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domingo, 17 de julio de 2016

CUANDO LAS ESTRUCTURAS SE MUEVEN (Y NO DEBEN) RESONANCIA Y PUENTES (VIDEOS)

   La resonancia es el fenómeno que se produce cuando un cuerpo que vibra es sometido a una vibración parecida a la de su período fundamental causando amplificación sucesiva de los desplazamientos del cuerpo.

   En las estructuras, especialmente en puentes colgantes, debemos evitar que ocurra éste fenómeno; el cual es por lo general causado por acciones de sismos y vientos. Cuando ocurren resonancias se forman esfuerzos difíciles de controlar.

   Para sorpresa de muchos que creen que los defectos de resonancia son cosas de la edad antigua de la ingeniería, a continuación se presentan cuatro casos famosos de estructuras de puentes que experimentaron resonancia (2 antiguos y 2 recientes). Seguro que el segundo era el único que conocías.

   Caso 1. Puente de Broughton.
   El puente de Broughton fue un puente colgante en Manchester, Inglaterra, que en 1831 colapsó supuestamente a raíz del paso rítmico de una tropa de soldados.


   Según narran las crónicas pasaron por él 74 soldados marchando a paso redoblado causando resonancia en el mismo y haciéndolo colapsar. Sin embargo, fuentes más técnicas indican que hubo mala calidad de las conexiones y ante la carga amplificada de impacto de las 74 personas simultáneas hicieron fallar las conexiones. No obstante, a partir del hecho surgió una ley que ordenaba romper el paso rítmico a las tropas cuando cruzaran un puente o pasarela.


   Caso 2. Puente Tacoma Narrows.
Tal vez es el caso más famoso (y siempre el que más impresionaba a mis estudiantes cuando mostraba videos en clase). El 7 de noviembre de 1940, a 5 meses de su inauguración, el puente entró en resonancia con un viento de apenas 65 Km/h cuando había sido calculado para velocidades de viento mucho mayores.



   Caso 3.  Puente del Milenio.
Diseñado por el famoso arquitecto Norman Foster. Éste es realmente una pasarela que cruza el Támesis en Londres. En el 2000 al poco tiempo de su inauguración se presentaron, con la carga de 2000 personas y presencia de fuertes vientos, unas vibraciones que causaron el cierre del puente por 2 años, para poderlo rehabilitar. Se destaca que se había calculado para el equivalente de tránsito de 5000 personas.






   Caso 4. Puente de Volgogrado.
Ubicado en la ciudad rusa de Volgogrado.  Era el más largo de Europa, en mayo de 2010 presentó unas  amplitudes de oscilación estructural de más de un metro. Luego de investigaciones, el problema se subsanó al colocar amortiguadores de masa en partes estratégicas de la estructura.



   Caso Extra. Demostración de Resonancia en Puente Pequeño.
   Si les queda duda sobre los efectos de resonancia (o qué es), acá se presenta un excelente ejemplo en un pequeño puente peatonal.  Vean cómo los movimientos rítmicos o armónicos de las personas causan grandes deformaciones (y esfuerzos) en el pequeño puente colgante al coincidir sus períodos con los principales del puente. Noten cómo se amplifican los desplazamientos sin necesariamente aumentar las cargas verticales y con relativamente pocas personas ocupando el puente. Saludos y hasta el próximo artículo.



domingo, 15 de mayo de 2016

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.

domingo, 1 de mayo de 2016

CUANDO LAS ESTRUCTURAS CAEN: EDIFICIO EN KENIA (ABRIL, 2016)


   El colapso del edi̮ficio, que tiene unas 126 viviendas, todas con una única habitación, tuvo lugar en torno a las 21:15 de la noche en la capital de Kenia.

   El muro de la vivienda, conocida como urbanización Huruma, colapsó después de las fuertes lluvias que azotaron durante la jornada a la ciudad. El edi̮ficio derrumbado estaba ubicado entre la embajada de Rusia en el país y el Departamento de Defensa.




   Debido a una alta demanda de vivienda en Nairobi, algunos desarrolladores de propiedad no cumplen regulaciones de construcción para reducir costos y maximizar ganancias. La Sociedad Arquitectónica de Kenia ha calculado que 50% de las estructuras en Nairobi no cumplen el código de construcción.

   El presidente Uhuru Kenyatta ordenó el año pasado una auditoría a todos los edificios del país para ver si cumplen las regulaciones, después de que colapsaron ocho edificios y causaron la muerte de al menos 15 personas.

