Análisis teórico y experimental de la capacidad a cortante en forjados de vigueta pretensada
- Autores: Aurelio Domínguez Alvarez
- Directores de la Tesis: Narciso Jesús Vázquez Carretero (dir. tes.), David Izquierdo López (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2015
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Antonio R. Marí Bernat (presid.), José Sánchez Sánchez (secret.), José Pedro Gutiérrez Jiménez (voc.), Amadeo Benavent Climent (voc.), Andrés Sáez Pérez (voc.)
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- Tesis en acceso abierto en: Idus
- Resumen
Tradicionalmente y aún en la actualidad, un gran número de los elementos resistentes prefabricados ejecutados mediante máquinas ponedoras o extrusoras deslizantes, presentan una configuración geométrica en la que, debido al proceso de fabricación, la colocación de armadura transversal para absorber el esfuerzo cortante es difícil o prácticamente imposible. Estos productos, en su mayoría asociados a sistemas de forjados unidireccionales (viguetas, losas alveolares, prelosas, correas,...etc.) pueden estar en muchos casos completados en obra con una capa de compresión de hormigón en masa, de modo que desde el punto de vista del análisis estructural, se trata de secciones parcialmente pretensadas sin armadura de corte. Aunque suponen sistemas estructurales ampliamente regulados por normativa específica, tanto desde el punto de vista técnico como del control de calidad, su aplicación mayoritaria dentro del sector de la edificación ha provocado que, en cierta medida, hayan quedado al margen del estudio que desde el ámbito técnico se ha desarrollado en otros elementos prefabricados de mayor envergadura, como por ejemplo las grandes vigas para puentes, las vigas artesas o las traviesas postesadas. De hecho, los estudios sobre capacidad a cortante en piezas prefabricadas, se han centrado principalmente en el agotamiento por biela comprimida, precisamente en secciones de obra civil donde se combinan secciones delgadas, con pretensado en toda la sección y armadura transversal. En los tipos de secciones abordados en este análisis, la problemática es distinta, puesto que lo que condiciona la capacidad a cortante de la sección es la ausencia de armadura de corte. De este modo, se alcanza el agotamiento por tracción oblicua en el alma, provocando un fallo o rotura frágil, normalmente asociado a la aparición de fisuras en la fibra más débil de la sección. Historicamente, en la normativa española el comportamiento frente a esfuerzo cortante de los forjados unidireccionales de viguetas pretensadas y bovedillas, de uso habitual en nuestro país, ha recibido un tratamiento diferencial respecto de las formulaciones establecidas con carácter general para elementos de hormigón (armado y pretensado). A partir de los primeros estudios experimentales de los Profesores Javier Lahuerta Vargas y Eduardo Torroja , y la elaboración de documentos específicos para el control de producción y el cálculo de forjados de viguetas pretensadas se estableció como capacidad de tensión tangencial admisible en el elemento un valor del doble del considerado en general para secciones sin armadura transversal. Este criterio se vino manteniendo en las versiones posteriores de la normativa específica para forjados unidireccionales, la Instrucción EF-88 , la Instrucción EF-96 y la Instrucción EFHE del año 2003, aunque con algunas matizaciones en cada edición. En todos los casos, la capacidad a cortante prevista venía determinada exclusivamente por la resistencia característica del hormigón y la geometría de la sección, sin tener en cuenta la cuantía de acero traccionado o el efecto del pretensado. Además, esta formulación se aplicaba tanto para cortante en flexión positiva como en flexión negativa. En el caso de losas alveolares, habituales en toda Europa, para elementos isostáticos y secciones donde no se superase el momento de descompresión, se proponía una fórmula adaptada a partir de la expresión de la tensión tangencial en cálculo elástico, introduciendo el tema de la cuantía y el efecto del pretensado como una mejora dentro del término de la tensión admisible. En el caso de flexión negativa o fisuración, se remitía a la expresión general de la capacidad a cortante. El resto de productos, como las prelosas pretensadas o los elementos nervados, al no tener formulaciones específicas, debían calcularse en todos los casos mediante