Análisis de los criterios de construcción y diseño para minimizar el riesgo de figuración de particiones interiores por excesiva deformabilidad de la estructura horizontal

La Cátedra de Edificación de la Universidad Politécnica de Madrid, en colaboración con el instituto Técnico de Materiales y Construcciones (iNTEMAC), está llevando a cabo una investigación sobre las distintas variables que pueden influir en ia aparición de fisuras en tabiques y cerramientos de edificios con estructura de hormigón armado debido a la flecha vertical de la estructura horizontal, problema que aún no ha sido resuelto de forma totalmente satisfactoria con los criterios de las normativas, en particular las vigentes en España. De un primer análisis de de los casos analizados se deduce la importante influencia de otras variables no contempladas por la normativa en la aparición de daños y en la intensidad de estos. En la presente comunicación se exponen los principales resultados obtenidos en dichos análisis

Influencia de la configuración geométrica de placas prefabricadas para forjados en las tensiones originadas por la transferencia del pretensado en elementos realizados con armaduras pretesas ancladas por adherencia

Las piezas pretensadas de hormigón presentan zonas muy solicitadas correspondientes a la zona de transferencia. En muchos casos se ha detectado figuración en tales zonas cuyo origen está ligado a la transferencia de la fuerza de pretensado, pudiendo llegar a causar el rechazo de la pieza. En el caso de las piezas prefabricadas con armaduras pretesas adherentes, no siempre es posible disponer armado transversal para controlar esta fisuración, ya sea por el proceso constructivo, ya sea por disponer en general de secciones transversales muy optimizadas. Recientemente se desarrolló una nueva tipología de piezas de hormigón prefabricado para forjados unidireccionales pretensadas con armadura activa pretesa y sin armadura transversal. La tipología se asimila a una sección en PI invertida, con alas de gran envergadura en comparación con el ancho de nervio, y armadura activa distribuida en las alas. Este diseño parece propenso a la aparición de fisuración en el momento de la transferencia del pretensado. Así, se han producido fallos de carácter frágil: colapso de piezas ya colocadas en obra, separándose la losa inferior de los nervios y cayendo sobre el piso. Las herramientas de análisis usuales han resultado inútiles al aplicarse a la investigación de esta patología. Para afrontar el estudio de los problemas detectados en la tipología, se ha analizado el fenómeno de las tensiones de tracción en la zona de transferencia, usualmente denominadas exfoliación y estallido, así como los métodos de análisis aplicables a elementos pretesos sin armadura transversal. En algunas ocasiones se trata del resultado de trabajos desarrollados para piezas postesadas, o para calcular cuantías de armadura transversal, adaptados a posteriori. También existen métodos desarrollados específicamente para piezas pretesas sin armadura transversal. Junto a los factores considerados en los métodos existentes se han localizado otros, no tenidos en cuenta habitualmente, pero que pueden ser determinantes en piezas no convencionales, como son: la existencia de pretensado superior e inferior, la falta de simetría de la sección transversal, el ancho variable de las piezas, una relación entre el ancho del ala y el espesor de los nervios elevada, la distribución transversal del pretensado en relación al ancho variable. Además, la mayoría de los métodos se han basado en simplificaciones bidimensionales. Para tener en cuenta la influencia de estos factores, se han modelizado piezas en las que varían tanto la geometría de la sección transversal y la cuantía de pretensado, como la ley de adherencia o la distribución de armadura activa en la sección. Estos modelos se han analizado mediante el método de elementos finitos, efectuándose u análisis elástico lineal tridimensional. En general, los métodos existentes no han predicho adecuadamente las tensiones obtenidas mediante elementos finitos. Sobre los resultados obtenidos por elementos finitos se ha desarrollado un ajuste experimental, que presentan un alto grado de correlación y de significación, así como una reducida dispersión y error relativo. En