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EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD RESISTENTE DE ELEMENTOS DE HORMIGÓN.Prontuario informático del hormigón
Sergio Carrascón Ortiz / Rafael Rueda ArrieteIngenieros de Caminos, Canales y PuertosIECA Tecnología
Valencia, 8 de abril de 2014
Jornadas técnicas: “REHABILITACIÓN DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN EN EDIFICIOS EXISTENTES. Análisis de casos prácticos”
Dada una estructura existente en algunos casos debemos poder dar undiagnóstico del comportamiento de la estructura por diferentes causas:
Rehabilitación y/o refuerzo estructural por patologías detectadas (por ejemplo,forjado de viguetas de aluminato de calcio).
Refuerzo por falta de resistencia de los materiales.
Necesidad de refuerzo estructural por cambio de uso y/o aumento desolicitaciones.
Evaluación del comportamiento de la estructura y su capacidad portante frentea nuevas solicitaciones (por ejemplo, caso de incendio).
Qué es la evaluación de estructuras existentes?
Proyecto o planos de ejecución de la estructura con dimensiones y armados delos diferentes elementos (Cimentaciones, pilares, jácenas, forjados).
Características de los materiales utilizados en proyecto y resultados del controlde calidad efectuado sobre los materiales puestos en obra.
Características reales de los materiales (principalmente hormigón), obtenidasmediante la extracción de testigos o métodos no destructivos fiables.
Solicitaciones de cálculo originales y nuevas solicitaciones.
Qué necesitamos para evaluar?
Estudio previo de los diferentes elementos (Cimentaciones, pilares, jácenas,forjados) para detectar los elementos críticos.
Comprobar los elementos críticos con las solicitaciones originales para ver sicumplen con los materiales de proyecto.
Comprobar los elementos críticos con las solicitaciones originales para ver sicumplen con los materiales reales (datos de testigos u otros ensayos).
Comprobar los elementos críticos con las solicitaciones nuevas para ver sicumplen con los materiales reales (datos de testigos u otros ensayos).
Si cumplen OK / Si no cumplen: estudio de refuerzos u otras medidas.
Cómo evaluamos la estructura?
Papel, lápiz y calculadora.
Programas de cálculo de estructuras.
Prontuario Informático del Hormigón Estructural (versión EHE‐08).
De que herramientas disponemos?
El PRONTUARIO INFORMATICO DEL HORMIGON fue una idea que surgió aprincipio de los años 80 con dos objetivos fundamentales:
Sustituir y ampliar las colecciones de diagramas y otro tipo de prontuarios queutilizaban los ingenieros estructurales, que permitían solo analizar un númerodefinido de situaciones.
Servir de ayuda a los alumnos de las Escuelas Técnicas para el aprendizaje delcomportamiento y evaluación del hormigón estructural.
Se presenta una actualización de la tercera versión del PRONTUARIOINFORMATICO DEL HORMIGON para adaptar el PRONTUARIO a la nueva EHE‐08 ypara poner al día, desde el punto de vista informático, los programas anteriores.
Qué es el PRONTUARIO INFORMÁTICO DEL HORMIGÓN ESTRUCTURAL?
Los módulos de cálculo se organizan en torno a dos módulos de entrada de datosgenerales: el módulo de Materiales y el módulo de Secciones.
Existen cinco módulos de cálculo:
Análisis (cálculo de esfuerzos y deformaciones de una barra aislada con distintascondiciones de vinculación)
Estados Límites Últimos (debidos a tensiones normales, cortante, torsión,punzonamiento, anclaje y solapo, rasante en juntas de hormigón e inestabilidad ensoportes esbeltos)
Estados Límite de Servicio (de deformaciones y fisuración)
Elementos estructurales (viga y pilar)
Ejecución y control (plazos de desencofrado y descimbrado, plazos de curado y controlestadístico del hormigón)
Como se estructura el PRONTUARIO INFORMÁTICO DEL HORMIGÓN ESTRUCTURAL?
Este módulo permite la definición de las características de los materiales de losdistintos tipos de hormigón y acero, que se vayan a utilizar el resto de losprogramas.
Las características son: mecánicas, reológicas (sólo hormigón), identificación (sóloacero de armar) y ecuación constitutiva.
Existen una serie de materiales que están predefinidos y que son los hormigones ylos aceros de armar y pretensar tipificados que indica la EHE‐08.
