BLOQUE I: CAUSAS DE FALLO EN ESTRUCTURAS ERRORES EN FASE DE PROYECTO

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1 CURSO DE PATOLOGIA DE ESTRUCTURAS BLOQUE I: CAUSAS DE FALLO EN ESTRUCTURAS VICTOR SEGARRA LAGUARDA Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos PRODEIN vs@prodein.es

2 INDICE 01_EVALUACION DE LAS ACCIONES 02_USO DE PROGRAMAS DE CÁLCULO 03_ERRORES DE MODELIZACION Y CALCULO 04_DIMENSIONAMIENTO Y CÁLCULO DE UNIONES 05_DETALLES CONSTRUCTIVOS 06_ESTADOS LÍMITE DE SERVICIO

4 01 EVALUACION DE LAS ACCIONES ESTIMACIÓN CORRECTA DE CARGAS GRAVITATORIAS Es frecuente que se infravaloren las cargas muertas de los forjados Hay que considerar los espesores reales de las capas de arena, mortero, solados, etc. Un error de 5 cm de espesor equivale a 100 kg/cm 2, el 50% de la SCU Cubiertas: hormigón para formación de pendientes, capas de grava en cubiertas invertidas, maquinaria e instalaciones

5 01 EVALUACION DE LAS ACCIONES Omisión de cargas lineales en extremos de voladizo, apoyos de escaleras, cerramientos y fachadas Normalmente no es causa directa de fallo estructural, pero supone una Reducción del coeficiente de seguridad de la estructura Losa punzonada con varias capas de pavimento Colapso cubierta de parking, p p g, Subestimación de cargas muertas.

6 01 EVALUACION DE LAS ACCIONES INFLUENCIA DEL PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO Cimbrado plantas consecutivas: en edificación con luces y sobrecargas habituales no suele ser condicionante Cuando aumentan las luces o las cargas de cálculo, el peso propio de un forjado puede ser superior a la suma cm+scu (Una losa de 40cm pesa 1000 kg/m 2 >> cm+scu)

7 01 EVALUACION DE LAS ACCIONES INFLUENCIA DEL PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO Cuando el peso del forjado es una fracción importante de la carga total, hay que tomar precauciones en el cálculo Un fallo de este tipo en fase constructiva puede ocasionar el colapso progresivo de la estructura

8 01 EVALUACION DE LAS ACCIONES COLAPSO PROGRESIVO Skyline Plaza, Virginia (1973) Edificio de hormigón armado, 26 plantas. Colapso durante el hormigonado de la fase 2 del forjado 24

9 01 EVALUACION DE LAS ACCIONES COLAPSO PROGRESIVO Fallo de proyecto (evaluación de cargas, proceso constructivo), ti aunque se produzca durante la ejecución. Edificio de hormigón armado, de 26 plantas. Colapso durante el hormigonado del forjado 24

10 01 EVALUACION DE LAS ACCIONES ACCION DEL VIENTO Edificio Presidente V, Puebla de Farnals (Valencia) Situación expuesta, en 1ª línea de playa

11 01 EVALUACION DE LAS ACCIONES Edificio Presidente V 20 forjados, estructura muy esbelta

12 01 EVALUACION DE LAS ACCIONES Edificio Presidente V Cálculo sin considerar las acciones de viento. Estructura de vigas planas (canto 23cm) y pilares de HA, sin núcleo rígido frente a esfuerzos horizontales En días de viento, en las planta altas se notaba el balanceo

13 01 EVALUACION DE LAS ACCIONES Edificio Presidente V Sin cálculo de viento. Estructura de vigas y pilares de hormigón armado, sin núcleo rígido frente a esfuerzos horizontales En días de viento, en las planta altas se notaba el balanceo

16 01 EVALUACION DE LAS ACCIONES CALCULO DE MUROS DE CONTENCIÓN / PANTALLAS H.A. Muchos Informes Geotécnicos estiman los parámetros con tablas, bibliografía, etc. Incluso cuando se hacen ensayos, los valores de la cohesión suele tener bastante dispersión Para al evaluación del Empuje del terreno, hay que adoptar los parámetros del terreno (γ, φ, c ) con prudencia, en especial la cohesión CTE-SE-Cimientos: Cimientos:

17 01 EVALUACION DE LAS ACCIONES Muro pantalla con anclajes provisionales (ALZIRA, 2006 ) Fallo de los anclajes por una estimación demasiado optimista de los parámetros del terreno