consecuencia, se propone un método de obtención de la tensión máxima de exfoliación, consistente en varias ecuaciones, que tienen en cuenta las peculiaridades de la configuración de las piezas citadas y permiten considerar cualquier ley de adherencia, manteniendo la coherencia con la longitud de transmisión. Las ecuaciones se emplean para la obtención de la tensión máxima de exfoliación en piezas de la tipología estudiada cuya armadura activa se sitúe fuera del núcleo central de la sección transversal. Respecto al estallido, se propone una modificación de los métodos existentes que, comparado con los resultados del análisis por elementos finitos, mejora el valor medio y la dispersión a valores admisibles y del lado de la seguridad. El método considera la geometría de la sección y la distribución del pretensado en la losa inferior. Finalmente, se ofrecen estrategias de diseño para piezas de la tipología o semejantes. End zones of prestressed concrete members are highly stressed. Cracking have often appeared at end zone, and its beginning is related to prestress release. Some members become rejected because of these cracks. Sometimes it is not possible having transverse reinforcement in order to control cracking, when referring to pretensioned precast members. The reason may be the construction process or highly optimized crosssections. A new typology of precast concrete members designed for one-way composite floors was recently developed. The members, without transverse reinforcement, are prestressed with pretensioned wires or strands. This typology is similar to an inverted TT slab, with a large flange related to the web thickness and prestressing reinforcement spread across the flange. This design is highly susceptible to appear cracking at prestress release. Therefore, brittle failures have been reported: fail of slabs laid in place on a construction site, resulting in the separation of the flange from the webs,, and the subsequent fall on the lower floor. Usual analytical methods have been useless to study the failure. End zone tensile stresses have been analysed to study the detected typology problems. These tensile stresses are usually called spalling and bursting (also called splitting in the U.S.). Analysis methods applicable to pretensioned members without transverse reinforcement have been analysed too. Some methods were originally developed for postensioned concrete or for obtaining the amount of transverse reinforcement. In addition, there are methods developed specifically for pretensioned members without transverse reinforcement. Some factors, frequently ignored, have been found, such as lower and upper prestress, lack of symmetry in the cross section, variable width, a high ratio between flange width and web thickness or prestressing reinforcement location related to variable width. They can play a decisive role in non-conventional members. In addition, most methods are based on 2D simplifications. Finite Element modelling has been conducted in order to consider the influence of these factors. A linear 3D approach has been used. The modelled members vary according to cross section geometry, bond behaviour, or prestressing reinforcement location. In general, the obtained tensile stresses don’t agree with existing methods. An experimental adjustment has been conducted on the obtained results, with a high correlation ratio and significance level as well as a low dispersion and relative error. Therefore, a method to obtain the maximum spalling stress is proposed. The proposal consists on some equations that consider the special features of the typology and bond behaviour. Consistency between transmission length and bond behaviour is considered too. The equations are used to calculate maximum spalling stress for the studied typology members whose prestressing reinforcement is located out of the core of the cross section. In relation to bursting, a modification of existing methods is proposed. Compared to finite element results, the proposal improves mean value and dispersion, whose ranges are considered acceptable and secure. The method takes into account cross section geometry and location of prestressing reinforcement across the lower flange. Finally, strategies to design members of this typology or similar are proposed.

