La solicitación flectora (momentos flectores My o Mz) se produce por las fuerzas perpendiculares a algún eje contenido en la sección y que no lo corten y momentos localizados que tengan la dirección de alguno de los ejes contenidos en la sección. Estos momentos, como ya comentamos en la ficha correspondiente, originan tensiones normales.
Esta solicitación va ligada al concepto de deformación. Las deformaciones que se producen en los elementos estructurales, pueden provocar daños en otros elementos no estructurales, que no vamos a contemplar en esta ficha ya que se desarrollará en una ficha específica que publicaremos próximamente (influencia de la patología estructural en otros elementos no estructurales).
Vamos a desarrollar esta ficha, como en otras ocasiones, en dos partes, considerando en esta primera parte la descripción y el origen de los daños y desarrollando en la segunda los medios de prevención y de reparación de estas patologías.
CONCEPTOS
Se dice que una sección está sometida a flexión simple cuando sobre ella actúa un momento flector pero no un esfuerzo axil. Las secciones de vigas se suelen calcular a flexión simple, ya que el axil que actúa sobre ellas es despreciable. El comportamiento de las piezas de hormigón que están sometidas a flexión simple dependerá de la cuantía mecánica de la armadura de tracción.
Si el esfuerzo cortante es nulo se dice además que la flexión es pura. Si el momento flector actúa en el plano de la sección, la solicitación se llama flexión recta, si por el contrario, el momento no está en dicho plano o no es una sección simétrica por su geometría o armaduras, la flexión se llamará esviada.
En cambio una sección está sometida a flexión compuesta cuando sobre ella actúan un momento flector M y un esfuerzo axil N, o lo que es lo mismo, una resultante normal excéntrica.
En este caso, según la forma de trabajo, podemos encontrarnos con tres situaciones:
- tracción compuesta, cuando todas las fibras de la sección están sometidas a una misma deformación de tracción o alargamiento
- flexión compuesta, si en la sección hay fibras comprimidas y otras traccionadas.
- compresión compuesta, si todas las fibras de la sección están comprimidas.
Generalmente los pilares están expuestos a flexión compuesta.
Se llama fibra neutra al lugar geométrico de todos los puntos que tienen tensión 0 (ni alarga ni acorta pero si se deforma), contiene los centros de gravedad de todas las secciones de la pieza (en flexión pura simétrica la fibra neutra coincide con el eje de flexión) siendo perpendicular a las mismas. La F.N. ha de determinarse por que no se conoce, a priori, su posición.
DESCRIPCIÓN DE LOS DAÑOS
VIGAS
Las fisuras de flexión se inician en la armadura, progresa en vertical hacia la fibra neutra y al final se curva hacia el interior buscando el punto de aplicación de la carga deteniéndose al alcanzar la cabeza de compresión. Desde la aparición de las primeras fisuras hasta que se producen los daños más severos, transcurre un período de tiempo que permite actuar sobre el elemento.
En las vigas, la rotura por flexión puede producirse:
- En el centro del vano, ésta se inicia en la zona de tracción y progresa en vertical curvándose al alcanzar la zona de compresión (momento de mayor riesgo por proximidad a la rotura).
Dado que el número y abertura de las fisuras depende de la cuantía de armadura no podemos encontrar con diferentes casos:
- Mayor porcentaje de armadura: las fisuras suelen ser varias y finas
- Cuantía excesiva: se puede producir el aplastamiento del hormigón en la zona comprimida.
- Menor porcentaje de armadura: menos fisuras pero de mayor abertura.
- No cumple la cuantía mínima de armadura: puede partir de forma frágil: cuando se fisura el hormigón se rompe la armadura al instante (por ejemplo, en el caso en que se dispone de armado mínimo y se obtiene un hormigón de mayor resistencia que el previsto, ya que la cuantía ya no sería la mínima necesaria).
- En los extremos de las vigas: las fisuras se van cerrando a medida que descienden, hasta alcanzar la zona de compresión. Esta rotura es más peligrosa que la del vano, pues al quedar reducida la sección al fisurarse el hormigón disminuye la resistencia a cortante. Si además nos encontramos con vigas de borde o brochales, al tener que soportar torsiones, se agrava el problema.
