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Las estructuras espaciales se utilizan comúnmente en la construcción de terminales aeroportuarias, almacenes, centros históricos y centros comerciales donde se requieren grandes espacios laterales. Son arquitectónicamente atractivos y estructuralmente adaptables. Además, las estructuras espaciales son livianas, lo que reduce los costos de construcción y ayuda a cubrir de manera efectiva grandes zonas de luz continua.
En los últimos años, las estructuras espaciales se han desarrollado y se han encontrado útiles en el mundo de la construcción de vanguardia. Las secciones huecas de acero y los puntos nodales con propiedades mejoradas son aplicaciones perfectamente impactantes en los espacios de almacenamiento.
En comparación con las estructuras ordinarias de columnas y vigas, las estructuras espaciales de largo alcance tienen un diseño impredecible y requieren reglas de diseño explícitas. Por lo tanto, es probable que produzca datos inexactos para los modelos matemáticos. Además, debido a su simplicidad, uniformidad de cuadrícula y redundancia, los ingenieros estructurales y los contratistas tienden a asumir su fuerza y estabilidad.
No hay reglas de procedimiento en el código principal para el diseño de estructuras de acero de gran luz, ya que el código asume el comportamiento de las estructuras de acero. La experiencia en planificación, diseño, construcción y montaje juega por tanto un papel fundamental para evitar el fracaso.
El colapso de la estructura cósmica tiene un mecanismo característico debido a la diferencia en su morfología estructural. Una estructura de marco de múltiples niveles (MLFS) tiene una enorme redundancia e incertidumbre estadística. Por lo tanto, no son propensos a fallas progresivas incluso después de que las partes individuales se hayan derrumbado. Sin embargo, la falla de un miembro crítico mientras se carga el servicio puede conducir a la falla progresiva de la estructura.
De manera similar, las cargas de viento y nieve más altas en los miembros críticos pueden conducir a la falla progresiva de las estructuras. Por lo tanto, se deben utilizar factores de seguridad adicionales para miembros críticos para evitar fallas progresivas de la estructura. Utilice el análisis de sensibilidad para identificar miembros críticos expuestos a cargas elevadas y propensos a fallas.
Por otro lado, el colapso de la estructura del marco de una sola capa (SLFS) puede iniciarse por el pandeo de un solo miembro. Por lo tanto, examinar la estabilidad personal es muy importante. Mostramos que SLFS es más sensible al pandeo que MLFS. Esto se debe a que las fuerzas se transmiten a través de una sola capa. El pandeo localizado de SLFS puede ser causado por el pandeo rápido de un miembro en regiones localizadas. Por otro lado, el pandeo global ocurre cuando se considera una región inestable más grande en la estructura cósmica.
Este artículo describe varias causas y métodos de investigación de fallas, y dos estudios de casos de fallas se centraron específicamente en estructuras de acero de gran luz.
Tabla de contenido
1. Aeropuerto Charles de Gaulle, Francia – Derrumbe del techo de la Terminal 2E
el 23rd En mayo de 2004, el techo se derrumbó cerca de la Puerta E50 en la Terminal 2E del Aeropuerto Charles de Gaulle. Se diseñó una losa curva prefabricada de hormigón armado de 300 mm de espesor para una estructura de 30 m de ancho. Los investigadores sugirieron que una losa prefabricada de hormigón de 30 m de largo se había derrumbado sobre la pasarela de acceso. Cuatro personas murieron y tres resultaron gravemente heridas.
1.1 Resultados de la encuesta
El concepto de diseño utilizado para construir el techo de la terminal fue un poco inusual. Comprender y evaluar la distribución de fuerzas fue complicado porque el modelo 2D creado por la oficina de diseño no era adecuado de acuerdo con las disposiciones del código. No hubo redistribución de la fuerza local de puntales a paneles. Por lo tanto, la falla de un solo elemento debido al punzonamiento provocó el colapso del hormigón abovedado.
En la zona donde falló el concreto, el panel compuesto pareció estar sujeto a un mayor nivel de carga del techo, lo que resultó en un aumento del 50 % en el corte por punzonamiento. Además, el modelo estructural no tuvo en cuenta los efectos a largo plazo de la estructura terminal.
Con más de 400 empresas involucradas en este emprendimiento, observamos un nivel severo de complejidad ineficiente en la gestión del proyecto. Debido a los errores colectivos e individuales, era inevitable una alta probabilidad de errores de coordinación. Por lo tanto, desempeñó un papel fundamental en la conducción de su fracaso.
Los retrasos en el trabajo afectaron la calidad de los paneles ensamblados. El retraso también provocó la desalineación entre los paneles compuestos de hormigón. Como resultado, se estaba acumulando tensión debido a la carga excéntrica en el panel compuesto.
Se observó que el error de diseño del espesor de la losa era una compensación debido a los requisitos de construcción. La propia autoridad aeroportuaria actuó como inversora y gestora del proyecto. Por lo tanto, no había una agencia externa para controlar y regular el proyecto.
Los informes y las investigaciones confirmaron que el techo de la terminal falló debido a las malas prácticas de construcción, la mala calidad del hormigón y la falta de conocimientos sobre diseño estructural.
1.2 Causa del fallo
Los siguientes puntos describen las principales causas del deterioro progresivo.
- El diseño deficiente del refuerzo a cortante dio como resultado una rigidez a cortante insuficiente.
- Una barra de espiga estaba incrustada profundamente dentro de la cubierta de hormigón, causando grietas en el techo de hormigón.
