Daños en elementos estructurales horizontales: vigas y forjados

PATOLOGÍA DE LA EDIFICACIÓN

DAÑOS EN ELEMENTOS ESTRUCTURALES HORIZONTALES: Vigas y Forjados

Jose M. [email protected]

Daños en elementos horizontales

1. Primeros días del hormigón2. Hormigón endurecido3. Estado límite de servicio4. Estado límite último5. Bibliografía

INDICE


PORCENTAJE DE FALLOS SEGÚN EL TIPO DE ELEMENTO ESTRUCTURAL

CIMENTACIONES4% PILARES

17%

VIGAS25%FORJADOS

20%

TABIQUES12%

CERRAMIENTOS12%

OTROS10%

Fuente: GEHO (1992)

Daños en elementos horizontales BIBLIOGRAFÍAE. L. ULTIMOE. L. SERVICIOH. ENDURECIDOPRIMEROS DIAS


ASIENTO PLÁSTICO

Debido a la exudación

3 primeras horas

Fisuras amplias y poco profundas

Nunca se puede evitar al 100%

1. PRIMEROS DÍAS DEL HORMIGÓN

BIBLIOGRAFÍAE. L. ULTIMOE. L. SERVICIOH. ENDURECIDOPRIMEROS DIAS Daños en elementos horizontales

ASIENTO PLÁSTICO


BIBLIOGRAFÍAE. L. ULTIMOE. L. SERVICIOH. ENDURECIDOPRIMEROS DIAS


RETRACCIÓN PLÁSTICA

Evaporación rápida de agua exudada

Peligro si:Hormigonado con viento, clima seco y época calurosaCurado inadecuado

Fisuras amplias y poco profundas

Sobretodo en elementos superficiales (pavimentos, forjados, muros, etc.)

Durante las 6 primeras horas



RETRACCIÓN PLÁSTICA


Losa postesa Solera de un depósito



FISURACIÓN EN MAPA

Fisuración superficial (profund. máx 1 cm)1 y 15 días a partir del hormigonadoProducida por gradientes de humedadClimas seco tensiones superficiales



CIMBRADO-ENCOFRADO




CIMBRADO-ENCOFRADO


2000 Commonwealth Avenue (1971)



CIMBRADO-ENCOFRADO




CIMBRADO-ENCOFRADO




CIMBRADO-ENCOFRADO




EJECUCIÓN – SEPARACIÓN DE ARMADURAS



Daños en elementos horizontales BIBLIOGRAFÍAE. L. ULTIMOE. L. SERVICIOPRIMEROS DIAS H. ENDURECIDO


2. FASE ENDURECIDA

RETRACCIÓN HIDRÁULICA

Disminución de volumen del hormigón endurecidoDebido a reacciones químicas y reducción de humedadFisuras finas (0.05 a 0.3 mm), pero profundas

BIBLIOGRAFÍAE. L. ULTIMOE. L. SERVICIOPRIMEROS DIAS H. ENDURECIDO Daños en elementos horizontales

2. FASE ENDURECIDA

RETRACCIÓN HIDRÁULICA

BIBLIOGRAFÍAE. L. ULTIMOE. L. SERVICIOPRIMEROS DIAS H. ENDURECIDO

Capa de compresión de forjado unidireccional

Viga con corte brusco de armaduras


2. FASE ENDURECIDA

Deformaciones impuestas – FLUENCIA

Deformación en el hormigón a tensión constanteCausa de las flechas diferidas


2. FASE ENDURECIDA

Deformaciones impuestas – VARIACIONES TÉRMICAS

Fisuras por coacción de movimientosNecesidad de juntas de dilatación


basement wallbasement wallbeambeam columnone-way floor slab

entranceentrance

street

ground floor

basement

roof

neighboring building


2. FASE ENDURECIDA

Deformaciones impuestas – VARIACIONES TÉRMICAS


Grieta 1

Armadura corroída


2. FASE ENDURECIDA

Deformaciones impuestas – ASIENTOS DEL TERRENO



2. FASE ENDURECIDA

Deformaciones impuestas – ASIENTOS DEL TERRENO


2. FASE ENDURECIDA

Deformaciones impuestas – ASCENSOS DEL TERRENO

Posibles causas:

Inyecciones en el terreno, suelos expansivos, etc.