El usuario, para casos particulares, como puede ser la comprobación deestructuras existentes, por ejemplo, puede definir otros diferentes. Tanto para elhormigón como para los aceros nuevos deben definirse la resistenciacaracterística y el coeficiente de minoración.
Adicionalmente para el hormigón debe definirse el coeficiente de cansancio.
Módulo de Materiales (I)
Para el hormigón se pueden obtener una serie de características mecánicas, fck, fcd,fcm, fctm, fctk, fct,fl, E0j y Ej, y su evolución para distintas edades y para tres tipos decemento, de alta resistencia y endurecimiento rápido, resistencia normal yendurecimiento rápido y para cementos de endurecimiento lento.
Los valores de las distintas características mecánicas se han obtenido de acuerdocon los Artículos 31º y 39º de la EHE‐08.
Este módulo también permite la determinación de las características reológicasdel hormigón, coeficientes de fluencia y deformaciones de retracción. El programapermite definir una historia de las condiciones medioambientales y una historia,independiente, para la carga. Con esta información, se pueden determinar loscoeficientes de fluencia para distintos tiempos de puesta en carga y distintostiempos finales.
Módulo de Materiales (II)
Para el acero de armar, el módulo de materiales presenta dos solapas coninformación técnica de los aceros definidos en la EHE‐08, B‐500‐S, B‐500‐SD, B‐400‐S y B‐400‐SD, además de otra solapa en la que se representa la ecuaciónconstitutiva bi‐lineal considerada en el cálculo.
En Identificación se presenta una visualización para identificar el tipo de acero, suprocedencia y el fabricante.
En Características mecánicas, se indican las características mecánicas mínimasgarantizadas, las tensiones de adherencia y los diámetros de los mandriles para eldoblado de las barras, definidos en el artículo 31.2.
En Ecuación Constitutiva se representa la ecuación constitutiva bi‐linealconsiderada en el cálculo.
Módulo de Materiales (III)
Para el acero de pretensar se muestra una pestaña con las propiedades mecánicasgarantizadas y series de diámetros normalizados para alambres y cordones.
En Ecuación Constitutiva se representa la ecuación constitutiva considerada en elcálculo.
Módulo de Materiales (y IV)
Este módulo permite la definición de los distintos tipos de secciones que seutilizan en los programas de los módulos de ELU y ELS. El Prontuario, dependiendodel tipo de cálculo que se realiza, requiere distintos tipos de secciones.
Se pueden definir secciones:
rectangulares con armadura asimétrica, en el paramento inferior y superior; rectangulares con distribución de armadura constituida por redondos, situados
de forma más o menos genérica; en T, con armadura asimétrica en el paramento superior e inferior circulares con redondos uniformemente distribuidos secciones genéricas, en cuanto a geometría y distribución de armadura.
En esta edición 3.1 se ha añadido mucha mayor flexibilidad a la hora de definir elarmado de las secciones permitiendo distintos diámetros posiciones de armadurano alineadas con lados de la geometría y armaduras de pretensar.
Módulo de Secciones (I)
En la solapa Gráfico, características mecánicas, el programa permite ver la secciónintroducida y muestra asimismo las características mecánicas (área, inercias,radios de giro y posiciones de los ejes baricéntricos) correspondientes a la secciónbruta, homogeneizada y fisurada. Estas últimas características corresponden a lasección sometida a flexión simple con momento de signo positivo.
En la solapa Condiciones de durabilidad el programa permite la definición de lascondiciones de exposición y otras características a las que está expuesta la secciónconsiderada y, con estos datos, define el tipo de hormigón que se requiere asícomo los requisitos generales y adicionales de durabilidad.
Módulo de Secciones (II)
En la solapa M – 1/r se puede obtener el diagrama Momento – Curvatura de lasección para distintos axiles y en su versión Momento ‐ Curvatura o Momento –Rigidez secante. En esta pantalla se indican cinco axiles por defecto, que el usuariopuede cambiar, que están planteados de tal forma que el valor máximocorresponde a la mitad del axil que rompe la sección por compresión simple. Elresto de los valores corresponden a una fracción (0%, 25%, 50% y 75%) de estevalor.
