Redacción Quevedo Informativo.- Una falla estructural ocurre cuando la estructura no puede cumplir con su función debido a una incongruencia entre su desempeño real y el desempeño esperado.
Las fallas estructurales comunes incluyen el colapso total o progresivo de la estructura, o una falla funcional que restringe el uso de la estructura.
Uso del término en ingeniería
En ingeniería, se habla de un fallo estructural cuando se produce una situación que agota la capacidad resistente de una estructura (entendida como un conjunto de elementos diseñados para soportar determinadas cargas, concepto en el que pueden incluirse principalmente edificaciones y obras de ingeniería civil, pero también todo tipo de vehículos, máquinas o cualquier clase de objeto cuyo uso implique resistir determinadas fuerzas), causando su destrucción parcial o total, o que tenga que quedar fuera de servicio.
Integridad estructural
Por su parte, la integridad estructural es la capacidad de un elemento, ya sea un componente estructural o una estructura que consta de muchos componentes, de mantenerse unido cuando es sometido a cargas (incluido su propio peso), sin romperse o deformarse excesivamente.
Asegura que la construcción cumplirá la función para la que fue diseñada mientras se le dé un uso razonable durante todo el tiempo establecido para su vida útil.
Dotar de integridad estructural a un objeto fabricado o a una construcción permite evitar fallos catastróficos, que pueden resultar en lesiones, daños severos, muertes y/o pérdidas monetarias.
Al hilo de la definición anterior, un fallo estructural es la pérdida de la integridad estructural (o de la capacidad para soportar cargas) de un componente estructural o de la propia estructura.
Se inicia cuando un material se somete a esfuerzos más allá de su resistencia de diseño, lo que provoca una rotura o una deformación excesiva.
En un sistema bien diseñado, una fallo localizado no debería causar un colapso inmediato ni progresivo de toda la estructura. El estados límite utilizado en el diseño estructural permite evaluar la resistencia de una estructura en el caso de que falle alguno o algunos de los elementos que la componen.
El estudio de la integridad estructural y de sus fallos incluye el análisis de casos del pasado para prevenir fallos en diseños futuros.
Introducción
La integridad estructural es la capacidad de una estructura para soportar la carga prevista sin fallar debido a roturas, deformaciones o fatiga.
Es un concepto que se usa a menudo en ingeniería para producir artículos que servirán para los propósitos diseñados y seguirán siendo funcionales durante el tiempo de vida útil deseado.
Para construir un artículo con integridad estructural, un ingeniero primero debe considerar las propiedades mecánicas de los materiales empleados, atendiendo a su tenacidad, resistencia, peso, dureza y elasticidad, y luego determinar el tamaño y la forma necesarios para que el material resista las cargas esperables al menos durante su vida útil prevista.
Dado que los elementos de una estructura no deben romperse ni pueden doblarse excesivamente, deben conservar su rígidez y poseer una cierta dureza. Un material muy rígido puede resistir la flexión, pero a menos que sea lo suficientemente resistente a esfuerzos axiales, puede que su sección tenga que ser muy grande para soportar una carga sin romperse.
Por otro lado, un material altamente elástico se doblará bajo una carga incluso si su alta resistencia evita la rotura.
La integridad de cada componente debe corresponder a su aplicación individual en cualquier estructura portante.
Por ejemplo, los soportes de los apoyos de algunos tipos de puentes necesitan disponer de una elevada fluencia para compensar las dilataciones del tablero, mientras que los tornillos que los sujetan necesitan una gran resistencia al esfuerzo cortante y una elevada tensión de rotura.
De igual forma, los muelles requieren materiales con elevada elasticidad, pero la mayor parte de las herramientas deben fabricarse con materiales de una alta rigidez.
Además, toda la estructura debe poder soportar sus cargas sin que fallen sus elementos más débiles, ya que esto puede generar mayores tensiones en otros elementos estructurales y dar lugar a un fallo en cadena.
Tipos de fallos
Los fallos estructurales pueden producirse por diversas clases de problemas, la mayoría de los cuales son exclusivos de diferentes industrias y tipos de estructuras.
Sin embargo, la mayoría puede atribuirse a una de estas cinco causas principales:
• La primera es que la estructura no es lo suficientemente fuerte y resistente para soportar la carga, debido a su tamaño, forma o elección del material. Si la estructura o algún componente de la misma no es lo suficientemente fuerte, puede producirse un fallo catastrófico cuando se somete a cargas más allá de su nivel crítico de esfuerzo.
• El segundo tipo de fallo es por fatiga o corrosión, causado por inestabilidad en la geometría, diseño o propiedades del material de la estructura. Estos fallos generalmente comienzan cuando se forman grietas en los puntos donde se concentran las tensiones, como esquinas cuadradas o agujeros de pernos demasiado cerca del borde del material. Estas grietas crecen a medida que el material se somete a tensiones y descargas repetidas (cargas cíclicas), alcanzando finalmente una longitud crítica y provocando el fallo repentino bajo condiciones normales de carga.
• El tercer tipo de fallo es causado por errores de fabricación, incluida la selección incorrecta de materiales, tamaño incorrecto, tratamiento térmico incorrecto, cambios en el diseño mal controlados o mano de obra deficiente. Este tipo de fallos por lo general son impredecibles.
• El cuarto tipo de fallo es debido al uso de materiales defectuosos. Si no se detecta y corrige en el momento de construir la estructura, suele ser impredecible, ya que el material puede haber sido fabricado incorrectamente o dañado por un uso anterior.
• La quinta causa de fallo es la falta de consideración de problemas inesperados, tales como eventos de vandalismo, sabotaje o desastres naturales. También puede producirse si quienes usan y mantienen la construcción no están capacitados adecuadamente y sobrecargan la estructura.
