PATOLOGÍAS EN MÉNSULAS CORTAS DE HORMIGÓN ARMADO: CAUSAS, SÍNTOMAS Y SOLUCIONES
GENERALIDADES
Las ménsulas cortas son ampliamente utilizadas en estructuras de hormigón armado, especialmente para el apoyo de vigas prefabricadas de puentes o naves industriales y otras aplicaciones que requieren la transmisión de grandes cargas concentradas. Su diseño compacto las hace eficaces, pero también suponen un punto vulnerable para toda la estructura si no se proyectan o construyen adecuadamente.
En este artículo de RRG INGENIEROS comentamos cuáles son las patologías más frecuentes en ménsulas cortas, sus causas, cómo detectarlas y posibles estrategias para su reparación.
¿QUÉ ES UNA MÉNSULA CORTA?
Una ménsula corta es un elemento en voladizo destinado a recibir una carga vertical concentrada y cuya longitud “a” es menor que su canto útil “d”:
Este tipo de configuración genera un comportamiento tensional más asimilable a un modelo de transmisión de cargas a través de un campo de bielas y tirantes, que a un modelo de flexión lineal plana clásica (Navier-Bernoulli):
ESQUEMA GENERAL DE ARMADO DE LA MÉNSULA CORTA
Como consecuencia de la adopción de un modelo de bielas y tirantes, el armado típico de una ménsula corta responde al siguiente esquema (Fig. C11.9.2 del Código americano ACI-318):
Vemos que la armadura principal sigue la trayectoria principal del tirante superior y se ancla convenientemente tanto al pilar (sobrepasando el eje del mismo), como al borde opuesto de la ménsula (cubriendo todo el canto) y cumpliendo con las longitudes mínimas de anclaje reglamentarias.
Los estribos se disponen horizontalmente y uniformemente distribuidos para coser las posibles fisuras transversales a la biela principal de compresión.
Como un primer orden de magnitud la armadura principal del tirante (marcado en rojo) deberá absorber un axil superior a “Vu” y la cuantía de los estribos será aproximadamente 1/5 de la armadura principal, si bien se ha de calcular conforme al epígrafe J.3 Ménsulas J.3 Ménsulas cortas del Anejo 19 del código Estructural (RD 470/2021).
Así mismo en este epígrafe J.3 el Código Estructural matiza en la Figura A19.J.6 la configuración de armado dependiendo de la relación vuelo/canto, añadiendo estribos verticales si el vuelo supera la mitad del canto al pasar a ser un caso intermedio entre un comportamiento según un modelo de bielas-tirantes y flexión clásica.
PRINCIPALES PATOLOGÍAS EN MÉNSULAS CORTAS Y ESTRATEGIAS DE REPARACIÓN
Las ménsulas cortas trabajan con altas concentraciones de esfuerzo cortante y compresión diagonal. A continuación se describen las patologías más frecuentes que pueden aparecer durante su vida útil:
a) Fallo por flexión: Se produce en la zona traccionada superior, típico cuando la cuantía de la armadura principal de tracción es insuficiente y acaba plastificando.
Podría resolverse mediante alguna de las siguientes soluciones de refuerzo estructural:
-Adición de refuerzos con láminas de fibra de carbono y resinas epoxi (y un revestimiento para protegerlo frente a incendio)
-Adición de una placa metálica o jaula/collarín A fijar con pernos químicos
-Recrecido con mortero estructural armado (shotcrete o jacketing) con armadura adicional bien conectada con anclajes químicos al elemento existente, y en su caso aumentando el canto de la ménsula
b) Fallo por tracción horizontal: Aparece una fisura horizontal en la zona de unión con el soporte, por falta de cuantía de estribos.
Podría resolverse de manera similar al caso a)
c) Por cortante: Se presenta por la aparición de fisuras diagonales, cuando las tensiones sobre la biela comprimida superan su capacidad resistente (aprox. el 60% de fcd).
