Diseño óptimo de estructuras de hormigón armado y pretensado considerando la vida útil como requisito prestacional

Abstract

La corrosión del acero de refuerzo es una de las principales causas de deterioro en las estructuras de hormigón. Las principales consecuencias de la corrosión de las armaduras son la reducción de la sección transversal de la barra, el desprendimiento y fisuración del recubrimiento y el deterioro de las características de adherencia entre el hormigón y el acero. Dichas consecuencias conllevan a la disminución de la capacidad portante máxima, la pérdida de la capacidad de servicio y la seguridad estructural. En la actualidad existen dos teorías sobre si afecta o no la fisuración en la corrosión de las armaduras, llegando a ser contradictorias. La normativa española, EHE‐08 (Gobierno de España, 2008) trata la fisuración con una de las teorías en el artículo 49º del Capítulo 11, prescribiendo anchos de fisura variables en función del ambiente, que pueden llegar a condicionar el diseño, mientras que en el método del Anejo 9 no considera la influencia de la fisuración. Los códigos y normativas consideran que los criterios de durabilidad se deben satisfacer en términos de ancho de fisura, recubrimiento del hormigón y cantidad de cemento, los cuales deben ser satisfechos independientemente. Por este motivo, la fisuración tiene una gran influencia en la comprobación de la durabilidad y limitar la fisura es fundamental. Sin embargo, estos parámetros interactúan entre sí, abriendo la posibilidad de un diseño optimizado para una vida útil equivalente, no considerada en las normativas actuales, que pueden hacer que, aunque aparezcan microfisuras, la estructura siga teniendo la durabilidad adecuada para el tiempo para el que ha sido proyectado. El objetivo de este TFM es estudiar cómo afecta la fisura en el cálculo de la durabilidad y determinar cuáles son los criterios para un diseño optimizado, en el que se tengan en cuenta factores como el recubrimiento y las características del hormigón, con un ancho de fisura menor que 0,5 mm. De este modo, se hará una comparativa sobre la armadura necesaria para cumplir con la normativa y la armadura necesaria en el caso del diseño optimizado.

Corrosion of reinforcing steel is one of the main causes which leads to the deterioration of concrete structures. The most significant consequences of above mentioned corrosion are: the reduction of cross‐section of the reinforcing bars, spalling, loss of bond stress and cracking of the concrete cover, which in turn, could affect the concrete load capacity, serviceability and structural safety. Currently, there are two theories concerning the influence of concrete cracking on the corrosion of steel reinforcement, which are contradictory. The Article 49 of the Spanish Code on Structural Concrete (EHE‐08) states that the crack width, which depends on the environment, has an influence on design process of the concrete structures. However, the crack width should not be considered as a parameter during the designing, according to the information, which is provided in Annex 9 of above mentioned code. Also, codes and standards state that the durability of concrete structure must meet the next requirements: established values concerning the crack width, concrete cover and water/cement ratio. It should be highlighted that above mentioned parameters are to be considered independently of each other. As it is possible to notice, cracking of the concrete has a significant influence on concrete design, therefore the reducing of crack widths is a crucial task. Nevertheless, above‐named parameters are closely interrelated what gives the opportunity to optimize the design for service life of the structure which permits the certain appearance of microcracks while maintaining the appropriate durability for the established period of project. The objective of this research is to study the cracks influence on the calculations concerning the durability of structure in order to determine the main criteria for the optimized design method which considers the next factors: the concrete cover and concrete type provided that the crack width is less than 0,5mm. For this purpose, it will be made a comparative between the required reinforcement to comply with the regulations and the calculated amount of reinforcement obtained by optimized design.