la expresión general. Siguiendo la tendencia actual tanto a nivel europeo como nacional, de intentar homogeneizar criterios y unificar el análisis en una sola expresión teórica, la Instrucción EHE del año 2008 propone, en la misma línea que el Eurocódigo 2 , el empleo de dos fórmulas, dependiendo de si se ha alcanzado o no la fisuración en la sección objeto de análisis. Aunque en algunos casos concretos, como el de viguetas pretensadas, donde se comentan ciertas especificaciones particulares para la aplicación de estas expresiones, la realidad es que la mayoría de las configuraciones de estos sistemas estructurales ha conducido a valores teóricos inferiores a los que se empleaban con la normativa específica, en muchos casos debido a las simplificaciones realizadas desde la experimentación hasta el ajuste final de las fórmulas. Ineludiblemente unido al estudio del cortante, aparece el problema del rasante o monolitismo del sistema, como se denomina en las normas armonizadas de producto (Product Standard). No hay que olvidar tampoco la complejidad o diversidad de soluciones constructivas que existe a la hora de colocar el elemento prefabricado: apoyo directo, longitud de la entrega, apoyo indirecto y armadura de solape, continuidad o no de vanos, macizado,...etc. que hacen que al problema teórico de la capacidad a cortante y rasante de la sección compuesta se le añadan variables que escapan a la formulación general. Como puede observarse, a partir de la situación actual parece necesario acometer una profunda reflexión acerca de las distintas líneas de investigación existentes o pendientes de iniciar y los planteamientos normativos, ya que como norma general, las situaciones particulares del proyectista suelen diferir de la situación general contemplada en la normativa, lo que puede inducir a confusiones, criterios de interpretación ad-hoc o incluso falta de seguridad en las estructuras. Para este estudio, se ha podido contar con los datos de más de 190 ensayos de resistencia a cortante de nervios de forjado formados por vigueta pretensada prefabricada y hormigón en masa, de manera que se refleje eficazmente la geometría de la pieza en el forjado. Estos datos corresponden a los ensayos que se realizan periódicamente en las instalaciones del Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja, como parte del control de producción, sobre los productos de fabricantes en posesión del Sello CIETAN. Estos ensayos se han venido realizando desde hace más de 40 años, siguiendo el protocolo de ensayos propuesto en distintos textos normativos europeos, si bien a partir del año 2003 empezaron a tener cabida nacional a través del anejo 5 de la Instrucción EFHE 5. También se disponen de resultados experimentales de la misma fuente, en losas alveolares sin capa de compresión, por lo tanto secciones prefabricadas pretensadas en su totalidad, que no se han incluido en este estudio, pero que suponen un buen punto de partida para continuar con el análisis del cortante en secciones pretensadas de hormigón. En el presente trabajo se estudia a nivel teórico y experimental el comportamiento de los elementos y sistemas comentados ante el esfuerzo cortante. Se han empleado para ello las distintas formulaciones disponibles, tanto a nivel nacional como internacional, obteniendo los distintos valores teóricos previstos mediante el cálculo. A partir de los mismos, se ha desarrollado un análisis comparativo para una sección genérica y para algunos casos reales. Es objetivo del presente trabajo, por tanto, elaborar un estado del conocimiento lo más actualizado posible y centrarlo en el campo específico de la prefabricación, concretamente en elementos parcialmente pretensados de empleo en forjados unidireccionales, de manera que puedan determinarse los parámetros específicos que influyen en la resistencia a cortante del sistema estructural. También es objetivo del trabajo hacer una correlación entre los resultados del comportamiento real de los elementos ensayados y los previstos teóricamente a través del cálculo, incidiendo en las diferencias de cada una de las fórmulas que le sean de aplicación. Por último, se pretende racionalizar el análisis de la capacidad a cortante en secciones pretensadas mediante la propuesta de un modelo que, recogiendo todas las variables que intervienen en la resistencia a este esfuerzo, concuerden con los resultados experimentales incluidos en el presente trabajo.
