Guía Esencial de Diseño y Durabilidad de Estructuras de Hormigón

Fundamentos del Diseño y Durabilidad de Estructuras de Hormigón

Estados Límite

• Estado Límite Último: Corresponde a la máxima capacidad resistente de la estructura (equilibrio, agotamiento, pandeo, fatiga, adherencia y anclaje). Produce colapso o rotura de alguna parte.
• Estado Límite de Servicio: Corresponde a la máxima capacidad de uso o utilización de la estructura (fisuración, deformaciones, vibraciones). Afecta la funcionalidad, capacidad y estética.
• Estado Límite de Durabilidad: Producido por acciones físicas y químicas diferentes a las del análisis estructural que pueden degradar el hormigón o la armadura.

Resistencia del Hormigón

• Resistencia Característica (fck): Aquel valor que tiene una probabilidad del 5% de que se presenten valores inferiores a él (nivel de confianza 95%).
• Resistencia de Cálculo (fcd): Es el cociente entre su resistencia característica y su coeficiente de seguridad (γ). (Dibujar campana con el 5% fck y en el centro de la campana dibujar fcm).

Métodos de Cálculo de Estructuras

• Métodos Clásicos o de Tensiones Admisibles: Se determinan las solicitaciones correspondientes a las cargas de servicio (tensiones de trabajo) y se comparan sus valores con una fracción de la resistencia de los materiales (tensión admisible).
• Métodos de Rotura: Se determinan las solicitaciones correspondientes a las cargas mayoradas y se comparan sus valores con las solicitaciones últimas, que son las que agotarían la pieza si los materiales tuviesen resistencias minoradas.
• Métodos Deterministas: Se consideran fijos los valores de cálculo.
• Métodos Probabilistas: Se consideran aleatorios los valores de cálculo, pero estimados con la fiabilidad que deseemos.

Durabilidad del Hormigón

Los elementos que más influyen son la presencia de agua y su mecanismo de transporte a través de poros y fisuras, así como la presencia de gases y agentes agresivos. Sin transporte no hay reacción. La difusión de agua y gases se contraponen, por ello las zonas de hormigón sometidas a humedad-sequedad son muy vulnerables.

Corrosión del Acero

El agua de los poros del hormigón armado tiene un pH muy elevado. Debido a esta alcalinidad, se forma una capa en la superficie del acero que lo protege de la corrosión (pasivación). Cuando penetra el CO2 en los poros, se produce carbonatación. El parámetro decisivo es la permeabilidad y el espesor del recubrimiento. Otra causa por la que puede perderse la capa es la presencia de cloruros (cantidades de cemento). Oxígeno = Oxidación.

La durabilidad de una estructura de hormigón es la capacidad para soportar las acciones físicas y químicas. (Gráficas del acero y hormigón).

Esbeltez

• Mecánica: λ = lp / i (longitud de pandeo y radio de giro)
• Geométrica: λ = lp / s (dimensión de la sección contenida en el plano)

Pórtico

• Traslacional (tiene movimiento)
• Inelástico

Comportamiento del Hormigón Frente a Solicitaciones Cortantes

• Se produce el alabeo de las secciones, por lo que deja de cumplirse la ley de Navier-Bernoulli.
• ¿Cambiar la armadura de una viga de un armado con diámetro 12 a una sección equivalente de diámetro 16 manteniendo las mismas longitudes es correcto? No, porque hay que tener en cuenta la longitud de anclaje que para diámetro 16 es mayor que para diámetro 12. Pero sí podríamos cambiar 1 Ø16 por un armado con Ø12 en una sección equivalente.
• ¿Qué teoría propone la EHE para el análisis de piezas a cortante? Método de bielas y tirantes. Sustituir una estructura de barras aisladas.

Dominios de Deformación

(Dibujo)

Clasificación de Acciones

• Según su naturaleza:
  • Directas – Indirectas (según su variación en el tiempo)
• Según causen aceleración:
  • Permanentes (G)
  • Permanentes valor no cte (G*)
  • Variables (Q)
  • Accidentales (A)
• Según variación en el espacio:
  • Fijas (peso propio)
  • Libres (sobrecargas uso)

Agentes Agresivos al Hormigón

• Acciones Mecánicas: Cargas, sobrecargas, impactos.
• Acciones Físicas: Temperatura, humedad, heladas.
• Acciones Químicas: Gases, agua agresiva.
• Acciones Biológicas: Vegetación, microorganismos.

Recomendaciones para Evitar Retracción

• Hormigonar con poca agua.
• Hormigonar con pocos finos.
• Rebajar a/c (relación agua/cemento).
• Compactar bien el hormigón.
• Hormigonar sin viento excesivo.
• No hormigonar a temperatura bajo cero.

Resistencia del Hormigón (Continuación)

• fc real: Valor de la resistencia a su izquierda 5% de la población.
• fest: Resistencia característica estimada: ensayos limitados.
• fck: Valor especificado en los planos con un 95% de confianza.

Armaduras

• Pasivas: Armaduras en secciones de hormigón no pretensadas.
• Activas: Pretensadas.

Decalaje

(Dibujo) Las armaduras se tienen que prolongar mediante una longitud neta + 1 canto útil. Las armaduras de flexión deben resistir un incremento de tracción debido al esfuerzo cortante. Decalaje ley de momentos: se cumple decalando la ley de momentos de cálculo Md una magnitud = al canto útil. Alargando las barras de tracción en el sentido más desfavorable para tener en cuenta el cortante (fisuración).

Proyecto

• Bases de cálculo
• Clase general (corrosión de armaduras)
• Clase específica (deterioro del hormigón)

Fisuración

• Elementos no estructurales: Tabiquerías, cerramiento, soleras.
• Elementos estructurales: Por efecto de acciones, tipos de fisuras (retracción, temperatura).

Microfisuración

Por retracción (cemento = una estructura que se fisura debido a una propiedad del hormigón llamada retracción).