Estudio analítico y experimental de los efectos de las deformaciones impuestas en las estructuras integrales : Monitorización de estructuras reales y contrastaciones teóricas

En este trabajo se estudia el problema de las estructuras integrales de edificación, estructuras de gran longitud que no tienen juntas, que están sometidas a esfuerzos gravitatorios, debidos a las cargas exteriores, y a deformaciones impuestas, debidas a la retracción, la fluencia y la acción de la temperatura. Este tema está poco estudiado en la bibliografía existente. No existen prácticamente resultados experimentales que representen el comportamiento de este tipo de estructuras. No existen resultados experimentales de dinteles que representen el comportamiento de un elemento coaccionado o libre longitudinalmente, sometido al efecto conjunto de las acciones gravitatorias y deformaciones impuestas. Los pocos resultados experimentales disponibles se han analizado profundamente, aun cuando no respondieran exactamente al problema planteado, y se ha obtenido evidencias imprescindibles para este trabajo. Asimismo, se ha aprovechado este estudio de los resultados disponibles para contrastar un modelo de elementos finitos no lineal, que se utiliza como instrumento de análisis y validación en el resto de esta investigación. Experimentalmente se ha estudiado el comportamiento de edificios reales, un pórtico de la Nueva Área Terminal, T4, del edificio del Aeropuerto de Barajas, y un aparcamiento subterráneo en la ciudad de Vigo. Ambos son proyectos de estructuras integrales, ya que tienen grandes distancias entre juntas. La monitorización de estas estructuras se ha revelado importantísima para reconocer las posibilidades y dificultades de campañas de instrumentación en estructuras reales. Asimismo se constata que es el único medio para estudiar algunos fenómenos, como los tratados en esta tesis. También se ha estudiado de forma experimental, con el uso de ensayos dedicados, las acciones a las que están sometidas las estructuras integrales, efectos reológicos y temperatura. Con los resultados obtenidos se ha realizado una contrastación con los criterios existentes en la normativa y se han obtenido reveladoras conclusiones. Se presenta un análisis teórico pormenorizado del problema estudiado, a nivel de fibra, sección y elemento estructural. A nivel de sección se proponen nuevas formas de representar distintos parámetros contenidos, de forma implícita, en el diagrama momento-curvatura, la evolución del plano de deformaciones, de la deformación de la fibra baricéntrica, de las rigideces etc. A nivel estructural se ha podido entender el comportamiento de las vigas coaccionadas y su interacción con los pilares, relación básica para analizar el comportamiento de estructuras integrales. Se propone un método simplificado para el análisis, a nivel de proyecto, de este tipo de estructuras. Es un método sencillo pero que a la vez permite una estimación razonable de los fenómenos planteados. Finalmente se han definido algunas reglas de proyecto para este tipo de estructuras, basados en estudios paramétricos y el método simplificado. SUMMARY The present thesis deals with the analysis of integral building structures. These are usually structures of a great length with a limited number of expansion joints. They are subject to vertical loads and imposed axial deformations such as shrinkage, creep and/or temperature. Research on the combined effect of bending moments and imposed axial strain is almost nonexistent in today’s literature. There are hardly any experimental results available dealing with structures restrained, or with a horizontal degree of freedom, subjected to this kind of action. This thesis reflects an extensive review of prior studies combined with the experimental results found and their interpretation with explicit reference to the subject of this work. Additionally a numerical analysis tool was benchmarked and then used to achieve a realistic simulation of the constrained non-linear structural behaviour. During this research project, two structures have been monitored: A pc-frame for the new Barajas Airport Terminal T4 in Madrid and the rc-slab of an underground car park in the city of Vigo. Both are integral structures, as they have great length without joints and a monolithic connection between superstructure and piers or piles respectively. The metering of such structures has shown not only the possibilities, difficulties and limits of such field studies, but also has proven inevitable to investigate constraint phenomena like those treated in this thesis. Furthermore, effects such as shrinkage, creep and temperature have been verified through various experimental samples. The collected data has been compared to technical standard data and revealing conclusions could be drawn. The problem is thoroughly addressed from cross section level to beams and columns in the theoretical part of this work. During the cross sectional analysis the classical moment-curvature diagrams have been extended by additional graphs showing the evolution of different parameters like the strain distribution, the strain variation in the reference fibre, the stiffness, etc. The structural analysis of horizontally restrained beams and the interaction of beams and piers revealed the behaviour of jointless structures, since the monolithical connection between horizontal and vertical elements is one of their basic characteristics. A simplified approach is proposed, enabling the designer to evaluate the serviceability of jointless structures subjected to imposed deformations without the need for non-linear analysis. Finally, parametric studies were performed and from there project criteria for continuous frames were derived