PATOLOGÍA DE LA EDIFICACIÓN 33

DAÑOS A ELEMENTOS ESTRUCTURALES POR ESFUERZO RASANTE

1.- GENERALIDADES INTRODUCCIÓN

Continuando con los esfuerzos que pueden actuar sobre los distintos elementos estructurales vamos a analizar el esfuerzo rasante. Las tensiones rasantes son provocadas por fuerzas que van en dirección de las fibras y mantienen unidas las moléculas en dirección de la fibra neutra, son iguales en módulo y de sentido contrario a las fuerzas cortantes que ya vimos en fichas anteriores (Patologías de la Edificación 30 y 31).

A esta solicitación tangencial están sometidos elementos tales como: piezas de

hormigón prefabricadas, juntas entre hormigones diferentes, uniones ala-alma-secciones cajón, uniones hormigón-acero (estructuras mixtas), etc.

En edificación es frecuente el uso de piezas con secciones compuestas, es decir,

aquellas que están formadas por la conexión entre parte prefabricada y parte hormigonada “in situ”, teniendo ambos hormigones diferente edad así como distinta resistencia a los 28 días. Para que una pieza de este tipo funcione adecuadamente ambos hormigones han de tener capacidad para trabajar unidos. Es el caso de los forjados con piezas prefabricadas, por la unión del hormigón de las viguetas prefabricadas y el hormigón vertido “in situ”.

Otro caso significativo se da en la unión de las vigas principales a la chapa en los

sistemas de forjados compuestos de chapa colaborante a través de los conectores fijados a tal fin, donde es imprescindible conseguir una adherencia entre el acero y el hormigón superior al esfuerzo rasante de solicitación.

Fig. 2.- Sistema de Forjado Compuesto (chapa colaborante)

2.- DESCRIPCIÓN DE LOS DAÑOS

En el caso de piezas compuestas que trabajan a flexión se forma una fisura a lo largo

de la superficie de contacto, por un deslizamiento de un plano sobre el otro, dependiendo de éstas se considerará la resistencia a flexión la de la pieza compuesta o la de la suma de las dos piezas simples.

Fig. 2.- Fallos de esfuerzo rasante en pieza compuesta: en el primer caso, resistencia a flexión de la

pieza compuesta y en el segundo corresponde a la suma de la resistencia de las dos piezas simples.

En elementos sometidos a flexión simple, se presentan dos tipos de unión entre el hormigón de la pieza prefabricada y el hormigón “in situ”:

o unión frágil, cuando no se dispone de armadura transversal o es de muy baja

cuantía. La rotura de la adherencia de los dos hormigones se presenta de forma repentina, con un deslizamiento entre ambos muy pequeño. En el caso de que las juntas entre hormigones no tuvieran armadura de cosido o con una cuantía muy baja, la sección agotará su resistencia a rasante (si no existen tensiones normales al plano de la junta) una vez rota la adhesión entre los hormigones de la junta.

o unión dúctil, en caso de cuantías apreciables de armadura transversal. Si las piezas disponen de suficiente armadura transversal el fallo podría producirse por excesiva tracción o compresión diagonal en vez de por deslizamiento a lo largo de la superficie de contacto. Si las juntas poseen armadura, la solicitación transversal producirá un corrimiento relativo de sus caras, separándolas y provocando tracción en las armaduras que cosen la junta y compresión en la superficie de contacto, lo cual permite que se transmitan tensiones tangenciales de una cara a otra.

Fig. 3.- Fallo por esfuerzo rasante en piezas con suficiente armadura transversal (unión dúctil). Un ejemplo de rotura frágil son las fisuras horizontales en el extremo de la vigueta que

pueden continuar hasta el centro de la luz por el esfuerzo rasante y si no dispone de armadura transversal que se oponga puede llegar a seccionar la vigueta.

Fig. 4.- Fisura horizontal en vigueta.

La falta de resistencia a rasante, puede ocasionar el colapso del forjado. Debido a la falta de unión entre las viguetas y el hormigón del forjado puede aparecer

una fisura con abertura constante de tabique en sentido transversal a las viguetas. En los muros de contención donde aparecen juntas de hormigonado debido al

esfuerzo rasante se podrían producir roturas entre la unión de la puntera con el muro. En los muros de fábrica de ladrillo también puede darse este esfuerzo, que se

produciría a lo largo de los planos de junta en aquellos muros que están sometidos a cargas verticales reducidas y tensiones horizontales fuertes en la dirección longitudinal del muro. Se presenta en los arranques de arcos sobre los extremos de un muro o en muros con aberturas.

3.- ORÍGEN DE LOS DAÑOS

En el caso de viguetas, las fisuras pueden estar provocadas por rotura en cabeza de pilar por golpes o por que no queden unidas las viguetas con el hormigón de la capa de compresión. La falta de compatibilidad entre vigueta y bovedilla lleva en muchas ocasiones a que el espacio entre el alma de la vigueta y los laterales de las bovedillas sea prácticamente inexistente, lo que conlleva a que en fase de hormigonado, el hormigón no pueda rodear a la vigueta, quedando éstas sustentadas tan solo por la capa de compresión y no teniendo resistencia alguna frente a esfuerzo rasante, lo que puede llegar a ocasionar el colapso del forjado.

