Fallo estructural

Archiu:Hopfallen lada vid Hörsne Gotland Sverige.jpg

Graner colapsat en Hörsne, Illa de Gotland, Suècia

En ingenieria, es parla d'un fallo estructural quan es produïx una situació que agota la capacitat resistent d'una estructura (entesa com un conjunt d'elements dissenyats per a soportar determinades càrregues, concepte en el que poden incloure's principalment edificacions i obres d'ingenieria civil, pero també tot tipo de vehículs, màquines o qualsevol classe d'objecte l'us del qual implique resistir determinades forces), causant la seua destrucció parcial o total, o que tinga que quedar fòra de servici.

Per la seua banda, la integritat estructural és la capacitat d'un element, ya siga un component estructural o una estructura que consta de molts components, de mantindre's unit quan és somés a càrregues (inclós el seu propi pes), sense trencar-se o deformar-se excessivament. Assegura que la construcció complirà la funció per a la que va ser dissenyada mentres se li done un us raonable durant tot el temps establit per a la seua vida útil. Dotar d'integritat estructural a un objecte fabricat o a una construcció permet evitar fallos catastròfics, que poden resultar en lesions, danys severs, morts i/o pèrdues monetàries.

Al fil de la definició anterior, un fallo estructural és la pèrdua de l'integritat estructural (o de la capacitat per a soportar càrregues) d'un component estructural o de la pròpia estructura. S'inicia quan un material se somet a esforços més allà del seu resistència de disseny, lo que provoca un trencament o una deformació excessiva.

En un sistema ben dissenyat, una fallo localisat no deuria causar un colapse immediat ni progressiu de tota l'estructura. l'estats llímit utilisat en el disseny estructural permet evaluar la resistència d'una estructura en el cas de que falle algun o alguns dels elements que la componen.

El estudi de l'integritat estructural i dels seus fallos inclou l'anàlisis de casos del passat per a previndre fallos en dissenys futurs.

Introducció

L'integritat estructural és la capacitat d'una estructura per a soportar la càrrega prevista sense fallar per trencaments, deformacions o fatiga. És un concepte que s'usa a sovint en ingenieria per a produir artículs que serviran per als propòsits dissenyats i seguiran sent funcionals durant el temps de vida útil desijat.

Per a construir un artícul en integritat estructural, un ingenier primer deu considerar les propietats mecàniques dels materials amprats, atenent al seu tenacitat, resistència, pes, durea i elasticitat, i després determinar el tamany i la forma necessaris per a que el material resistixca les càrregues esperables a lo manco durant la seua vida útil prevista. Ya que els elements d'una estructura no deuen trencar-se ni poden doblar-se excessivament, deuen conservar la seua rígidez i posseir una certa durea. Un material molt rígit pot resistir la flexión, pero a menos que siga lo suficientment resistent a esforços axials, pot ser que la seua secció tinga que ser molt gran per a soportar una càrrega sense trencar-se. Per un atre costat, un material altament elàstic es doblarà baix una càrrega inclús si la seua alta resistència evita el trencament.

L'integritat de cada component deu correspondre a la seua aplicació individual en qualsevol estructura portante. Per eixemple, els soports dels respals d'alguns tipos de ponts necessiten dispondre d'una elevada fluencia per a compensar les dilatació del tauler, mentres que els tornells que els subjecten necessiten una gran resistència al esforç tallant i una elevada tensió de trencament. D'igual forma, els molls requerixen materials en elevada elasticitat, pero la major part de les ferramentas deuen fabricar-se en materials d'una alta rigidea.

Ademés, tota l'estructura deu poder soportar les seues càrregues sense que fallen els seus elements més dèbils, ya que açò pot generar majors tensions en atres elements estructurals i donar lloc a un fallo en cadena.

Història

La necessitat de construir estructures resistent es remonta a temps molt remots. Les cases devien poder soportar el seu propi pes, més el pes dels habitants. Els castells devien estar fortificados per a resistir els assalts dels invasores. Les ferramentes devien ser lo suficientment fortes i resistents per a realisar eficaçment el seu treball. No obstant, la ciència de la mecànica de la fractura tal com es coneix hui no es va desenrollar fins a la década de 1920, quan Alan Arnold Griffith va estudiar la fractura fràgil del vidre.

A partir de la década de 1940, els desastrosos fallos causats per algunes tecnologies noves varen fer necessari amprar un método més científic per a analisar els fallos estructurals. Durant la Segona Guerra Mundial, més de 200 barcos d'acer soldat es varen partir per la mitat degut problemes de fractura fràgil, causada per les tensions creades pel procés de soldadura, els canvis de temperatura i per la concentració de tensions en els cantons en àngul recte dels mamparos. En la década de 1950, varis avions De Havilland DH.106 Comet varen explotar en ple vol per les concentracions de tensió en els cantons de les seues finestres quadrades, lo que va provocar la formació de clavills i l'explosió de les cabines presurizadas. Les explosiones de calderes, causades per fallos en les seues cambres presurizadas, varen anar un atre problema comú durant esta época i varen causar en ocasions danys considerables. El tamany cada volta major dels ponts i els edificis va provocar catàstrofe i pèrdues de vides encara majors. Esta necessitat d'assegurar l'integritat estructural de les construccions va donar lloc a grans alvanços en els camps de les ciències dels materials i la mecànica de la fractura.