- Algunas grietas se formaron como resultado de cargas de construcción superiores a las esperadas y diferencias en el movimiento de la humedad y el calor.
- Según informes de investigación, el margen de seguridad fue menor de lo esperado durante el diseño.
- Grietas en el concreto causadas por barras de tensión mal colocadas. Por lo tanto, la tensión de tracción no se resistió eficazmente.
- Los tirantes de columnas horizontales y las vigas de soporte verticales eran insuficientes para soportar adecuadamente los elementos estructurales.
2. Colapso del techo del estadio Sultan Mizan Zainal Abidin, Malasia
El estadio Sultan Mizan Zainal Abidin se construyó para albergar juegos polivalentes en Kuala Lumpur, Malasia. El estadio tenía una capacidad de 50.000. El estadio estaba destinado a tener dos techos en forma de concha. El soporte del techo se proporcionó en forma de contrafuertes de hormigón y estructuras de entramado espacial. El estadio constaba de una red espacial curva de dos capas hecha de cilindros y rótulas de acero.
EN 3rd En junio de 2009, menos de un año después de su inauguración, el techo del estadio se derrumbó en un trágico accidente. Afortunadamente, no se perdieron vidas en la falla de la estructura espacial de largo alcance.
2.1 Resultados de la encuesta
Se formó una comisión de investigación después de que se derrumbara el techo del estadio. La comisión informó que el diseño del estadio no cumplió con las disposiciones del código.
Los ingenieros estructurales no consideraron las condiciones de soporte al modelar el techo del estadio. Debido a que la luz del techo era tan grande, el techo era susceptible al movimiento de los puntales.
El techo no se construyó de manera efectiva y la desalineación provocó tensiones adicionales en los elementos de soporte. La calidad del material, las propiedades de mano de obra y las pruebas preliminares del material estuvieron muy por debajo de las suposiciones estándar.
Los ingenieros estructurales no tomaron en cuenta la rigidez de los soportes, que es muy sensible para las estructuras de techo de gran luz. La complejidad de la estructura espacial era mayor. Por lo tanto, se requirió un análisis estructural detallado para preparar los planos de trabajo para la construcción del estadio. Sin embargo, los diseñadores no analizaron la estructura considerando la compleja geometría arquitectónica del estadio.
2.2 Causa del fallo
Los siguientes puntos explican las principales razones detrás del colapso del techo del Estadio Sultan Mizan Zainal Abidin:
- Los escombros en el sitio revelaron soldaduras defectuosas en los componentes de acero después de que fallara la estructura. Como resultado, hubo una falta de control de calidad durante la etapa de prefabricación.
- El apoyo temporal estaba mal diseñado. Por lo tanto, se aplicaron cargas de construcción adicionales a los soportes.
- No se realizaron controles internos sobre la resistencia de la estructura durante el proceso de construcción.
- El modelado del estadio no tuvo en cuenta los factores importantes de la velocidad del viento, la dirección del viento, el factor de riesgo y el factor de importancia.
- La orientación del estadio no se basó en las condiciones del terreno del sitio. Además, el estadio no fue diseñado para una carga de viento estrictamente especificada.
- El uso de materiales de baja calidad y un diseño deficiente redujeron el factor de seguridad general de la estructura.
- La incorporación de planes y estrategias mal concebidos y la implementación incorrecta de controles de calidad y sistemas de gestión por parte de la gerencia contribuyeron al colapso.
- Cuestioné las habilidades y competencias requeridas del gerente del proyecto y los miembros de su equipo. No estaban entrenados para manejar intentos de tal escala y complejidad.
Preguntas más frecuentes
Una estructura de marco de múltiples niveles (MLFS) tiene una enorme redundancia e incertidumbre estadística. Por lo tanto, no son propensos a fallas progresivas incluso después de que las partes individuales se hayan derrumbado. Sin embargo, la falla de un miembro crítico mientras se carga el servicio puede conducir a la falla progresiva de la estructura.
Como los miembros críticos están expuestos a mayores cargas de viento y nieve, las estructuras pueden experimentar fallas progresivas de manera similar. Por lo tanto, se deben utilizar factores de seguridad adicionales para miembros críticos para evitar fallas progresivas de la estructura.
El colapso de las estructuras de armazón de una sola capa (SLFS) puede iniciarse mediante el pandeo de un solo miembro. Por lo tanto, examinar la estabilidad personal es muy importante. Mostramos que SLFS es más sensible al pandeo que MLFS. Esto se debe a que las fuerzas se transmiten a través de una sola capa. El pandeo localizado de SLFS puede ser causado por el pandeo rápido de un miembro en regiones localizadas. Por otro lado, el pandeo global ocurre cuando se considera una región inestable más grande en la estructura cósmica.
En comparación con las estructuras ordinarias de columnas y vigas, las estructuras espaciales de largo alcance tienen un diseño impredecible y requieren reglas de diseño explícitas. Por lo tanto, es probable que produzca datos inexactos para los modelos matemáticos. Además, debido a su simplicidad, uniformidad de cuadrícula y redundancia, los ingenieros estructurales y los contratistas tienden a asumir su fuerza y estabilidad.
No hay reglas de procedimiento en el código principal para el diseño de estructuras de acero de gran luz, ya que el código asume el comportamiento de las estructuras de acero. La experiencia en planificación, diseño, construcción y montaje juega por tanto un papel fundamental para evitar el fracaso.
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