   El reporte de la auditoría realizada por la Autoridad Nacional de Construcción encontró que 58% de los edificios en la capital no eran aptos para ser habitados. La mayoría de la población de Nairobi vive en áreas de bajos ingresos o barrios marginados.

   En cualquier parte del mundo cuando no se cumplen las normativas de ingeniería ocurren desastres, a veces sin la intervención de un sismo. En éste caso por posibles socavaciones del terreno y empujes de fluídos. En éste caso perdieron la vida unas 15 personas. Hasta la próxima.

FELIZ DÍA DEL TRABAJADOR 2016


lunes, 18 de abril de 2016

CUANDO LAS ESTRUCTURAS CAEN: Caso de Puente en Ecuador (Abril, 2016)

   Ésta es la vista espacial del  puente en la avenida de las Américas en Guayaquil, el cual se derrumbó tras el terremoto de 7,8 que sacudió el Ecuador. Se ha registrado a la fecha la muerte de al menos 235 personas.



   Será interesante conocer los resultados patológicos estructurales de éste puente, los cuales seguramente arrojen insuficiencias en los requerimientos sismorresistentes en cuanto al refuerzo del acero, lo cual aparentemente ocasionó una falla frágil (cortante) por falta de ductilidad de los pilares lo que no le permitió incursionar en el rango inelástico a sus materiales componentes (concreto reforzado) condición con la que seguramente fue calculado.  Noten que las losas de concreto precomprimido aparentemente no sufrieron daños importantes, fueron los pilares o columnas las que fallaron.

   Siempre se reitera a los nóveles ingenieros: "Las estructuras no se comportan como se modelan, sino como se construyen". Hasta la Próxima.

Aparentemente el puente falla por insuficiencia de acero transversal (cortante) lo cual ocasionó una falla frágil en puntos de concentración de esfuerzos.



Los estudios patológicos en campo darán las causas exactas de la falla.

sábado, 2 de abril de 2016

CUANDO LAS ESTRUCTURAS CAEN: Caso puente en Calcuta (Abril de 2016)




   En Calcuta (India) mientras obreros construían una sección de 100 metros del puente el mismo cayó bruscamente. El paso elevado, de unos dos kilómetros, estaba siendo construido sobre una autopista en una zona comercial habitualmente muy concurrida en uno de los accesos del norte de la ciudad. 

   Hasta ahora hay 26 muertos, 92 heridos y 60 damnificados contabilizados, pero las autoridades temen que el balance de muertos sea aún más elevado, ya que no sabe cuántas personas siguen todavía debajo de los escombros.  En el lugar trabajaban todavía equipos de rescate con herramientas, detectores de vida y perros entrenados. 
  

  La Policía de Calcuta arrestó a varios empleados de la empresa constructora del puente (IVRCL), tras presentar una denuncia contra ella por "asesinato e intento de asesinato" y por un delito resultante en daños. Entre los detenidos se encuentran 2 ingenieros civiles que que supervisaban la construcción mientras se investiga su implicación en el desastre, dijo el gobierno estatal en el comunicado.


   Por su parte, un representante legal de la empresa, P. Sita, calificó el suceso de "accidente" en rueda de prensa.  
  
   Estaba en construcción desde 2009 y debía estar terminado en 2012.  Los derrumbes son relativamente frecuentes en la India debido al precario estado de las infraestructuras, mala calidad de materiales y la falta de mantenimiento en el sector de la construcción.


   En ésta última foto, noten la falla por  pandeo local del alma de la viga en voladizo del sistema de columna única que sostenía el elevado (sistema similar a péndulo invertido, sísmicamente hablando).  Causas múltiples pueden inducir ésta falla, entre ellas el exceso de compresión o un espesor insuficiente de las láminas verticales (alma) que conformaban la viga originando el pandeo, otra causa podría ser la falta de arriostramiento lateral para disminuir la luz libre (o no arriostrada) para evitar el alabeo de la lámina y para digidizarla de alguna manera. Sin embargo, pareciera totalmente atribuible a los calculistas estructurales la falla en ésta obra, a menos que la calidad del acero fuese distinta a la que se especificaron en los planos. Pero las investigaciones darán sus resultados.