El diagrama Momento – Curvatura se calcula despreciando la capacidad resistentea tracción del hormigón y el efecto de rigidización entre fisuras. Para el hormigóncomprimido adopta un diagrama parábola ‐ rectángulo y para el acero pasivo undiagrama bilineal y para el acero de pretensar la ecuación constitutiva de quintogrado del artículo 38.5 de la EHE‐08. Todas estas ecuaciones constitutivas seconsideran con valores de cálculo de las resistencias.
Módulo de Secciones (y III)
Este módulo permite el cálculo de esfuerzos y deformaciones de una barra aisladacon distintas condiciones de vinculación.
El módulo asigna a la barra una de las secciones definidas en el módulo desecciones. Adoptada una sección el programa muestra en los campos siguientes larigidez a flexión bruta, homogeneizada o fisurada de acuerdo con la elecciónrealizada. Este valor, que se asigna inicialmente de forma automática con losresultados previamente calculados en el módulo Secciones, puede modificarse.
La barra se define con la longitud y las condiciones de contorno, que debenelegirse de entre las opciones que permite el programa (biapoyada, biempotrada,empotrada‐apoyada o en voladizo).
Módulo de Análisis (I)
Se admiten cargas puntuales, momentos, cargas uniformemente repartidas ylinealmente variables. Para cada tipo se admiten 50 cargas.
Después de introducidos los datos generales, y pinchando el botón de cálculo elprograma produce la ley deformaciones, flectores y cortantes, gráficamente onuméricamente dependiendo de la solapa elegida. En la opción gráfica, elprograma permite que se puedan ver los valores numéricos de seccionesparticulares.
También se reflejan las cargas introducidas esquemáticamente en un dibujo, quepermite un control más adecuado de los datos introducidos.
En la opción numérica, correspondiente a la solapa identificada como Tablas, seindican asimismo las reacciones.
Módulo de Análisis (y II)
Este módulo permite el estudio de los Estados Limite Últimos debidos a tensionesnormales, cortante, torsión, punzonamiento, anclaje y solapo, rasante en juntas dehormigón e inestabilidad en soportes esbeltos, es decir, todos los Estados LímiteÚltimos definidos por la EHE para elementos de hormigón armado (exceptuandoel Estado Límite de Fatiga).
Módulo de ELU (I)
TN1. Flexión simple
Este programa permite, para una sección rectangular o en T seleccionada, eldimensionamiento, la comprobación y el cálculo del diagrama de flexión.
El programa TN1, al igual que todos los programas TN relativos al Estado LímiteÚltimo debido a Tensiones Normales, adopta las hipótesis generales definidas enel Artículo 42º de la EHE‐08.
Para la comprobación debe indicarse la armadura de la sección. Como resultado,se determinan las características del plano de deformación de agotamiento, lastensiones del hormigón y el acero, gráfica y numéricamente, y el momento últimoresistido.
Módulo de ELU (II)
TN3. Flexión compuesta recta
Este programa permite, para una sección rectangular o circular, eldimensionamiento, la comprobación y el cálculo del diagrama de interacción N‐M.
Para la comprobación, debe indicarse una pareja de axil y momento de cálculo y eldiámetro de la armadura dispuesta en la sección.
Como resultado se determinan las características del plano de deformación deagotamiento, las tensiones del hormigón y el acero, gráfica y numéricamente, y larelación entre la capacidad resistente de la sección y los esfuerzos de cálculointroducidos, a excentricidad constante.
Módulo de ELU (III)
TN5. Flexión compuesta esviada
Este programa permite, para una sección genérica, el dimensionamiento, lacomprobación y el cálculo del diagrama de interacción Mx‐My para un axil dado.
Para la comprobación, deben indicarse el axil, los momentos de cálculo y el factorpor el que se multiplican los diámetros de las armaduras variables dispuestas en lasección.
Como resultado, se determinan las características del plano de deformación deagotamiento, las tensiones del hormigón y el acero, gráfica y numéricamente, y larelación entre la capacidad resistente de la sección y los esfuerzos de cálculointroducidos, manteniendo constante el axil.
Módulo de ELU (IV)
TT1. Cortante. Sección rectangular y T
El programa TT1 permite la comprobación y dimensionamiento de seccionesrectangulares y en T en Estado Límite Último de Cortante. El procedimientoseguido es el planteado en el Artículo 44º de la EHE.
El usuario debe elegir entre las secciones rectangulares o T, definidas en el módulode Secciones.
