en palabras simples, es una magnitud que puede definirse completamente como el dibujo de una "flecha".  Siendo el largo de la misma el "módulo o magnitud", la orientación de la línea su "dirección" y la punta de la flecha a donde apunta su "sentido". 

Figura 3. Características de un Vector. Dirección diagonal, sentido arriba a la derecha.

   Para un vector dibujado como complemente horizontal (Figura 2), su dirección sería precisamente esa "horizontal", mientras que su sentido, dado por la punta de la flecha podría ser "a la derecha" o "a la izquierda".  Para un vector dibujado como flecha vertical su dirección sería "vertical" y su sentido pudiese ser "arriba" o "abajo".  Para un vector dibujado en diagonal (Figura 3) su dirección sería "diagonal" y su sentido podría ser expresado con las combinaciones de dos de siguientes términos: "arriba", "abajo", "izquierda", "derecha" o incluso usar los puntos cardinales.   Ejemplo: "Dirección diagonal sentido arriba a la derecha" ó "Dirección diagonal sentido Noroccidente". También para la dirección puede usarse el ángulo que el vector forma con la horizontal.

   Por ello si habláramos de un losa o zapata "armada en dos sentidos" estaríamos hablando que unas cabillas (o varillas) en una vista de planta se verían sólo horizontales o sólo verticales,  ya que al colocar en el mundo real una cabilla, ella puede tomarse como que ya abarca los dos sentidos que puede tener, ya que la cabilla no tiene punta de flecha. Imaginemos varias cabillas paralelas y ya, sin formar cuadrícula o parrilla.

   Si hablamos de una losa "armada en dos direcciones" estaríamos hablando que unas cabillas en vista de planta, se ven horizontales y otras se ven verticales en la otra dirección; es decir, van perpendiculares a las primeras pero en el mismo plano.  Ahí la descripción es más adecuada. O sea, se estaría formando una cuadrícula (o parrilla) de cabillas.

Figura 4. Sin duda alguna, las zapatas y placas se arman en "dos direcciones" no "en dos sentidos". 

   A partir de ahora cuando hagan la descripción de los armados o refuerzos recuerden entonces que debemos hablar de "direcciones" y no de "sentidos", para que la expresión sea la correcta.

   Hasta la próxima.

OQUEDADES, CANGREJERAS O VACÍOS EN EL CONCRETO ARMADO.

     Muy buenas. Para dar inicio al innovador enfoque de éste Blog, que es dar informaciones sobre la carrera de Ingeniería Civil UNEFA Maracay y contribuir con tópicos que pueden ser de interés para los futuros jóvenes ingenieros les presento como primer tema un tópico relacionado con la presente figura.

Figura 1. Desencofrado de columna y presencia de oquedades en obra.

     La Figura 1 se trata de una columna de concreto reforzado que al quitarle el encofrado muestra oquedades, cangrejeras o vacíos. ¿A qué se debe eso? ¿Es grave?

     Se debe a que la columna tuvo un pésimo proceso de vaciado y sobre todo vibrado. Vaciaron desde arriba y no utilizaron adecuadamente el "vibrador" desde abajo hacia arriba. La ausencia de vibración produce ésta oquedades por lo que el concreto no se asienta. También el exceso de vibración trae otro problema, pues hace que se disgregue el concreto, por lo que las piedras se decantan en la parte inferior e igualmente baja la resistencia del concreto. Por ello debe hacerse un "correcto" vibrado, ni poco ni en exceso. 

En absolutamente todo vaciado de concreto se debe vibrar el concreto, de no hacerlo se forman esos vacíos y baja mucho la resistencia del elemento estructural que se haya vaciado, por lo cual es muy grave en una obra.

 Figura 2. Vibrador eléctrico

 Figura 3. Vibrador de gasolina

Hay vibradores eléctricos y de combustible fósil, se recomienda en obra siempre tener ambos, pues si por casualidades del destino se interrumpe el fluido eléctrico se tiene de respaldo el vibrador de gasolina. Al iniciarse un proceso de vaciado el mismo sólo puede detenerse por problemas muy graves, sino se pierde gran parte de la inversión y logística del vaciado. Generando pérdidas al constructor. En otra futura entraba hablaré de cómo puede repararse un problema de éstos.

Figura 4.  Trabajadores vibrando una losa (placa) de concreto armado.

Abajo les dejo un pequeño glosario para los iniciados en ésta bella carrera y que aún no han comenzados a ver algunos términos importantes.


*  Concreto: Piedra artificial producto de la unión de cemento portlant, agregado grueso (piedras), agregado fino (arena), agua y aire.


 * Concreto fresco: Concreto de estado fluído antes de colocarse y fraguarse (endurecerse)

* Concreto Reforzado: Se conoce como concreto u hormigón armado, la actual norma venezolana lo engloba con el término "concreto estructural". Sin embargo, el concreto estructural abarca tanto el concreto armado como el concreto preesforzado (concreto precomprimido). En término generales es la unión del concreto con el acero, por lo general en barras corrugadas que se conocen como cabillas o varillas. El concreto trabaja muy bien a compresión y el acero a tracción (tensión) por lo que se obtiene un excelente material para la construcción de vigas, columnas, losas y muros.

* Encofrado:  Es el proceso de colocar un material (generalmente madera, pero pueden ser láminas de metal) como un perímetro limitado para poder vaciar (colar) el concreto fresco y dar forma a las estructuras de concreto armado en sitio.

* Fraguado: Proceso de endurecimiento del concreto, en el cual el concreto fresco tienen una reacción exotérmica (libera calor y vapor de agua)  y se solidifica. Por lo general adquiere su resistencia final al 99% a los 28 días, sin embargo, el proceso se considera infinito pero asintótico, por lo que en la práctica se toma la resistencia a los 28 días.