Las estructuras de hormigón se han concebido normalmente con juntas de dilatación para longitudes de no más de 30.00 m ó 40.00 m, ya que la normativa históricamente ha establecido este límite para poder no considerar en el cálculo los efectos de las deformaciones impuestas. En el mejor de los casos algunas normativas, que no limitan la evolución de la ciencia, establecen que las limitaciones en la longitud máxima entre juntas de las estructuras de edificación pueden superarse siempre que se justifiquen adecuadamente.
Las juntas de dilatación constituyen, en muchos casos, un gran problema para la gestión posterior del edificio. Las juntas, especialmente en edificios públicos, donde no hay una división funcional coincidente con ellas, constituyen un punto débil:
• Desde el punto de vista estructural, ya que rompe una continuidad siempre favorable
para la optimización del comportamiento estático.
• En zonas sísmicas, donde los movimientos de las partes colindantes del edificio requieren
aberturas compatibles muy importantes y de difícil ejecución.
• Desde el punto de vista formal, ya que supone acudir, por ejemplo, a soluciones de doble
pilar o juntas a quintos de la luz con detalles de transmisión de cortante, que plantean una ruptura del ritmo lógico de la estructura.
• Desde el punto de vista constructivo, ya que muchas veces, especialmente cuando no hay
independencia estructural entre las partes adyacentes divididas por una junta de
dilatación, se crean unas rigideces en el proceso constructivo que limitan la velocidad de construcción.
• Desde el punto de vista funcional, ya que se requiere la instalación de una junta de
dilatación que debe cumplir unas condiciones no siempre satisfechas por la oferta del mercado.
• Desde el punto de vista de mantenimiento y de gestión posterior del edificio, ya que
normalmente cuentan con problemas de humedades, de evacuación de aguas, etc., con la consiguiente necesidad de tener que mantener y cambiar la junta.
Todas estas razones explican el interés de este tema desde el punto de vista de proyecto, ejecución y mantenimiento de las estructuras de edificación.
Como tantas otras veces el proyecto de este tipo de edificios ha ido por delante de la investigación teórica y experimental.
En España se han ejecutados muchos edificios integrales, sin juntas. Uno de los primeros edificios proyectados sin juntas ha sido el edificio de la Facultad de Derecho de la Universidad de la
Coruña, en 1992, con una longitud máxima de 125.00 m. Después se han proyectado otros: el Kursaal en San Sebastián, en 1999, con una longitud máxima de 77.00 m, el Hospital de
Fuenlabrada, en 2004, con una longitud máxima de 159.50 m, el Intercambiador de Avenida de América, en 1999, con una longitud máxima de 208.00 m, y, más recientemente, el aparcamiento bajo la calle Serrano, actualmente en construcción, con una longitud máxima de 460.70 m, entre otros.
Se trata de un problema en el que se combinan los efectos de las cargas exteriores, que aparecen a edades tempranas en los edificios, y de las deformaciones impuestas, que aparecen con el
tiempo para hacerse máximas transcurrido un determinado número de años. Adicionalmente se presenta la temperatura, que tiene una variación estacional y una variación diaria, ambas
importantes en este proceso.
No existen resultados experimentales específicos que ilustren este comportamiento. Se ha estudiado experimentalmente el efecto de una deformación impuesta axil aislada, que no representa el problema [50, 64-68, 83, 119]. Además, fenómenos de tanta importancia como el alargamiento del elemento estructural de hormigón debido a la fisuración son tratados muy tangencialmente y de manera muy reciente en la bibliografía [41, 97, 120].
No se ha estudiado de forma teórica explícita el comportamiento de secciones fisuradas en condiciones de servicio sometidas a deformaciones impuestas axiles, algo fundamental para el entendimiento fenomenológico del problema.
Desde el punto de vista del Estado Límite Último, para condiciones avanzadas de carga y para estados avanzados de fisuración, se ha estudiado el efecto de la redistribución de esfuerzos, teórica y experimentalmente, debido a cargas exteriores, pero no a la combinación de cargas exteriores y deformaciones impuestas axiles. No hay criterios de proyecto para el cálculo de estructuras sometidas a estos estados de carga.
En este trabajo se ha construido un estado del arte donde se han estudiado las investigaciones afines con una reinterpretación de los resultados, teniendo en cuenta el problema tratado en esta tesis. Asimismo, se han realizado contrastaciones teóricas de los resultados expuestos por otros autores [50, 64-69, 73, 74, 81, 83, 100], aprovechando este trabajo para valorar un modelo de cálculo teórico, usando el programa de elementos finitos SOFiSTiK [105], que se utiliza en el resto del trabajo.
Este tipo de acciones produce efectos hasta ahora poco conocidos y descritos raramente en la bibliografía. Por una parte, debido a las acciones exteriores, se genera una expansión del elemento estructural a nivel de la fibra de referencia, normalmente la baricéntrica de la sección
bruta, denominado beam growth, que produce un alargamiento cuando la viga no está
coaccionada en el sentido longitudinal y unos esfuerzos, generalmente axiles de compresión, si la
viga está coaccionada horizontalmente. Por otra parte la deformación en esta fibra depende de la
magnitud de los efectos diferidos.
Estos efectos se tratan pormenorizadamente con hipótesis simples para una comprensión profunda del funcionamiento de este tipo de estructuras. Se estudia en primer lugar el problema a nivel de sección mediante un análisis de los distintos parámetros que definen el
comportamiento seccional, como las rigideces, la deformación en la fibra de referencia, la profundidad de la fibra neutra y las tensiones en las fibras relevantes. Este estudio crea la base para el análisis a nivel estructural. Mediante elementos estructurales simples, vigas y pilares, se desarrolla un método simplificado que permite la verificación de una estructura integral sometida a deformaciones impuestas en servicio sin la necesidad de cálculos no lineales. Posteriormente se contrasta el método desarrollado con estructuras de pórticos, que corresponden a una representación general de cualquier tipo de estructura de edificación. Finalmente, se realizan algunos estudios paramétricos, que permiten establecer criterios de proyecto.
También se considera el aspecto de la seguridad estructural. Para ello se muestra el concepto del coeficiente de seguridad de los cálculos lineales según las normativas y el problema de
comportamiento real. Se muestra que las deformaciones impuestas consideradas no tienen una influencia importante sobre la magnitud de la capacidad última.
De esta manera se presenta un método simplificado que permite estimar, con los medios
disponibles en proyecto, los efectos conjuntos de cargas gravitatorias y deformaciones impuestas axiles en este tipo de estructuras aporticadas.
Se ha estudiado experimentalmente el comportamiento de dos edificios reales, un pórtico de la Nueva Área Terminal del Aeropuerto de Barajas y los forjados apoyados en pantallas de pilotes de un aparcamiento en Vigo. Ambos proyectos son estructuras integrales, ya que tienen grandes distancias entre juntas y una conexión monolítica entre pilares y dintel y pilotes y losa,
respectivamente. La monitorización de estructuras reales entraña dificultades enormes que no siempre permiten obtener una información completa y consistente de resultados
experimentales.
A la luz de estos resultados y de la comprensión teórica del problema tratado, se plantean
explicaciones cuantitativas y cualitativas de los fenómenos observados. Se utiliza el conocimiento generado durante el estudio teórico para interpretar los datos obtenidos de la experimentación y, a su vez, se aplica el método simplificado y se verifica de esta manera la teoría desarrollada con la práctica. La aptitud práctica del método simplificado se ha verificado además en dos ejemplos de proyecto, aplicándose para la predicción de la abertura de fisuras en Estado Límite de Servicio.