Podría resolverse de manera similar al caso a)
d) Por rasante: Fallo por deslizamiento en la cara de unión con el soporte, generalmente por ausencia de conectores o anclajes adecuados
Podría resolverse de manera similar al caso a)
e) Por fallo de anclaje en el borde de la ménsula: La armadura no ancla por falta de longitud de anclaje suficiente, o por un radio de doblado excesivo y a la vez una proximidad excesiva de la placa de reparto de la carga al borde de la ménsula (según el libro de Hormigón Armado de J Montoya debe dejarse como mínimo 50 mm ente la placa de reparto y el borde), como consecuencia se produce el deslizamiento de la armadura por deficiencia de adherencia
Podría resolverse de manera similar al caso a) intentando suplir de esta manera el trabajo de la armadura existente y aumentando el vuelo de la ménsula de manera que la placa de reparto esté al menos a 50 mm de la placa de reparto
f) Por aplastamiento local: El hormigón se aplasta bajo la acción concentrada de la armadura de tracción (generalmente barras dobladas), por una proximidad excesiva de la placa de reparto de la carga al borde de la ménsula y posible radio excesivo de doblado de la armadura principal en el borde de la ménsula o falta de armadura de estribado, dado lugar a un exceso de compresión localizada en el borde y falta de confinamiento del hormigón en esa zona
Podría resolverse de manera similar al caso e)
g) Por aplastamiento de la biela comprimida: El ángulo de compresión (biela) falla por exceso de carga, generalmente cuando el ancho del soporte no es suficiente para transmitir la compresión
Podría resolverse de manera similar al caso a)
ANÁLISIS SOBRE UN CASO REAL
Veamos un ejemplo real que se nos presentó en RRG INGENIEROS de un caso de estructura prefabricada para un edificio formado por forjados de placas alveolares sobre vigas isostáticas de hormigón pretensado de grandes luces apoyadas sobre pilares a través de ménsulas cortas. Algunas de dichas ménsulas presentaban la patología mostrada:
Observaciones preliminares:
Viendo las fotografías podemos deducir que la placa de reparto no respeta la distancia mínima al borde de 50 mm, lo cual podría haber originado una aproximación excesiva de la resultante vertical de acciones al borde y que podría además acentuarse con una posible transmisión parásita de flexión de la viga al pilar (caso se hubiera dispuesto de armadura pasante de conexión de la ménsula a la viga, que es relativamente frecuente en el montaje de estos elementos prefabricados para edificación), causando con ello una compresión localizada excesiva en el borde que junto con otros factores como una posible falta de confinamiento del hormigón en esa zona por un radio excesivo de doblado de la armadura principal o falta de estribado suficiente diera lugar a la fisuración por compresión localizada y el desprendimiento de la cáscara de hormigón por falta de confinamiento del hormigón en esa zona.
Diagnóstico:
Fisura inclinada ascendente localizada en una de las esquinas superiores de la ménsula, próxima al apoyo. La orientación de la fisura no corresponde con una falla por cortante clásica, sino con un mecanismo de fallo de anclaje de la armadura de tracción (Tipo e)), Adicionalmente, se observa posible colaboración de un aplastamiento local por compresiones excesivas localizadas (Tipo g)).
Causas posibles:
-Armadura de tracción insuficientemente anclada y/o radio excesivo de doblado junto con excesiva proximidad de la placa de reparto al borde
-Longitud de anclaje no desarrollada por geometría o por errores de ejecución
-Baja capacidad de confinamiento en el nodo de apoyo por estribado insuficiente y/o excesivo radio de doblado de al armadura principal
-Concentración de tensiones localizada excesiva al no respetarse la distancia mínima de la placa de reparto al borde
Solución propuesta (combinada):
-Refuerzo a tracción y cortante/compresión, mejora del nodo de compresión y mejora del confinamiento: Adición de collarín/jaula de placas de acero adheridas y atornilladas en laterales bajo la ménsula y en el lateral fisurado, con anclajes mecánicos al soporte.
-Reparación superficial: Inyección de resina epoxi en la fisura. Aplicación de impermeabilizante superficial para evitar entrada de agua.
Podría acometerse también la reparación con recrecidos de hormigón si bien se optó por la jaula/collarín metálico por tratarse de una solución más sencilla de ejecutar y de mayor fiabilidad.
CONCLUSIÓN
Como vemos las ménsulas cortas son elementos susceptibles de patologías estructurales debido entre otras causas a su geometría, concentraciones de esfuerzos y exigencias de anclajes. Fallos como la pérdida de anclaje de armaduras, fisuración inclinada o aplastamiento en el nodo comprimido requieren un análisis detallado, ya que pueden comprometer la seguridad estructural si no se diagnostican correctamente.
Si requiere por una parte un asesoramiento al respecto puede contactarnos a través de:
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