2. FASE ENDURECIDA

Deformaciones impuestas – EDIFICIOS CON NÚCLEO CENTRAL


Mayor nivel de tensiones en pilares que en núcleos


2. FASE ENDURECIDA

ATAQUES QUÍMICOS AL HORMIGÓN

Se precisa: Mecanismo de transporte de la sustancia agresiva a la reactivaHumedadTemperatura. ∆T de 10ºC Vreaccion x 2

CARBONATACIÓNPenetración de CO2 (atmósfera) en el hormigónReacción con cal libre del cementoReducción del pH de 13 a 9Armaduras no protegidas


Ensayo con fenolftaleina


2. FASE ENDURECIDA


DEGRADACIÓN DEL CEMENTO ALUMINOSO

Ventajas del cemento aluminoso:Resistencia a sulfatosResistencia a altas temperaturasEndurecimiento muy rápido

Empleado para elementos prefabricados(años 50-60)


2. FASE ENDURECIDA



Problemas:Conversión cristalina de los aluminatos (baja la resistencia)Incremento de la porosidadCarbonatación (se acelera)


2. FASE ENDURECIDA



EH-73 condiciona el empleo de cemento aluminosoAccidente de Turó de la Peira (Barcelona)


2. FASE ENDURECIDA

CORROSIÓN DE LAS ARMADURAS

Carácter protector del hormigón:

Reacción O2 del hormigón con el acero PasivaciónRecubrimiento denso, de suficiente espesor, de carácter básico y baja porosidad

Si aparece corrosión: Acero aumenta su volumen



2. FASE ENDURECIDA


ATAQUE POR FUEGO


2. FASE ENDURECIDA


ATAQUE POR FUEGO

Efectos sobre el hormigón


2. FASE ENDURECIDA


ATAQUE POR FUEGO

Adherencia acero-hormigón Deformaciones impuestas

Daños en elementos horizontales BIBLIOGRAFÍAE. L. ULTIMOPRIMEROS DIAS H. ENDURECIDO E. L. SERVICIO


3. ESTADO LÍMITE DE SERVICIO

FISURACIÓN

Fisuras no estructurales Debidas al comportamiento de los materiales constituyentes del hormigón

Estado plástico:Asiento plásticoRetracción plástica

Estado endurecido:Retracción hidráulicaFisuración en mapa

BIBLIOGRAFÍAE. L. ULTIMOPRIMEROS DIAS H. ENDURECIDO E. L. SERVICIO Daños en elementos horizontales


FISURACIÓN

Fisuras estructurales

a) Alargamiento de la armadurab) Tensiones de tracción en hormigónc) Compresión excesiva en hormigón

BIBLIOGRAFÍAE. L. ULTIMOPRIMEROS DIAS H. ENDURECIDO E. L. SERVICIO



FISURACIÓN





FISURACIÓN






FISURACIÓN

Riesgos derivados de la fisuración:

Corrosión de armaduras(limitación ancho de fisuras)Riesgo estéticoRiesgo psicológico


0.1IIIc, Qa, Qb, QcDescompresion0.2IIIa, IIIb, IV, F0.20.3IIa, IIb, H0.20.4IHPHA

wmax (mm)Exposición



DEFORMACIONES

Flechas excesivas. Dificultan evacuación de agua en cubiertas




DEFORMACIONES

Flechas excesivas. Riesgos para tabiquerías y cerramientos


Viga/forjado más deformable

(1) (2) (3)



DEFORMACIONES

Flechas excesivas. Riesgos para tabiquerías y cerramientos




DEFORMACIONES

Daños poco numerosos hasta 1960. Frecuentes hoy en día

CAUSAS:

Aumento de las luces de proyecto (4.5/5 m en 1960; 6/7 m actualmente)Empleo de acero de alta resistencia (reducción de la inercia equiv.)Reducción de coeficientes de seguridad (teoría de estados límites)Errores (cálculo de la flecha diferida, empleo del momento de inercia de la sección bruta, limitaciones de flechas…)Cambios en la disposición de tabiquerías (tendencia a plantas bajas exentas)Empleo de vigas planas en lugar de vigas de canto



VIBRACIONES

Tacoma Narrows Bridge (1940)Colapso con vientos de 65 km/h. Diseñado para una velocidad 3 veces superior




VIBRACIONES

Millenium Bridge(Londres, 2000)

Inaugurado: 10 Jun

Cerrado: 12 Jun

Re-abierto: 22 Feb 2002



VIBRACIONES

Puentes existentes Trenes de alta velocidadVanos isostáticos con L= [10-25] m




VIBRACIONES

Frecuencia critica para el movimiento de personas (CEB 1991)

Gimnasios y edificios deportivos 8.0 HzSalas de baile y de concierto (sin asientos fijos) 7.0 HzSalas de concierto (con asientos fijos) 3.4 Hz