El programa muestra los datos de estas secciones que son de interés para elcortante y que pueden modificarse. El programa, adicionalmente, pide otros datosnecesarios no definidos previamente (Cuantía geométrica de armaduralongitudinal, existencia de armadura comprimida, axil de cálculo concomitante conel cortante de cálculo a utilizar, etc.).
Módulo de ELU (V)
TT1. Cortante. Sección rectangular y T
El programa permite el estudio de secciones con y sin armadura de cortante. Talcomo se plantea en la EHE‐08, el programa permite la variación de la inclinaciónde la biela comprimida. Asimismo, se permite la utilización de armaduratransversal de inclinación variable.
Para secciones con armadura transversal el programa permite la comprobación yel dimensionamiento.
El programa permite comprobar la capacidad resistente de una sección con unaarmadura definida, en la solapa Comprobación. Para ello es necesario definir laarmadura transversal de la sección.
Módulo de ELU (VI)
TT2. Torsión. Sección rectangular
El programa TT2 permite la comprobación y dimensionamiento de seccionesrectangulares Estado Límite Último de Torsión. El procedimiento seguido es elplanteado en el Artículo 45º de la EHE‐08.
El usuario debe elegir entre las secciones rectangulares definidas en el módulo deSecciones.
El programa permite elegir el espesor ficticio de entre los valores permitidos. Amayor espesor se obtiene una mayor capacidad de las bielas comprimidas y serequiere mayor armadura.
El programa permite también definir los valores del coeficiente, que tiene encuenta el diferente confinamiento que confieren los distintos tipos de cercos, a losefectos de calcular la capacidad resistente las bielas comprimidas.
Módulo de ELU (VII)
TT3. Punzonamiento
El programa TT3 permite la comprobación y dimensionamiento de losas frente alEstado Límite Último de Punzonamiento. El procedimiento seguido es el planteadoen el Artículo 46º de la EHE‐08.
Al utilizar el programa TT3, deben definirse todos los datos de la losa ya que elmódulo de Secciones no permite la definición de este tipo de secciones.
El usuario debe dar información del pilar y la losa a estudiar.
En la solapa Pilar y losa se debe elegir la situación del pilar, interior, borde oesquina, la forma del pilar, circular o rectangular, y las dimensiones del pilar y de lalosa.
Módulo de ELU (VIII)
TT4. Anclaje y solapo
El programa TT4 permite la determinación de la longitud de anclaje y solapo de acuerdocon los criterios establecidos en el Artículo 66º de la EHE‐08.
En este caso, el usuario debe definir los datos de los materiales, el tipo de anclaje que seplantea (Prolongación recta, con patilla, con forma de gancho, anclaje U o con barratransversal soldada) y la relación entre la cuantía estricta y la real en la zona del anclaje.Este programa admite solamente los materiales predefinidos en la EHE‐08.
Como novedad en esta versión del prontuario se incorpora el cálculo de anclaje de barrasmediante placa. En numerosas ocasiones en la práctica debido a la congestión de armadurao en estructuras de espesores muy estrictos, no resulta posible anclar las barras mediantelongitudes de anclaje, incluso utilizando patillas.
El programa determina en la solapa de Anclaje una tabla para distintos diámetros con laslongitudes de anclaje correspondientes.
Módulo de ELU (IX)
TT5. Rasante en juntas entre hormigones
El programa TT5 permite la comprobación y dimensionamiento de juntas entrehormigones en Estado Límite Ultimo de Rasante. El procedimiento seguido es elplanteado en el Artículo 47º de la EHE‐08.
El programa permite comprobar la capacidad resistente, en la solapaComprobación, para un armado definido. Para ello, en esta solapa es necesariodefinir la cuantía de armadura que cose la junta.
El programa también permite el dimensionamiento en la solapaDimensionamiento. Aquí se pide el esfuerzo de rasante de cálculo actuante en lajunta y se obtiene la armadura transversal necesaria. Cuando el hormigón essuficiente para resistir los esfuerzos de cálculo aparece un mensaje que indica estasituación.
Módulo de ELU (X)
P1. Pandeo
Este programa permite, para una sección rectangular o circular, eldimensionamiento, la comprobación y el cálculo del diagrama de interacción de unsoporte esbelto sometido a flexión compuesta recta de sección constante, engeometría y armadura.
El programa P1 utiliza el método APROXIMADO establecido en el Artículo 43º de laEHE‐08. Al igual que todos los programas TN relativos al Estado Límite Últimodebido a Tensiones Normales, para el análisis de la sección adopta las hipótesisgenerales definidas en el Artículo 42º de la EHE‐08.
