DAÑOS EN ELEMENTOS ESTRUCTURALES

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Introducción Los elementos estructurales se encuentran sometidos a solicitaciones o esfuerzos de distintas magnitudes, que se calculan previamente, adoptando los correspondientes coeficientes de seguridad en la redacción del proyecto, para su diseño adecuado a las cargas a las que se encuentran sometidos.

En caso de variar de manera no prevista o superarse las condiciones para las que han sido calculados esos elementos se producen lesiones que pueden llegar a ocasionar el colapso del edificio.

Vamos a analizar de forma general las patologías más frecuentes de las estructuras debido a los esfuerzos a los que están sometidos. En fichas posteriores procederemos a ampliar y analizar con más detalle estas solicitaciones: como afectan a los diferentes elementos constructivos y los métodos adecuados de prevención así como de reparación, de cara al Seguro Decenal de Daños.

Descripción y origen de los daños

DESCRIPCIÓN

- Fisuras

• Por tracción. Se producen en la mayoría de los elementos de hormigón armado que trabajan a flexión. Se produce debido a la excesiva deformación de los vanos concurrentes al pilar.

En pilares son perpendiculares a las barras principales, atravesando la sección de una parte a otra; suelen situarse donde se encuentran los estribos.

Fig. 1.- Fisuras en pilar a tracción.

• Por compresión, en pilares provoca diversas formas de fisuración según la altura y escuadría del mismo y si se coarta o no la dilatación transversal. Pueden aparecer fisuras finas y juntas en la cara de un soporte esbelto, a la mitad de su longitud. Son muy peligrosas ya que indican que el pilar ha agotado su capacidad resistente. • Por flexión, en pilares no llegan a seccionar la totalidad del pilar, pudiendo aparecer en la parte superior o inferior del mismo (suelen iniciarse en las armaduras). • Por torsión, provoca fisuras a 45º que buzan en dirección opuesta en ambas caras de las vigas. Suelen darse cuando existe un brochal o viga que une pórticos de luces descompensadas.

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Cuando existen brochales o vigas de fachadas con forjados de grandes luces, al flectar éstos cuando no tienen la suficiente rigidez surgen fisuras horizontales en distinto plano en fachada y a nivel de forjado y que se van cerrando a medida que se acercan a los pilares. Si tenemos muros de carga y viguetas, al levantarse las cabezas de éstas en los apoyos, aparecen fisuras horizontales y abiertas en toda su longitud. • Por cortante, las fisuras comienzan en el centro de la pieza, progresa por sus dos extremos llegando a unir el apoyo con la carga, dividiendo en dos partes el elemento (puede llegar a ser un proceso instantáneo, por lo que es muy peligroso). En pilares no es frecuente, suele producirse en pilares de planta baja de edificios que tienen que soportar fuertes empujes que no tienen la sección o armadura transversal suficiente. Los pilares extremos de última planta, donde acometen vigas de grandes luces y si no tienen armadura transversal suficiente, están sometidos a tensiones tangenciales apareciendo fisuras inclinadas, con tendencia a los 45º, en las dos caras opuestas, desplazándose una parte del pilar sobre la otra cuando el estado es muy avanzado (Fig. 2).

Fig. 2.- Esquema y caso real de fisuras en viga a cortante.

• Por pandeo, en pilares esbeltos aparecen fisuras horizontales. La rotura es rápida y muy grave. Suele saltar primeramente el recubrimiento. Las cargas descentradas originan momentos y trabaja a flexión compuesta.

Fig. 3.- Fisuras en pilar en pandeo.

• Flechas de vigas en voladizos, se producen en voladizos inferiores con cerramientos, por acumulación de cargas.

- Aplastamiento de materiales / Rotura

En fábrica de ladrillo macizo debido a la presión excesiva el muro tendería a ensancharse, produciéndose su abombamiento y como consecuencia apareciendo fisuras verticales a lo largo del mismo. Se pueden producir grietas de aplastamiento general o local. Se suele dar en materiales blandos y suele acompañarse de problemas de humedades por capilaridad o filtraciones.

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En vigas de hormigón armado la rotura por aplastamiento del hormigón dependerá de la cuantía de armadura existente en la zona de compresión, es muy peligroso, produciéndose en vigas con dimensiones muy ajustadas y con bastante armadura de tracción.

Se puede producir la rotura de las esquinas por anclaje insuficiente de los estribos.

En viguetas sin armadura transversal para soportar el cortante, en caso de sobrepasar la resistencia de éste con su coeficiente de seguridad, se puede producir la rotura brusca, sin aviso, produciéndose el hundimiento instantáneo del forjado con sobrecargas elevadas.

En pilares de hormigón armado como consecuencia del aplastamiento del hormigón se producen fisuras finas verticales que dividen en dos el pilar, siendo muy peligrosas pues el colapso puede ser inminente, dependiendo de la cuantía de armadura (con menos armadura rotura más rápida).

Las barras intentarán pandear y salirse de la sección de hormigón.

En ocasiones hay roturas por aplastamiento acompañadas de un desplazamiento por efecto del cortante que se origina que hacen que se desplacen. (Fig. 5)

Fig. 4.-Desplazamiento de las dos zonas del pilar por cortante debido al aplastamiento.