18 01 EVALUACION DE LAS ACCIONES ETCETERA CASOS VARIOS SIFONAMIENTO CAUSAS DE FALLO EN ESTRUCTURAS, ETC

20 02 USO DE PROGRAMAS DE CÁLCULO La utilización incorrecta de programas informáticos de cálculo de estructuras t va presentando una patología específica. El ordenador sólo es una herramienta creada para que técnicos que saben calcular, calculen más rápido y con menor esfuerzo. No sirve como sustituto del conocimiento, por tanto no permite calcular a los que no saben hacerlo. Con el uso de programas es muy fácil que pasen desapercibidos errores en las hipótesis de cálculo, en las cargas, vinculaciones, modelización, etc. Imprescindible verificar y comprobar los resultados del programa (cálculo manual, nº gordo ) Hay que ser capaz de estimar de forma independiente la magnitud de los esfuerzos, la forma de la deformada y las leyes de esfuerzos

21 02 USO DE PROGRAMAS DE CÁLCULO Edificio en Villarreal Forjado reticular de 30+5cm Carga permanente, 580 kg/m 2 -- Sobrecarga, 500 kg/m 2 Zona con vigas de canto 60-80cm 80cm, luces de 13m Zona sin vigas, paño de 13x15m Planta baja

22 02 USO DE PROGRAMAS DE CÁLCULO Edificio en Villarreal Forjado reticular de 30+5cm Carga permanente, 580 kg/m 2 -- Sobrecarga, 500 kg/m 2 Zona con vigas de canto 60-80cm 80cm, luces de 13m Zona sin vigas, paño de 13x15m Forjado 3

23 02 USO DE PROGRAMAS DE CÁLCULO

27 02 USO DE PROGRAMAS DE CÁLCULO Mención especial merecen los programas TODO EN UNO, que de forma automática : Calculan esfuerzos Dimensionan secciones y armados Dibujan planos y despieces. Riesgo: calcular una estructura parece que se reduce a dibujarla y darle al botón El catálogo de barbaridades estructurales es muy amplio

31 02 USO DE PROGRAMAS DE CÁLCULO OBSESIÓN CON LA OPTIMIZACIÓN DE ARMADURAS: Ajuste muy preciso a la ley de flectores, empleando barras de muchos diámetros y longitudes diferentes Economía sólo teórica, pues el coste de ejecución aumenta, así como la dificultad del control y el riesgo de errores.

32 02 USO DE PROGRAMAS DE CÁLCULO OBSESIÓN CON LA OPTIMIZACIÓN DE ARMADURAS:

33 02 USO DE PROGRAMAS DE CÁLCULO OBSESIÓN CON LA OPTIMIZACIÓN DE ARMADURAS:

35 03 ERRORES DE MODELIZACION Y CALCULO AMPLIACION PREEMBARQUE EN AEROPUERTO Estructura en ménsula de 9.00m de voladizo sin compensar. Losas de 30cm, vigas canto variable, de 50 a150cm. 3 Soportes alineados. Pilar central de φ 160cm Planta Sección

36 03 ERRORES DE MODELIZACION Y CALCULO AMPLIACION PREEMBARQUE EN AEROPUERTO ELU EQUILIBRIO (EHE-08)

37 03 ERRORES DE MODELIZACION Y CALCULO AMPLIACION PREEMBARQUE EN AEROPUERTO Apoyo sobre estructura preexistente Reacciones de 150 a 200t

38 03 ERRORES DE MODELIZACION Y CALCULO AMPLIACION PREEMBARQUE EN AEROPUERTO Estructura preexistente: pórtico de un vano Planta

39 03 ERRORES DE MODELIZACION Y CALCULO AMPLIACION PREEMBARQUE EN AEROPUERTO Flectores adicionales en pilares existentes de 40mt y 90mt, para los que no están preparados.

40 03 ERRORES DE MODELIZACION Y CALCULO SOLUCIÓN FINAL EN PREEMBARQUES EJECUTADOS Pilar en extremo de la ménsula + 2 pilares apeados en pl. 1 Refuerzo metálico en ménsulas y viga de canto para el apeo

41 03 ERRORES DE MODELIZACION Y CALCULO SOLUCIÓN FINAL EN EL RESTO DE PREEMBARQUES

42 03 ERRORES DE MODELIZACION Y CALCULO MUROS DE CONTENCION Y MUROS-PANTALLA Habitualmente los muros se calculan suponiéndolos apoyados en los forjados, que transmiten la carga al muro opuesto, trabajando como un diafragma. Hay casos en que dicha hipótesis no se cumple, y hay que tenerlo en cuenta en el cálculo. FORJADOS SIN CONTINUIDAD