Estructuras para peatones y ciclistasEvitar frecuencias entre 1.6 y 2.4 Hz, y entre 3.5 y 4.5 Hz

Estructuras para corredores a pieEvitar frecuencias entre 2.4 y 3.5 Hz

BIBLIOGRAFÍAE. L. ULTIMOPRIMEROS DIAS H. ENDURECIDO E. L. SERVICIO Daños en elementos horizontales BIBLIOGRAFÍAPRIMEROS DIAS H. ENDURECIDO E. L. SERVICIO E. L. ULTIMO


4. ESTADO LÍMITE ÚLTIMO

TRACCIÓN SIMPLE

Ancho variable pero idéntico en todas las fisurasSeparación entre fisuras constante

BIBLIOGRAFÍAPRIMEROS DIAS H. ENDURECIDO E. L. SERVICIO E. L. ULTIMO

Tirante de HA



FLEXIÓN SIMPLECuantía de armadura reducida Rotura frágil




FLEXIÓN SIMPLECuantía de armadura “habitual” Plastificación del acero

BIBLIOGRAFÍAPRIMEROS DIAS H. ENDURECIDO E. L. SERVICIO E. L. ULTIMO Daños en elementos horizontales


FLEXIÓN SIMPLECuantía de armadura “excesiva” Cabeza comprimida (no plastifica la

armadura)




CORTANTE

Formas de agotamientoTracción diagonal del hormigónAgotamiento armadura transversalAnclaje armadura transversalCompresiones excesivas


Escasez armadura transversal Compresión en la biela



CORTANTE




RASANTEForjados de viguetas



RASANTE

Forjados de chapa colaborante




PUNZONAMIENTO



PUNZONAMIENTO


Armadura de punzonamiento



PUNZONAMIENTO

Posición del pilar y presencia de huecos



PUNZONAMIENTO




TORSIÓN



TORSIÓN

Torsión de compatibilidad Torsión de equilibrio




TORSIÓN

La rigidez a torsión es muy sensible a la fisuración (> que flexión)Una fisuración inapreciable reduce drásticamente la rigidez a torsión



TORSIÓN




TORSIÓN



ADHERENCIA

Alteración de la adherencia


0

20

40

60

80

100

Barra recien laminada Con liquidodesencofrante Desencofrante



ANCLAJE



SOLAPO

Armadura a tracción




INESTABILIDAD


Inestabilidad lateral en viguetas prefabricadas

Daños en elementos horizontales PRIMEROS DIAS H. ENDURECIDO E. L. SERVICIO E. L. ULTIMO BIBLIOGRAFÍA


5. BIBLIOGRAFÍAAdam JM, Pallarés FJ. Learning from Structural Failures. Special issue – EngineeringStructures. Elsevier, Oxford, UK; 2010Akesson B. Understanding bridge collapes. Taylor & Francis. London; 2008Calavera J. Patología de estructuras de hormigón armado y pretensado. Intemac. Madrid; 2005Calavera J, González E, Cano JL, Díaz J, Fernández J, Ley J, Izquierdo JM. El incendio del edificio Windsor en Madrid. Investigación del comportamiento al fuego y de la capacidad resistente residual de la estructura tras el incendio. Intemac. Madrid; 2005CEB. Vibration problems in structures. Bulletin d´Information no. 209; 1991Dallard P, Fitzpatrick AJ, Flint A, Le Bourva S, Low A, Risdill RM, Willford M. The LondonMillenium Footbridge. The Structural Engineer 2001; 7(22): 17-33Delatte. Beyond Failure. American Society of Civil Engineers. Reston, Virginia, USA; 2009Fernández M. Patología y terapéutica del hormigón armado. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid; 1994Martinez-Rodrigo MD. Atenuación de vibraciones resonantes en puentes de ferrocarril de Alta Velocidad mediante amortiguadores fluido-viscosos. Tesis Doctoral. Universidad Politécnica de Valencia; 2009 Muñoz M. Conceptos y patología en la edificación. Edita el autor. Sevilla; 1988Regalado F. Los forjados reticulares: Diseño, análisis, construcción y patología. CYPE Ingenieros. Alicante; 2003

PRIMEROS DIAS H. ENDURECIDO E. L. SERVICIO E. L. ULTIMO BIBLIOGRAFÍA PATOLOGÍA DE LA EDIFICACIÓN

DAÑOS EN ELEMENTOS ESTRUCTURALES HORIZONTALES: Vigas y Forjados

Jose M. [email protected]

Documents

Daños en elementos estructurales horizontales: vigas y forjados