- Vuelco

En el caso de los muros de contención, cuando no tienen un peso suficiente para soportar el empuje de tierras pierden su estabilidad volcando.

Si tenemos un muro de contención con una puntera pequeña debido a los empujes del terreno intentará volcar, oponiéndose el forjado, pero si éste no es capaz de resistir dicho empuje se podría producir un aplastamiento del frente del forjado.

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ORIGEN

El exceso de carga que provoca los cambios en las condiciones de trabajo previstas para los elementos constructivos y que va a ocasionar los daños antes mencionados se puede producir, entre otros, por:

- Aumento de luces de vanos o crujías no contempladas en los cálculos (viguetas o vigas de luces superiores a las previstas)

- Aumento del número de plantas

- Error de cálculo, donde se ha considerado un valor menor

- Empujes no previstos (terreno)

- Acciones no consideradas (sismo)

- Asientos diferenciales

- Hinchamiento del terreno por expansividad

- Acumulación de cargas no estimadas

En el momento de la redacción del proyecto el planteamiento inicial se adaptará a las características del edificio, teniendo en cuenta todos los condicionantes que intervienen en el mismo (viento, sismo...), para lo cual se plantearán unas hipótesis de cálculo correctas, empleando procedimientos de cálculo adecuados y sin la existencia de errores.

Asimismo, será necesario una correcta y completa definición (detalles constructivos, materiales) que permitan su correcta ejecución.

Es importante realizar la ejecución conforme a proyecto en cuanto a armadura, perfiles, tipo y características de los materiales, luces, dimensiones, posición, distancias, evitar sobrecargas no previstas... a su vez será necesario un correcto planteamiento de las condiciones y cálculos en proyecto.

Prevención y reparación de los daños PREVENCIÓN Para evitar este tipo de patologías en los elementos estructurales además de estar bien calculada la estructura ha de estar bien diseñada y evitar posteriores errores de ejecución. Una elección adecuada del tipo de estructura y cimentación y un correcto planteamiento reduce la aparición de los daños. Algunas consideraciones a tener en cuenta tanto en la fase de proyecto como en la de ejecución serían: • Evitar la coexistencia de diferentes tipologías de cimentación o el apoyo de la misma en diferentes estratos, para evitar asientos diferenciales que harían trabajar a determinados elementos de forma diferente para la que ha sido diseñada (ejemplo, pilar a tracción) y, como consecuencia, producir deformaciones no previstas.

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• Evitar los pilares apeados así como las vigas sometidas a torsión (evitar los brochales y las luces grandes de viguetas, de esta forma se evitan momentos torsores mayores en las vigas). • Evitar luces de vigas descompensadas o pilares extremos con vigas de grandes luces, ya que las primeras originan fuerte momentos en los segundos. • Tender a la uniformidad y homogeneidad de distribución estructural • Para evitar la aparición de fisuras por acumulación de cargas en los voladizos inferiores con cerramientos se deberán construir estos de arriba abajo y calcular el primer voladizo con mayor carga y rigidez, para prevenir la que le puedan transmitir los voladizos superiores. • En voladizos durante la ejecución del encofrado hay que tener en cuenta la contraflecha y retirar los puntales pasados 28 días, para evitar flechas instantáneas y diferidas mayores. • Se deberá comprobar a esfuerzo cortante en las cabezas de las viguetas, sobre todo si no tienen armadura transversal, ya que si supera la resistencia del hormigón y no la de los coeficientes de seguridad se podría producir su hundimiento al someterse a una determinada sobrecarga. Para reforzar un forjado a cortante se macizará la zona de bovedillas adyacentes a las vigas, con hormigón. • Los cercos o estribos de acero para la torsión deberán calcularse independientemente a los de cortante. Si una viga necesita cercos soldados para absorber la torsión y se quiere evitar la soldadura, se pueden duplicar ramas. REPARACIÓN Principalmente consiste en el refuerzo o aumento de las dimensiones de la pieza de cimentación o estructura afectada. En general los refuerzos se suelen realizar con hormigón o mortero, estructura metálica o resinas, aunque también existen otros métodos (con pretensado, anclajes, por cambio de esquema estructural...) En la actualidad se están empleando como sustitución a las técnicas de refuerzo empleadas tradicionalmente, otros procedimientos considerados no tradicionales o innovadores, por la escasa experiencia que se tiene sobre ellos y la ausencia, en la actualidad, de normativa española que los regule; así mismo el empleo de ciertos materiales o técnicas requiere una delicada ejecución y ciertas condiciones durante su período de vida útil que eviten la pérdida de sus características (por ejemplo las resinas epoxi pierden sus características mecánicas debido a una exposición a temperaturas superiores a las que garantizan su correcto funcionamiento, como puede ser las producidas por un incendio) que hacen que no sean apropiadas de cara al Seguro Decenal de Daños. Los refuerzos deben incluir un análisis de: - los apeos y cimbrados que hay que introducir - tratamiento adecuado de las superficies en contacto - estudio de los nudos, transmisión de esfuerzos y viabilidad de la ejecución - entrada en carga del refuerzo