43 03 ERRORES DE MODELIZACION Y CALCULO MUROS DE CONTENCION Y MUROS-PANTALLA EMPUJES SIN COMPENSAR Edificios a media ladera, en desmontes

44 03 ERRORES DE MODELIZACION Y CALCULO MUROS DE CONTENCION Y MUROS-PANTALLA EMPUJES SIN COMPENSAR R1 R1 R2 R2 R3 R3

45 03 ERRORES DE MODELIZACION Y CALCULO MUROS DE CONTENCION Y MUROS-PANTALLA PANTALLAS SIN ARRIOSTRAMIENTO EN FASE DEFINITIVA

46 03 ERRORES DE MODELIZACION Y CALCULO MUROS DE CONTENCION Y MUROS-PANTALLA PANTALLAS SIN ARRIOSTRAMIENTO EN FASE DEFINITIVA SECCIÓN PLANTA

47 03 ERRORES DE MODELIZACION Y CALCULO MUROS DE CONTENCION Y MUROS-PANTALLA TRACCIONES PARALELAS AL MURO Muros de contención de trazado poligonal R1 R2 R1H R2H

48 03 ERRORES DE MODELIZACION Y CALCULO MUROS DE CONTENCION Y MUROS-PANTALLA TRACCIONES PARALELAS AL MURO

49 03 ERRORES DE MODELIZACION Y CALCULO PUNZONAMIENTO EN FORJADOS DE CANTO REDUCIDO Forjado: losa canto 22cm. Luces 7.50 a 8.00m Planta de parking. Cargas: cm: 0 kg/m 2 scu:400 kg/m 2

50 03 ERRORES DE MODELIZACION Y CALCULO PUNZONAMIENTO EN FORJADOS DE CANTO REDUCIDO Todos los pilares son iguales, 60x25 Las luces y las cargas por pilar son similares Distribución de refuerzos aparentemente caprichosa

51 03 ERRORES DE MODELIZACION Y CALCULO PUNZONAMIENTO EN FORJADOS DE CANTO REDUCIDO El punzonamiento se produce con una rotura FRÁGIL Muy peligroso porque el forjado COLAPSA

52 03 ERRORES DE MODELIZACION Y CALCULO PUNZONAMIENTO EN FORJADOS DE CANTO REDUCIDO El punzonamiento se produce con una rotura FRÁGIL Muy peligroso porque el forjado COLAPSA

53 03 ERRORES DE MODELIZACION Y CALCULO

57 04 DIMENSIONAMIENTO Y CÁLCULO DE UNIONES CARGA CONCENTRADA SOBRE MACIZO

60 04 DIMENSIONAMIENTO Y CÁLCULO DE UNIONES Error de Modelización: se subestima el axil sobre el pilar central Error en el dimensionamiento del estribado.

62 04 DIMENSIONAMIENTO Y CÁLCULO DE UNIONES UNION FORJADO HORMIGÓN CON PILARES METALICOS Forjado reticular de canto 40/45cm. Luces m. Sobrecargas 500kg/m 2 Pilares HEM-400/HEM-360, Crucetas HEB-240/260

63 04 DIMENSIONAMIENTO Y CÁLCULO DE UNIONES SOLUCIÓN DE PROYECTO

64 04 DIMENSIONAMIENTO Y CÁLCULO DE UNIONES La solución habitual es emplear perfiles UPN Cuando la carga es elevada o el canto reducido se puede utilizar perfiles HEB o incluso perfiles armados

65 04 DIMENSIONAMIENTO Y CÁLCULO DE UNIONES Crucetas HEB-240/260, soldadas al pilar por las alas La transmisión del cortante se produce por flexión transversal de las alas

66 04 DIMENSIONAMIENTO Y CÁLCULO DE UNIONES De los 4 perfiles, tan solo 2 se sueldan al pilar L

67 04 DIMENSIONAMIENTO Y CÁLCULO DE UNIONES Los pilares se interrumpen en el forjado y se unen mediante 2 chapas verticales (B) en prolongación de las alas, sin continuidad del alma Las dos chapas B carecen de Inercia en la dirección del eje fuerte de los pilares HEM

68 04 DIMENSIONAMIENTO Y CÁLCULO DE UNIONES HOTEL HYATT REGENCY (Kansas City) En 1981 se produjo el accidente más grave de EEUU causado por un fallo estructural, al desplomarse dos pasarelas colgadas durante una fiesta, con un balance de 114 muertos y más de 200 heridos.

