Conocimientos importantes sobre la tipología de la descomposición progresiva

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El colapso progresivo de una estructura se define como la extensión de falla localizada inicial de un elemento estructural que finalmente resulta en el colapso de toda la estructura o una gran parte de ella. Este tipo de colapso se produce de manera desproporcionada. Por lo tanto, también se le llama colapso desproporcionado.

Las dos razones principales del colapso progresivo son los errores de diseño o construcción y las condiciones de carga extremas. El colapso progresivo de estructuras se clasifica principalmente en cinco tipos diferentes según el evento desencadenante y el colapso resultante de la estructura.

Este artículo describe diferentes modos de colapso progresivo. Los colapsos de cremallera, dominó, inestabilidad, panqueque, tipo sección y tipo mixto se clasifican según el tipo de estructura y el evento iniciador.

Diferentes tipos de deterioro progresivo

El colapso progresivo se entiende como una falla de todo el sistema debido al desequilibrio, pero el estado final de colapso de una estructura puede ocurrir de varias maneras. Los diferentes tipos de colapso progresivo son:

1. tipo panqueque
2. tipo de cremallera
3. forma de dominó
4. tipo de sección
5. Inestable
6. tipo mixto

1. Colapso de panqueques

Un ejemplo famoso de colapso panqueque es el colapso progresivo de las torres del World Trade Center (WTC). El avión impactó contra la estructura, provocando un incendio y falla localizada en el punto de impacto. La pérdida de capacidad de carga vertical ocurrió en varios pisos y luego se extendió a lo largo de la sección transversal de la torre.

Con el tiempo, la parte superior de la estructura comenzó a moverse hacia abajo, acumulando energía cinética. Las colisiones entre la parte superior del edificio y la parte inferior aún intacta de la estructura produjeron grandes fuerzas de impacto que excedieron la capacidad de reserva de la estructura. Esto finalmente resultó en una pérdida total de apoyo en el área de impacto. Esta falla progresó y resultó en un colapso total.

Por lo tanto, las características del colapso del panqueque son:

1. El colapso del panqueque es causado por la falla prematura de los elementos de soporte verticales.
2. Los componentes de construcción pueden desacoplarse parcial o completamente y quedar sujetos al movimiento vertical de un cuerpo rígido.
3. Durante este decaimiento, la energía potencial se convierte en energía cinética.
4. Caída o separación de elementos estructurales afecta al resto de la estructura. Las cargas de impacto de los elementos estructurales que caen conducen a la falla de los elementos de carga verticales.
5. Los efectos anteriores se combinan para promover el colapso vertical.

2. Plegado tipo cremallera

Los colapsos tipo cremallera son causados ​​por la falla prematura de uno o más elementos de tensión en la estructura. Esta falla es común en caso de ruptura repentina de un cable en un puente o falla de uno o más anclajes en un muro de contención.

El plegado tipo cremallera presenta las siguientes características:

1. El colapso tipo cremallera es causado por la falla temprana de uno o más elementos estructurales.
2. Cuando un elemento falla, las fuerzas se redistribuyen a los elementos estructurales restantes.
3. La falla prematura de los elementos estructurales provoca cargas de choque. El resto de la estructura exhibe una respuesta dinámica a esta carga de choque.
4. La acción combinada de efectos estáticos y dinámicos concentra las fuerzas de los elementos.
5. La concentración de fuerza provoca la falla de elementos similares en tipo y función a la falla de elementos fallados adyacentes o cercanos.
6. El colapso procede en direcciones a través de las fuerzas principales presentes en el elemento roto.

Algunos casos que demuestran colapso tipo cremallera son:

1. La falla de las vigas continuas durante la flexión conduce a la sobrecarga y falla de los tramos adyacentes.
2. En una viga continua sostenida por dos columnas delgadas, el pandeo de una columna sobrecargará la columna adyacente. Esto hace que las columnas adyacentes se pandeen.

3. Colapso del dominó

Un colapso en forma de dominó tiene una característica diferente a los tipos de colapso descritos anteriormente, es el derrocamiento de un elemento individual y la acción de propagación tiende a hacer que el siguiente elemento falle.

Las características clave de un colapso de dominó son:

1. Un colapso de dominó comienza al voltear uno de los elementos.
2. El elemento cae con un movimiento rígido angular alrededor del borde inferior.
3. En este decaimiento, la energía potencial se convierte en energía cinética.
4. Este colapso hace que el borde superior de un elemento choque lateralmente con el lado de un elemento adyacente. Esta fuerza de empuje horizontal da como resultado la inclinación y el movimiento del elemento de influencia. Por lo tanto, este efecto tiene orígenes estáticos y dinámicos.
5. Las cargas horizontales de los elementos que impactan provocan el vuelco de los elementos adyacentes. Esto provoca un colapso progresivo en la dirección de la caída.

Los derrumbes en cadena de torres de alta tensión son un ejemplo común de un derrumbe de dominó.

4. Colapso del tipo de sección

El colapso de tipo sección se puede ilustrar considerando el ejemplo de una viga en flexión o una barra bajo tensión axial. Cuando se corta este elemento, las fuerzas internas de esta área se transfieren a la sección transversal restante. Es un tipo de fractura rápida, no un tipo de colapso progresivo. Sin embargo, se incluye para estudiar sus aportes, similitudes y analogías. Para el colapso tipo cremallera observado en redes de cable, estructuras de membrana o puentes de cable, la analogía entre colapso progresivo y tipo sección es más apropiada.

5. Colapso inestable

Los colapsos inestables son causados ​​por pequeños defectos y cargas laterales. Las estructuras generalmente se diseñan para eliminar los problemas de inestabilidad.

Por ejemplo, si falla un elemento de arriostramiento, todo el sistema puede colapsar. Son más comunes en estructuras de vigas o armaduras donde se utilizan sistemas de arriostramiento. Otro ejemplo común es la falla del refuerzo de la placa que provoca inestabilidad localizada y falla de la placa de compensación. Esto provocará un colapso global.

Las características clave de la descomposición inestable son:

1. Una falla temprana del elemento inicia una descomposición inestable. Estos son los elementos que estabilizan los elementos portantes durante la compresión.
2. Esta falla temprana es la causa de la inestabilidad del elemento durante la compresión. Estas pequeñas deformaciones provocan el fallo repentino de estos elementos inestables.
3. Estas fallas explican en última instancia las fallas en curso.

6. Decaimiento mixto

El decaimiento de tipo mixto es una combinación de diferentes tipos de decaimiento mencionados anteriormente. En estructuras tales como edificios, el colapso progresivo ocurre a través de una combinación de colapsos tipo panqueque, dominó, cremallera y colapsos inestables. Aquí, el pandeo de columnas en estructuras de marcos continuos debido a la sobrecarga es un colapso tipo cremallera. La falla progresiva puede conducir a la desestabilización del elemento, que es característica del colapso inestable.

En general, los colapsos tipo cremallera y tipo sección se pueden clasificar en la clase de redistribución, y los colapsos tipo panqueque y tipo dominó, que convierten la energía potencial en energía cinética, se pueden clasificar en la clase de impacto. Los colapsos de tipo mixto e inestable tienen cada uno sus propias características y no muestran las mismas características que otros tipos.

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