DAÑOS EN ELEMENTOS ESTRUCTURALES HORIZONTALES: Vigas y Forjados

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1 PATOLOGÍA DE LA EDIFICACIÓN INDICE DAÑOS EN ELEMENTOS ESTRUCTURALES HORIZONTALES: Vigas y Forjados 1. Primeros días del hormigón 2. Hormigón endurecido 3. Estado límite de servicio 4. Estado límite último 5. Bibliografía Jose M. Adam joadmar@cst.upv.es PORCENTAJE DE FALLOS SEGÚN EL TIPO DE ELEMENTO ESTRUCTURAL CERRAMIENTOS 12% OTROS 10% CIMENTACIONES 4% PILARES 17% TABIQUES 12% FORJADOS 20% VIGAS 25% Fuente: GEHO (1992)

2 ASIENTO PLÁSTICO ASIENTO PLÁSTICO Debido a la exudación 3 primeras horas Fisuras amplias y poco profundas Nunca se puede evitar al 100% RETRACCIÓN PLÁSTICA RETRACCIÓN PLÁSTICA Evaporación rápida de agua exudada Peligro si: Hormigonado con viento, clima seco y época calurosa Curado inadecuado Fisuras amplias y poco profundas Sobretodo en elementos superficiales (pavimentos, forjados, muros, etc.) Durante las 6 primeras horas Losa postesa Solera de un depósito

3 FISURACIÓN EN MAPA CIMBRADO-ENCOFRADO Fisuración superficial (profund. máx 1 cm) 1 y 15 días a partir del hormigonado Producida por gradientes de humedad Climas seco tensiones superficiales CIMBRADO-ENCOFRADO CIMBRADO-ENCOFRADO 2000 Commonwealth Avenue (1971)

4 CIMBRADO-ENCOFRADO CIMBRADO-ENCOFRADO EJECUCIÓN SEPARACIÓN DE ARMADURAS

5 RETRACCIÓN HIDRÁULICA RETRACCIÓN HIDRÁULICA Disminución de volumen del hormigón endurecido Debido a reacciones químicas y reducción de humedad Fisuras finas (0.05 a 0.3 mm), pero profundas Capa de compresión de forjado unidireccional Viga con corte brusco de armaduras Deformaciones impuestas FLUENCIA Deformación en el hormigón a tensión constante Causa de las flechas diferidas Deformaciones impuestas VARIACIONES TÉRMICAS Fisuras por coacción de movimientos Necesidad de juntas de dilatación neighboring building roof street ground floor basement one-way floor slab beam column basement wall entrance

6 Deformaciones impuestas VARIACIONES TÉRMICAS Deformaciones impuestas ASIENTOS DEL TERRENO Grieta 1 Armadura corroída Deformaciones impuestas ASIENTOS DEL TERRENO Deformaciones impuestas ASCENSOS DEL TERRENO Posibles causas: Inyecciones en el terreno, suelos expansivos, etc.

7 Deformaciones impuestas EDIFICIOS CON NÚCLEO CENTRAL ATAQUES QUÍMICOS AL HORMIGÓN Se precisa: Mecanismo de transporte de la sustancia agresiva a la reactiva Humedad Temperatura. T de 10ºC Vreaccion x 2 Mayor nivel de tensiones en pilares que en núcleos CARBONATACIÓN Penetración de CO2 (atmósfera) en el hormigón Reacción con cal libre del cemento Reducción del ph de 13 a 9 Armaduras no protegidas Ensayo con fenolftaleina DEGRADACIÓN DEL CEMENTO ALUMINOSO Ventajas del cemento aluminoso: Resistencia a sulfatos Resistencia a altas temperaturas Endurecimiento muy rápido Empleado para elementos prefabricados (años 50-60) DEGRADACIÓN DEL CEMENTO ALUMINOSO Problemas: Conversión cristalina de los aluminatos (baja la resistencia) Incremento de la porosidad Carbonatación (se acelera)

8 DEGRADACIÓN DEL CEMENTO ALUMINOSO EH-73 condiciona el empleo de cemento aluminoso Accidente de Turó de la Peira (Barcelona) CORROSIÓN DE LAS ARMADURAS Carácter protector del hormigón: Reacción O2 del hormigón con el acero Pasivación Recubrimiento denso, de suficiente espesor, de carácter básico y baja porosidad Si aparece corrosión: Acero aumenta su volumen ATAQUE POR FUEGO ATAQUE POR FUEGO Efectos sobre el hormigón

9 ATAQUE POR FUEGO Adherencia acero-hormigón Deformaciones impuestas FISURACIÓN Fisuras no estructurales Debidas al comportamiento de los materiales constituyentes del hormigón Estado plástico: Asiento plástico Retracción plástica FISURACIÓN Fisuras estructurales a) Alargamiento de la armadura b) Tensiones de tracción en hormigón c) Compresión excesiva en hormigón Estado endurecido: Retracción hidráulica Fisuración en mapa