El usuario debe elegir una sección rectangular o circular, de las previamentedefinidas en el módulo de Secciones, en la solapa Sección y las características delsoporte y la estructura a la que pertenece el soporte, en la solapa Estructura.
Módulo de ELU (XI)
F1. Fisuración
Este programa permite, para una sección rectangular con la armadura definida poráreas, la comprobación del Estado Límite de Servicio de Fisuración para flexiónsimple o tracción simple.
El programa Fisuración utiliza los criterios establecidos en el Artículo 49º de laEHE‐08.
El usuario debe elegir una sección rectangular, de las previamente definidas en elmódulo de Secciones. Cuando se elige una sección, el programa muestra lascaracterísticas del ambiente al que está expuesta la sección, lo cual permiteestablecer las exigencias requeridas de abertura de fisura.
Módulo de ELS (I)
D1. Flechas
Este programa permite la comprobación del Estado Límite de Deformaciones parauna viga de sección rectangular con distintas condiciones de apoyo y para unahistoria de cargas definida.
El programa Flechas utiliza el método simplificado establecido en el Artículo 50ºde la EHE‐08.
El usuario debe definir la viga por su longitud y condiciones de contorno. Elprograma calcula las cuantías geométricas correspondientes a las armaduras detracción, ρ, y de compresión, ρ’, automáticamente en secciones rectangulares ysecciones en T.
En el caso de sección circulares o genéricas, ρ y ρ’ valen cero por defecto.
Módulo de ELS (II)
D1. Flechas
El programa establece una serie de situaciones usuales (biarticulada,biempotrada, articulada empotrada, en voladizo, etc.) que pueden definirse solopinchando el gráfico correspondiente. En cualquier caso eligiendo la vigabiarticulada e introduciendo los momentos de continuidad adecuados se puederepresentar cualquier situación genérica.
Módulo de ELS (III)
EC1. Plazo de desencofrado y descimbrado
Este programa permite determinar la edad de descimbrado de acuerdo con laestimación que recoge el Artículo 74º de la EHE‐08.
El usuario debe indicar la temperatura media en el período en que se realiza laoperación y la relación entre la carga de la estructura en el momento dedescimbrar G y el resto de la carga que actuará posteriormente Q.
El programa determina el número de días que deben transcurrir antes deldescimbrado, según los datos introducidos.
Adicionalmente, se muestra una tabla para distintos valores de temperatura yrelación G/Q. Asimismo, se reproduce una tabla incluida en los comentarios delArtículo 74º de la EHE‐08.
Módulo de Ejecución y Control (I)
EC2. Curado
Este programa permite estimar el tiempo de curado para un elemento dehormigón de acuerdo con el criterio establecido en los comentarios del Artículo71.6º de la EHE‐08.
El usuario debe introducir una serie de datos y obtiene como resultado el tiempoestimado de curado para el caso estudiado.
Módulo de Ejecución y Control (II)
EC3. Control estadístico del hormigón
Este programa permite determinar la aceptabilidad de un lote de acuerdo con laModalidad 1 (Control estadístico del hormigón) establecida en el artículo 86.5 dela EHE‐08 a partir de las resistencias obtenidas, mediante ensayos, de las distintasamasadas consideradas.
El usuario debe definir las características de producción del hormigón e introducirlos valores de las resistencias obtenidas para cada amasada controlada.
El programa determina la resistencia media, y, en su caso el recorrido del lote.También muestra gráficamente los valores analizados y los resultados obtenidos.
Módulo de Ejecución y Control (y III)
¡MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN!
Sergio Carrascón Ortiz ([email protected])Rafael Rueda Arriete ([email protected])WWW.IECA.ES
Valencia, 8 de abril de 2014
Jornadas técnicas: “REHABILITACIÓN DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN EN EDIFICIOS EXISTENTES. Análisis de casos prácticos”
EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD RESISTENTE DE ELEMENTOS DE HORMIGÓN.Prontuario informático del hormigón
Sergio Carrascón Ortiz / Rafael Rueda ArrieteIngenieros de Caminos, Canales y PuertosIECA Tecnología
Valencia, 8 de abril de 2014
Jornadas técnicas: “REHABILITACIÓN DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN EN EDIFICIOS EXISTENTES. Análisis de casos prácticos”