   Nunca olvidemos la gran responsabilidad que tenemos como ingenieros estructurales o ingenieros de obra, pues los que pagan las consecuencia de nuestros errores son vida humanas de inocentes. Hasta un próximo tema.

domingo, 27 de marzo de 2016

UNA COSA ES LA MÁS ALTA, OTRA LA MÁS ESBELTA (TORRE BRITISH AIRWAYS)




   La relación de esbeltéz, ese concepto que define la relación entre la longitud de un elemento y las dimensiones de sus secciones transversales y por ende la rigidez de la sección transversal con su longitud total, ha sido ingeniosamente desafiada con la torre  British Airways i360.




   Ubicada en Brigton, Inglaterra, esta moderna torre mide aproximadamente 161 metros, y posee un diámetro de a penas 3,9 metros. Diseñada por el estudio Marks Barfield Arquitects, los mismos que diseñaron el icónico "London Eye",en Londres.  Esto le ha servido para romper el Récord Guinness a la torre más "delgada" (esbelta para los ingenieros) del mundo.


   La torre  aún no está abierta al público por lo que este reconocimiento la hará más atractiva para los visitantes. Contará con unas increíbles vistas panorámicas en 360 grados de la ciudad y una  hermosa e innovadora arquitectura. 

   Toda una maravilla de la ingeniería civil y mecánica. Lo que demuestra que muchas veces cuando hay recursos casi ilimitados toda obra de ingeniería puede llevarse a cabo ;)  Hasta la próxima novedad.

lunes, 7 de marzo de 2016

DÍA DE LA MUJER - 8 DE MARZO DE 2016

Feliz Día de la Mujer: a ti mujer, madre, esposa, hermana, novia, amiga. A ustedes las mujeres, fuente insustituible de la vida, apoyo, esperanza y calidez para los hombres y las civilizaciones.

sábado, 5 de marzo de 2016

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.

sábado, 16 de enero de 2016

¿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.

martes, 29 de diciembre de 2015

CUANDO LAS ESTRUCTURAS CAEN (PUENTE EN PERÚ 2015)

Figura 1. Vista lateral, puente caído en Perú 2015

   Muchas veces los ingenieros (profesores) ponemos ejemplos fallidos de ingeniería civil y los alumnos piensan que son ejemplos viejos que en la actualidad con la "tecnología" no pueden ocurrir esos errores.  Así hasta se nos critica el por qué hacemos pruebas objetivas si "en la vida real eso no es así". El alumno piensa que en la vida real el trabajar con otro grupo de ingenieros los hace "inmune" a los errores. Siempre inculqué en los míos la regla del "cero absoluto", pues al ingeniero se le evalúa por resultados y no por procedimientos. Y si aprobamos al alumno con la excusa de que el procedimiento estaba bien pero el resultado estaba mal... ...simplemente nos hacemos tolerantes a los errores.

    Todo esto es simplemente un preámbulo para presentar el caso de un puente que colapsó éste año (2015) en un país que tiene fama de tener buena ingeniería y buenos ingenieros (no se duda al respecto en lo absoluto). Pero fíjense que el haber hecho el trabajo en grupo y con varios organismos involucrados no los blindó contra el error. Esto fue en Perú, en Julio de 2015 el puente colapsó y cayó sobre el río Topará, su construcción costó $ 34.000.000 y fue inaugurado en el 2011. Eran dos puentes gemelos, colapsó uno al pasar por su estructura una grúa de grandes dimensiones.

    ¿Dónde estuvo el error? Viendo las fotos se notan dos cosas:  1. La rigidez del arco (las dimensiones de su sección transversal) parece insuficiente para la luz del puente, 2. El anclaje de los montantes-tirantes (elementos verticales) al arco parece fueron ineficientes y cedieron. El aspecto que se demuestra de los anclajes nos hace recordar aquella interesante reflexión "Las estructuras no se comportan como se calculan, sino como se construyen". Hasta el próximo año.


Figura 2. Vista General, puente caído en Perú 2015. Noten los anclajes de los tirantes.

jueves, 24 de diciembre de 2015

FELIZ NAVIDAD 2015



     Esta Navidad quiero darles a todos mis amigos y colegas mis más sinceros agradecimientos por seguir apoyando éste pequeño pedazo de orgullo UNEFISTA con su amistad, lealtad, aprecio y apoyo. Les deseo una muy Feliz Navidad 2015. Disfruten el tiempo en familia y que el merecido descanso de éstos días nos impulse para con fuerza construir cada día un mejor país y un mejor mundo.  Dios los bendiga a todos.