10 FISURACIÓN Fisuras estructurales a) Alargamiento de la armadura b) Tensiones de tracción en hormigón c) Compresión excesiva en hormigón FISURACIÓN Fisuras estructurales a) Alargamiento de la armadura b) Tensiones de tracción en hormigón c) Compresión excesiva en hormigón FISURACIÓN Riesgos derivados de la fisuración: DEFORMACIONES Flechas excesivas. Dificultan evacuación de agua en cubiertas Corrosión de armaduras (limitación ancho de fisuras) Riesgo estético Riesgo psicológico I Exposición IIa, IIb, H IIIa, IIIb, IV, F IIIc, Qa, Qb, Qc HA wmax (mm) HP Descompresion

11 DEFORMACIONES Flechas excesivas. Riesgos para tabiquerías y cerramientos DEFORMACIONES Flechas excesivas. Riesgos para tabiquerías y cerramientos (1) (2) (3) Viga/forjado más deformable DEFORMACIONES VIBRACIONES Daños poco numerosos hasta 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 Tacoma Narrows Bridge (1940) Colapso con vientos de 65 km/h. Diseñado para una velocidad 3 veces superior

12 VIBRACIONES VIBRACIONES Millenium Bridge (Londres, 2000) Inaugurado: 10 Jun Cerrado: 12 Jun Re-abierto: 22 Feb 2002 Puentes existentes Trenes de alta velocidad Vanos isostáticos con L= [10-25] m VIBRACIONES Frecuencia critica para el movimiento de personas (CEB 1991) Gimnasios y edificios deportivos Salas de baile y de concierto (sin asientos fijos) Salas de concierto (con asientos fijos) 8.0 Hz 7.0 Hz 3.4 Hz Estructuras para peatones y ciclistas Evitar frecuencias entre 1.6 y 2.4 Hz, y entre 3.5 y 4.5 Hz Estructuras para corredores a pie Evitar frecuencias entre 2.4 y 3.5 Hz

13 TRACCIÓN SIMPLE Ancho variable pero idéntico en todas las fisuras Separación entre fisuras constante FLEXIÓN SIMPLE Cuantía de armadura reducida Rotura frágil Tirante de HA FLEXIÓN SIMPLE Cuantía de armadura habitual Plastificación del acero FLEXIÓN SIMPLE Cuantía de armadura excesiva Cabeza comprimida (no plastifica la armadura)

14 CORTANTE CORTANTE Formas de agotamiento Tracción diagonal del hormigón Agotamiento armadura transversal Anclaje armadura transversal Compresiones excesivas Escasez armadura transversal Compresión en la biela RASANTE Forjados de viguetas RASANTE Forjados de chapa colaborante

15 PUNZONAMIENTO PUNZONAMIENTO Armadura de punzonamiento PUNZONAMIENTO PUNZONAMIENTO Posición del pilar y presencia de huecos

16 TORSIÓN TORSIÓN Torsión de compatibilidad Torsión de equilibrio TORSIÓN TORSIÓN La rigidez a torsión es muy sensible a la fisuración (> que flexión) Una fisuración inapreciable reduce drásticamente la rigidez a torsión

17 TORSIÓN ADHERENCIA Alteración de la adherencia Barra recien laminada Con liquido desencofrante Desencofrante ANCLAJE SOLAPO Armadura a tracción

18 INESTABILIDAD Inestabilidad lateral en viguetas prefabricadas PATOLOGÍA DE LA EDIFICACIÓN 5. Adam JM, Pallarés FJ. Learning from Structural Failures. Special issue Engineering Structures. Elsevier, Oxford, UK; 2010 Akesson B. Understanding bridge collapes. Taylor & Francis. London; 2008 Calavera J. Patología de estructuras de hormigón armado y pretensado. Intemac. Madrid; 2005 Calavera 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; 2005 CEB. Vibration problems in structures. Bulletin d Information no. 209; 1991 Dallard P, Fitzpatrick AJ, Flint A, Le Bourva S, Low A, Risdill RM, Willford M. The London Millenium Footbridge. The Structural Engineer 2001; 7(22): Delatte. Beyond Failure. American Society of Civil Engineers. Reston, Virginia, USA; 2009 Fernández M. Patología y terapéutica del hormigón armado. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid; 1994 Martinez-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; 1988 Regalado F. Los forjados reticulares: Diseño, análisis, construcción y patología. CYPE Ingenieros. Alicante; 2003 DAÑOS EN ELEMENTOS ESTRUCTURALES HORIZONTALES: Vigas y Forjados Jose M. Adam joadmar@cst.upv.es