Estudio teórico-experimental de elementos de hormigón estructural en condiciones de servicio, sometidos a acciones exteriores y deformaciones impuestas : monitorización de estructuras reales y contrastaciones teóricas

En esta tesis se ha estudiado el comportamiento en servicio de estructuras de hormigón armado sometidas a la combinación de cargas exteriores y deformaciones impuestas de temperatura, fluencia y retracción. El problema se ha analizado utilizando las hipótesis clásicas del comportamiento en servicio, modelos de comportamiento simplificados y resultados experimentales. La tesis tiene dos partes fundamentales, en primer lugar el entendimiento de la acción debida a las deformaciones impuestas y por otro lado, el comportamiento estructural del hormigón armado sometido a la concomitancia de acciones directas e indirectas. En primer lugar se realiza una revisión del estado del arte, enumerando los diferentes fenómenos que dominan el comportamiento en servicio, poniendo de manifiesto la necesidad de profundizar en el entendimiento de éstos y la escasa información experimental disponible. Posteriormente, a partir de un estudio teórico-experimental minucioso del comportamiento seccional y de los elementos estructurales simples que componen una estructura integral, formada por vigas y pilares, y como resultado de estos estudios, se proponen dos métodos simplificados de análisis que permiten la verificación de las exigencias del Estado Límite de Servicio (ELS) en estructuras de hormigón armado. El primero de los métodos permite la determinación de las deformaciones impuestas y los esfuerzos hiperestáticos inducidos en elementos horizontales coaccionados al libre movimiento, como ocurre en estructuras tipo pórtico de edificación y puentes. Por otro lado, se plantea un método práctico que permite, o bien el dimensionamiento de las armaduras necesarias en pilares para cumplir con la exigencia del ELS de una abertura de fisuras admisible, o bien la verificación de las armaduras existentes. La aplicación de estos procedimientos simplificados permite una rápida estimación de la viabilidad de una determinada propuesta estructural, pudiendo establecerse una longitud máxima para la cual la estructura analizada no requiere juntas o verificar si la armadura existente en pilares cumple el ELS de fisuración. Además, como parte de una serie de programas experimentales desarrollados durante las últimas décadas por el grupo Hormigón Estructural*, en este trabajo se analizan los datos experimentales obtenidos de la auscultación de un puente integral, un paso superior construido sobre la carretera que une Ávila y Salamanca. La medición de estructuras reales permite, además de verificar el correcto comportamiento de las estructuras, cuantificar las acciones indirectas debidas a deformaciones impuestas: temperatura y reología del hormigón (fluencia y retracción). El programa experimental comprende, además, la medición de deformaciones impuestas (fluencia y retracción) en laboratorio, las cuales pueden correlacionarse con las deformaciones impuestas medidas en la estructura y analizar las limitaciones de las formulaciones actuales para predecir deformaciones reales a partir de mediciones de laboratorio realizadas en probetas. Finalmente, esta tesis demuestra la validez y establece las limitaciones de las metodologías propuestas, dando lugar a propuestas de desarrollo futuro. En los diferentes anexos es posible encontrar información técnica detallada acerca de las formulaciones utilizadas, los resultados obtenidos y la campaña experimental. This thesis is dedicated to the study of the service behaviour of Reinforced Concrete (RC) structures subjected to the combination of external forces and imposed deformations produced by temperature, creep and shrinkage. The problem is analysed using the classical hypothesis of Serviceability Limit State (SLS) analysis, simplified behaviour considerations and experimental results. The thesis has two main parts, one dedicated to the understanding of the actions due to imposed deformations and another focused on the structural behaviour of RC under the combination of direct and indirect loads. First, a critical review of the state-of-the-art is carried out, listing the main phenomena occurring in service. This shows that there is a need for deeper understanding of this phenomenon and that the experimental evidence is scarce. Later, after a thorough theoretical and experimental study of the behaviour of RC at the sectional and structural levels, using simple elements (beams and columns), and as results of this study, two simplified methods are proposed for SLS analysis. The first one allows the calculation of imposed deformations and redundant reaction forces in horizontal beam elements. The second one allows the dimensioning of the necessary reinforcement in order to fulfil the SLS requirements (admissible crack width). The application of these simplified procedures allows a rapid assessment of the feasibility of a given jointless structure, and allows the calculation of the maximum length for which the structure does not require joints or the checking of the existing reinforcement at columns in order to fulfil the cracking SLS. Additionally, as part of the experimental programs carried out by the HE * group during the last decades, the experimental results obtained in an integral bridge, located on the Ávila-Salamanca highway, are analysed in the last chapter. The monitoring of real structures allows the quantification of the indirect actions produced by imposed deformations (temperature, creep and shrinkage) and the validation of the adequate behaviour of jointless structures. The experimental campaign includes the measurement of imposed deformations (creep and shrinkage) in laboratory specimens and the correlation with the measured structural deformations allowing the assessment of the formulations proposed by different regulations. Finally, this thesis demonstrates the validity and establishes the limitations of the proposed simplified procedures, proposing future developments. In the different annexes is included relevant technical information about the formulation used, the results obtained and the experimental campaign