69 04 DIMENSIONAMIENTO Y CÁLCULO DE UNIONES HOTEL HYATT REGENCY (Kansas City) Informe oficial del National Bureau of Standards (NBS), 1982

70 04 DIMENSIONAMIENTO Y CÁLCULO DE UNIONES Construido en Accidente en julio de Torre de 40 plantas, edificio anexo y Atrio, con tres pasarelas de conexión (2+1) colgadas del techo.

71 04 DIMENSIONAMIENTO Y CÁLCULO DE UNIONES Apoyos en los forjados extremos 3 apoyos intermedios con tirantes Vigas transversales: equivalente a 2UPN220 en cajón soldados Tirantes φ30mm

72 04 DIMENSIONAMIENTO Y CÁLCULO DE UNIONES Diseño original: Tirantes φ30mm anclados al centro de la viga cajón soldada Flexión local de alas/punzonamiento Resistencia de la unión: 60% de la carga nominal 2P P P

73 04 DIMENSIONAMIENTO Y CÁLCULO DE UNIONES PROYECTO ALTERNATIVAS

74 04 DIMENSIONAMIENTO Y CÁLCULO DE UNIONES Modificación en fase de ejecución se dobla la carga de punzonamiento, reduciendo la seguridad Resistencia de la unión: 30% de la carga nominal 2P 2P P

75 04 DIMENSIONAMIENTO Y CÁLCULO DE UNIONES

79 04 DIMENSIONAMIENTO Y CÁLCULO DE UNIONES VIDEO ENSAYO CON CARGA REAL

81 05 DETALLES CONSTRUCTIVOS Aproximadamente el 50% de los errores de proyecto son debidos a los detalles constructivos, generalmente por la ausencia de los mismos. Muchas veces no son detalles específicos sino que son detalles habituales, recogidos en la Norma

82 05 DETALLES CONSTRUCTIVOS ANCLAJE DE ARMADURAS. Aparece en gran nº de elementos: cubiertas, escaleras, rampas, esquinas de muros, etc.

83 05 DETALLES CONSTRUCTIVOS ARMADURA DE SUSPENSIÓN Es una armadura adicional a la de cortante

84 05 DETALLES CONSTRUCTIVOS DISPOSICIONES DE ARMADO Indicar la situación de solapes y anclajes, acotados. Separación mínima armaduras (agrupación barras, varias capas de armado, etc) Detalles de patillas, conexiones viga-pilar, estribado. MÉNSULAS CORTAS Detalle perfectamente conocido, pero sigue siendo fuente de patologías.

86 06 ESTADOS LIMITE DE SERVICIO La patología más habitual en edificación es, con mucha diferencia, la deformación excesiva y la fisuración de forjados y losas. Va en incremento por : Generalización ió de las vigas planas Aumento de las luces de cálculo Incremento de sobrecargas de uso Cada vez es más habitual que el ELS condicione el dimensionamiento de la estructura Calcular l la deformada d no es sencillo y evoluciona con el tiempo: depende de la inercia fisurada, las propiedades reológicas del hormigón, de la fases de puesta en carga, etc.

87 06 ESTADOS LIMITE DE SERVICIO ELS VIBRACIONES Cada vez tiene mayor influencia en el dimensionamiento de forjados por el aumento de la flexibilidad de las estructuras Casos habituales: Estructuras ligeras y flexibles Forjados de grandes luces Usos especiales: deportivo, gimnasios, i zonas comerciales, (Limitación de la frecuencia propia del forjado) Maquinaria o instalaciones que inducen vibraciones

88 06 ESTADOS LIMITE DE SERVICIO EJEMPLO Estructura metálica de perfiles tubulares. Instalaciones colgadas del forjado de cubierta Maquinaria y conductos con vibraciones

89 06 ESTADOS LIMITE DE SERVICIO EJEMPLO Estructura metálica de perfiles tubulares. Instalaciones colgadas del forjado de cubierta con subestructura Maquinaria y conductos con vibraciones

90 06 ESTADOS LIMITE DE SERVICIO EJEMPLO Estructura metálica de perfiles tubulares. Instalaciones colgadas del forjado de cubierta con subestructura Maquinaria y conductos con vibraciones

91 06 ESTADOS LIMITE DE SERVICIO ELS VIBRACIONES Video durante el funcionamiento normal de la fábrica AQUÍ VIDEO

92 CURSO DE PATOLOGIA DE ESTRUCTURAS BLOQUE I: CAUSAS DE FALLO EN ESTRUCTURAS VICTOR SEGARRA LAGUARDA INGENIERO DE CAMINOS