En general, las características principales de las fisuras de flexión:
- aparecen en la fibra inferior progresando aproximadamente en vertical
- no afectan a todo el canto, si no que se detienen en la fibra neutra
- aparecen siempre varias y muy juntas
- aparecen bajo carga y desaparecen al retirar ésta
- son perpendiculares al eje de la pieza y se inclinan luego más o menos según el valor del esfuerzo cortante
- evolucionan lentamente
PILARES
Cuando un pilar está sometido a un momento flector superior al que es capaz de resistir, parte por flexión, siendo la fisura abierta por una cara y cerrándose a medida que se aleja de la zona de tracción. La fisura es fina, horizontal y puede aparecer en los extremos de los pilares (cabeza y base)
MUROS
Cuando un muro de contención se calcula y se arma en ménsula y las tierras pierden su cohesión inicial en una zona soportada por el muro, si éste no tiene la armadura suficiente, debido a ese empuje parcial se produce una flexión que provoca una tracción horizontal originándose una fisura vertical, más abierta en la parte superior y que se va cerrando a medida que desciende (siendo más abierta en la parte exterior del muro, transversalmente).
En muros muy coartados pueden surgir fisuras con inclinación entre 45 y 60º cerca de las esquinas, al producirse en ese punto una tracción horizontal ya que en las esquinas pasa de trabajar en ménsula vertical a flexión horizontal.
FORJADOS
Distinguiremos dos tipologías:
- Unidireccionales. Las fisuras son transversales en la zona central de las viguetas, y van ascendiendo verticalmente hasta la parte superior. En el caso de viguetas en voladizo soportando cerramientos en sus extremos, al acumularse la flecha de los voladizos superiores en el voladizo de la primera planta se puede producir (si no se ha previsto esta solicitación) una fisura que corta transversalmente la cara inferior de la vigueta.
En el caso de voladizos en que una zona flecta más que otra, se producen fisuras cerradas en distintos planos que se van cerrando a medida que se acerca al apoyo.
- Reticulares. En la cara superior se producen fisuras abiertas en un mismo plano, alrededor de los pilares en forma de rombo unidas con las de los pilares contiguos. En la cara inferior aparecen fisuras abiertas en un mismo plano en el centro de la luz.
MÉNSULAS
En el caso de las ménsulas las fisuras que aparecen son abiertas y se van cerrando a medida que descienden.
VIGAS CENTRADORAS
Fisuras con mayor abertura en la parte superior cerrándose a medida que desciende.
3.- ORÍGEN DE LOS DAÑOS
A continuación exponemos, por tipología de elemento, algunos de los motivos por los cuales se producen las patologías por flexión anteriormente comentadas:
Vigas:
- Armadura insuficiente o mal situada (menor número de barras o de diámetro
inferior)
- Omisión de patillas en vigas extremas o escasa longitud de anclaje
- Sección insuficiente
- Sobrecarga excesiva
- Hormigón de menor resistencia
- Desencofrado prematuro o incorrecto
- Mayor luz de la considerada en cálculo
Pilares:
- Hormigón y armadura insuficientes
- Omisión de patillas en pilares extremos de última planta
- Asiento en cimentación. Si se produce un asiento elevado en la cimentación puede originar en el pilar un momento mayor y de sentido contrario al que estaba sometido; al cambiar la ley de momentos se producen fisuras en su parte superior por el interior del pórtico.
- Mayores solicitaciones que las consideradas
- Empuje horizontal en soportes extremos del pórtico, por la dilatación térmica del forjado (por falta de consideración de las acciones térmicas en fase de proyecto si no se han dispuesto juntas de dilatación, siendo éstas fisuras especialmente acusadas en pilares perimetrales).
- También puede estar motivada en algunos casos por la retracción del hormigón de los forjados de grandes superficies en fase de curado, si éste no ha sido debidamente ejecutado.
- Empuje horizontal de sismo no previsto
- Hinchamiento del terreno por expansividad
Muros:
- Cálculo y dimensionamiento incorrecto
- No prever flexión horizontal
- Cuantías geométricas muy bajas de la armadura longitudinal (exceso de hormigón, escasez de armadura)
- Aumento del empuje por acumulación de agua en el trasdós del muro
Forjados:
- Exceso de carga
- Armadura insuficiente
- Luz mayor a la de cálculo
- Falta de adherencia entre el hormigón “in situ” y las viguetas
- Puede surgir por colocar sopandas al mismo nivel cuando las viguetas tienen contraflechas
En el caso de voladizos:
- Construcción de voladizos de diferentes medidas produciéndose deformaciones distintas
- No colocar zunchos de borde
- No colocar armadura de reparto en la capa de compresión
- No tener en cuenta la acumulación de flecha de los voladizos superiores en el forjado primero, cuando se da este caso.
Ménsulas:
- Armadura insuficiente
- Longitud de anclaje escasa o mal situada
- Carga excesiva
Vigas centradoras:
- Presencia de terrenos expansivos, que producen empujes provocando una flexión en la viga
- No aplicar medidas protectoras frente a la expansividad
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