Desmaterialización de la envolvente estructural contemporánea : una secuencia de estrategias arquitectónicas en Toyo Ito, Herzog&de Meuron y Sanaa

La Tesis investiga aquellas obras en las que se ha producido un desplazamiento de la estructura portante hacia el perímetro del edificio para alcanzar su posterior desvanecimiento aplicando ciertos mecanismos arquitectónicos. En el proceso de la investigación se ha detectado cómo la rotundidad e inmediatez de la huella de lo estructural percibida en la arquitectura tradicional, tiende a desvanecerse, su desmaterialización queda patente en ciertas obras de la arquitectura contemporánea. La investigación comienza con la concordancia hallada entre tres edificios contemporáneos cuyo perímetro lo conforma una Envolvente Estructural: la tienda TODS, de Toyo Ito (2003); PRADA, de Herzog&de Meuron (2000) y DIOR, de SANAA (2001). Tres obras de fechas consecutivas, que, aun respondiendo a las mismas condiciones de ubicación, Omotesando (Tokio), uso, volumetría, altura y superficie, su Envolvente se configura de modo muy diverso, produciendo soluciones estructurales diferenciadas y heterogéneas. De estos tres modos de configurarse la envolvente, se desprenden las tres estrategias arquitectónicas empleadas en el desarrollo de la Tesis: figuración, abstracción y desmaterialización. Así pues, la investigación descubre, por una parte, un procedimiento figurativo que pone el acento en valores expresivos empleando códigos de significado como son los objetos de la naturaleza; por otra parte, un procedimiento abstracto, priorizando las reglas de construcción formal del propio objeto; y por último, como continuación de los anteriores, se descubre un procedimiento de desmaterialización planteado desde la delgadez de los muros, los materiales efímeros o una semitransparencia que pretende mayor conexión con el mundo exterior. Con el análisis de estas tres categorías secuenciales desveladas por los edificios citados de Omotesando, se han identificado otras obras clarividentes de Toyo Ito, Herzog&de Meuron y SANAA, por ser representativos de dichas nociones. Así pues, se han seleccionado veinticuatro casos de estudio y se han ordenado formando una colección de obras capaz de llegar a formular por sí misma un enunciado conclusivo sobre los procedimientos arquitectónicos capaces de velar la estructura mecánica. En la actualidad, el planteamiento de la Envolvente Estructural recurre a un nuevo modo de abordar la arquitectura. Esta ya no consiste en el juego sabio, correcto y magnífico, sino que adquiere una nueva dimensión poética desde la ausencia de la esencia resistente. Efectivamente, por un lado, se ha afirmado que ‘sin estructura no hay arquitectura’; y por otro lado, se trata de hacerla desaparecer. Así queda expresado en palabras de SANAA: “Para nosotros la estructura es muy importante, incluso su desaparición lo es”. Por otro lado, la Envolvente Estructural analizada en la Tesis recoge el legado de la historia, lo interpreta y se manifiesta con el lenguaje contemporáneo manteniendo aquella unidad entre las disciplinas de arquitectura e ingeniería comenzada en el siglo XIX. El contorno edilicio, conformado en un único elemento compacto e indiferenciado, resuelve diversas funciones habitualmente asignadas a otros elementos específicos: Encierra en un reducido espesor el cerramiento, la estructura resistente, el ornamento y el acondicionamiento térmico (en algunos casos); configura la forma arquitectónica y envuelve el espacio arquitectónico mostrando una libertad formal (cáscaras esculturales) y un lenguaje de liviandad (muros de espesores reducidos) sin precedentes. La tipología planteada condensa todo aquello que le permite expresar el enunciado más inmaterial de la estructura mecánica. Concluyendo, la Tesis verifica que una parte de la arquitectura contemporánea ya ha pasado del límite denso, corporeizado y mecánico tradicional, a un límite borroso, que se ha erosionado, se ha transmutado hasta su desmaterialización, su desvanecimiento o incluso su desaparición. ABSTRACT This thesis researches those buildings where the bearing structure has been moved towards the perimeter in order to reach its fading by means of architectural strategies. In the research development it has been detected how the clearness and immediacy of the footprint of the structure as noticed in the traditional architecture, tends to vanish, its dematerialization remains patent in certain contemporary architecture works. The research begins with the agreement found in three contemporary buildings whose perimeter is shaped by a structural envelope: TODS shop, by Toyo Ito (2003); PRADA, by Herzog&de Meuron (2000) and DIOR, by SANAA (2001). Three works in consecutive dates, that share the placement conditions, Omotesando (Tokio), use, volume, height and area, but its envelope is shaped in various ways, generating different and heterogeneous structural solutions. From these three ways of the envelope shape are deduced the three architectural strategies studied during the Thesis development: figuration, abstraction and dematerialization. Thus, the research discovers, on one hand, a figurative procedure that highlights the expressive values by using meaning codes such as the nature objects; on the other hand, an abstract procedure, prioritizing the formal construction rules typical of the object; at last, as a continuation of the others, a dematerialization procedure is shown, set out from the wall thinness, the ephemeral materials or the semitransparency that tries to increase the connection with the world around. With the analysis of these three categories in a sequence, shown in the Ometesando buildings, other works from Toyo Ito, Herzog&de Meuron and SANNAA have been identified because of being representative of those concepts. Therefore, twenty four case studies have been selected and have been ordered to set a collection of works that are able to formulate by themselves a conclusive statement about the architectural procedures that are able to veil the mechanical structure. Nowadays, the Structural envelope approach leads to a new way of dealing with architecture. This is not any more a wise game, correct and magnificent, but it acquires a new poetic dimension from the absence of the resistant essence. Indeed, on the one hand, it has been stated that ‘without structure there is no architecture’; and on the other hand, it tries to make it disappear. It is so stated in SANAA words: ‘The structure is very important for us, and even its disappearance” On the other hand, the Structural envelope analysed in this Thesis gathers the legacy of history, interprets it and it is expressed with a contemporary language, by keeping that unity between disciplines of architecture and engineering already started in the XIX century. The building boundary, shaped as a compacted and undifferentiated single element, solves several functions commonly assigned to other specific elements: keeps in a small thickness the envelope, the bearing structure, the ornament and the thermal conditioning (in same cases); it shapes the architectural form and envelopes the architectural space by showing a formal freedom (sculptural shells) and a lightness language (small thickness walls) with no precedents. This typology gathers all what lets to express the most immaterial statement of the mechanical structure. As a conclusion, the Thesis verifies that a part of the contemporary architecture has already gone over the dense limit, shaped and mechanical traditional to a blur limit that has been eroded, it has been changed until its dematerialization, its fading or event its disappearance.