Fig. 5.- Obstrucción del hormigón por falta de holgura entre vigueta-bovedilla

En el caso de los muros de contención, por una deficiente unión en la junta de hormigonado entre el muro y la cimentación al actuar el empuje activo de las tierras se produce la rotura.

4.- PREVENCIÓN DE DAÑOS

Garantizar un comportamiento adecuado de los forjados parcialmente prefabricados, en el que aparecen viguetas prefabricadas junto a hormigones es conseguir que la conexión entre la pieza prefabricada y el hormigón “in situ” sea capaz de transferir las tensiones rasantes derivadas del trabajo conjunto de la sección.

En el caso de forjados con viguetas pretensadas, ya que éstas no suelen ir provistas de elementos de enlace (celosías) que colaboran en la transmisión de rasante, deberá confiarse esta transmisión a las condiciones de la superficie de contacto entre los dos hormigones. Las tensiones que pueda transmitir la junta dependerán de las condiciones de ejecución del forjado (limpieza y humedad de la superficie de contacto previamente al hormigonado, compactación del hormigón, etc.) así como de las características superficiales del elemento prefabricado.

Según la EFHE tanto en forjados con viguetas armadas o pretensadas, como forjados

de losas alveolares pretensadas con losa superior hormigonada en obra debe verificarse la tensión rasante que solicita la junta entre el elemento prefabricado y el hormigón vertido en obra (cumpliendo con la normativa, EHE).

El perímetro crítico (que delimita la superficie en contacto de los diferentes hormigones)

frente a rasante deberá comprobarse según la geometría de la pieza de aligeramiento, que es la que lo condiciona; en el caso de las viguetas armadas o pretensadas sin armadura de conexión éstas pueden estar engarzadas en cola de milano.

Fig. 6.- Perímetro de contacto entre hormigones (EFHE).

Las tensiones rasantes van a depender de la rugosidad de la pieza prefabricada, de la resistencia más débil de los dos hormigones y de la cantidad y posición de la armadura transversal, para ellos los fabricantes de viguetas comprueban los esfuerzos rasantes dando a los fabricados la superficie lateral (se debe controlar la rugosidad alcanzada en el hormigón prefabricado) y la armadura transversal necesarias para evitar el fallo en este sentido.

Deberá controlarse la recepción de las piezas prefabricadas, para que las superficies

en contacto estén libres de polvo y suciedad, y el estado de saturación de las superficies de contacto. Según la rugosidad tenemos los siguientes tipos de uniones: - con rugosidad alta:

o encofrado del hormigón fresco con tela metálica u hojalata desplegada o rascado del hormigón fresco en sentido transversal a la dirección del esfuerzo o apisonando superficialmente el hormigón después de vibrado con metal

desplegado o malla metálica tupida o la obtenida por simple vibración interna del hormigón impidiendo la entrada de

lechada en la superficie o tratamiento chorro arena-agua que deje el árido grueso a la vista o almenado o encastillado en la pieza prefabricada en dirección perpendicular al

esfuerzo rasante o en semiviguetas la rugosidad obtenida con máquina “ponedora”, siempre que el

perfil de la vigueta presente el alma en cola de milano y la superficie abierta y rugosa

- con rugosidad baja:

o por técnicas de extrusión o cepillado del hormigón fresco sin perturbar la adherencia árido grueso-mortero. o en el caso de semiviguetas en forma de T invertida la rugosidad obtenida con

máquina “ponedora” si el perfil no cumple las condiciones de la superficie de rugosidad alta, pero la superficie queda abierta y rugosa

Para juntas de hormigones vertidos en dos fases, la clasificación de la superficie se

aplica a la superficie sobre la que se vierte el hormigón de segunda fase. En el caso de los forjados de chapa colaborante la resistencia a esfuerzo rasante va

a depender de los conectores o pernos de anclaje: número, separación, etc. Para evitar las roturas de los muros de carga de fábrica de ladrillo por esfuerzo rasante es necesaria una buena adherencia entre piezas y mortero así como la aplicación de cargas verticales que aumenten el rozamiento y por tanto dificulten el deslizamiento horizontal. Bibliografía: Instrucción del Hormigón Estructural. EHE Instrucción para el proyecto y ejecución de forjados unidireccionales de hormigón estructural realizados con elementos prefabricados. EFHE. “Cálculo, construcción, patología y rehabilitación de forjados de edificación”. J. Calavera. “Diagnosis y causas en patologías de la edificación ”. Manuel Muñoz Hidalgo. Artículo Forjados (Internet). Luis Vega Catalán. Master en Estructuras de la Edificación. Curso de Especialidad en Estructuras hormigón armado y Curso de Especialidad en Cálculo Estructural.