Dilatación en el hormigón
El hormigón se comporta frente a las bajas temperaturas como si se tratase de una piedra natural, siendo su porosidad, así como su grado de saturación en agua, las características que determinan su comportamiento frente a una helada. En efecto, al congelarse el agua introducida en los capilares, aumenta de volumen y ejerce un efecto de cuña que fisura al hormigón.
En cuanto a las altas temperaturas, el hormigón se comporta frente a ellas experimentando una serie de fenómenos físico-químicos que, en lo esencial, se resumen en la tabla 10.1.
El coeficiente de dilatación térmica, "α" del hormigón varía con el tipo de cemento y áridos, con la dosificación y con el rango de temperaturas; oscilando entre 9,2x10-6 y 11x10-6 para temperaturas comprendidas entre -15ºC y 50ºC. Como valor medio para los cálculos puede tomarse el de es decir, 0,01 mm por metro y grado de temperatura, aproximadamente igual al del acero. Por tanto, este valor es igualmente valido para el hormigón armado y puede aceptarse hasta una temperatura de 150ºC.
Como los coeficientes de dilatación térmica de las diversas rocas que constituyen los áridos y de la pasta de cemento, no son iguales, las variaciones de temperatura provocan en la masa de hormigón movimientos térmicos diferenciales que pueden amplificar su sistema interno de microfisuras. Por ello, en los hormigones que hayan de estar sometidos a variaciones importantes de temperatura, conviene escoger los materiales componentes de forma que su compatibilidad térmica sea la mayor posible.
En el proyecto de estructuras de hormigón es necesario tener en cuenta los movimientos térmicos, bien estableciendo juntas de dilatación a distancias adecuadas (apartado 17.2.2), o bien tomando en cuenta los esfuerzos generados si la estructura no tiene libertad de movimiento.
El coeficiente de conductividad térmica del hormigón es mucho mas bajo que el del acero, siendo sus valores respectivos: 1,1 y 45 kcal/m2 h ºC por termino medio.
TABLA 10.1 ACCIÓN DE LAS ALTAS TEMPERATURAS SOBRE EL HORMIGÓN
Dilatación Térmica
El cálculo de las dilataciones térmicas nos demuestran claramente la necesidad de la existencia de juntas de dilatación inevitables y su importancia es grande en las vigas.
Esquema de temperaturas
Queremos calcular las dilataciones de una viga.
Fig. Esquema de las temperaturas anuales de una cubierta maciza con capa aislante y piso De hormigón Capa 1 Techo Capa 2 Aislante Capa 3 Hormigón
La viga se calienta en verano por la parte superior debido a la radiación solar hasta 80°C, esta temperatura se toma como si fuera del aire, sin embargo en invierno esta se enfriaría hasta -20°C.
Influencia física de la temperatura
Las vigas están sometidas no solo a cambios notables de temperatura anual sino también diaria, e incluso por horas. Es importante conocer los cambios de temperatura, pues de ello dependen los cambios de longitud, en juntas y uniones.
Debido a la radiación solar se producen unos cambios importantísimos de temperatura.
Una lluvia después de una fuerte insolación representa un cambio tan brusco de temperatura que es una verdadera prueba para su resistencia a la rotura.
Debido al fuerte enfriamiento a cusa del viento en un calculo riguroso de cargas se deberían considerar temperaturas mas baja para las vigas que para las columnas, debido a la mayor exposición.
Las temperaturas que se dan en el interior y exterior de vigas dependen de:
· Situación geográfica y altura
· Temperatura del aire exterior y radiación solar
· Características de los vientos
· Naturaleza del ambiente interior asía la viga
· Estructura de la superficie de la viga, calor capacidad de reflexión y de absorción
· Inercia térmica de la viga
· Construcción de la viga
El mejor análisis de comportamiento térmico de una viga nos da las temperaturas, y vemos tres factores, transmisión térmica, resistencia a la variación diaria de temperaturas, los cambios de fase que señalan máximas y mínimas de temperaturas.
Juntas de dilatación su amplitud
Si la viga tiene una longitud L, la medida del aumento de longitud desde el montaje hasta el verano es:
Donde:
L = Longitud de la viga
Aumento de temperatura en el centro (°C)
Coeficiente de dilatación del material (mm/mgrd)
Hay que distinguir entre juntas con o sin material de relleno cuando hay que llenar las juntas con una masilla o con un aislantes compresibles, solo se puede considerar la mitad de su anchura f, la longitud L, y la separación de las juntas se calcula con.
Calculo de dilatación térmica
Cuando la temperatura de un elemento, cambia generalmente, varia la separación media de sus moléculas.
Un cambio en una de las dimensiones se llama dilatación lineal.
El coeficiente de dilatación lineal (α)
Donde:
l = Longitud de la temperatura o longitud de altura a que se encuentra el elemento
desde el suelo
α = Depende de T
Para cambios de l:
Para los sólidos
Todas las dimensiones lineales cambian con la misma intensidad por lo que podemos apreciar los cambios de área ΔA por:
ΔA = 2 α A ΔT
Y el cambio de volumen Δv por:
Δv = 3 α VΔT
Clasificación de las juntas de dilatación
Apenas se ha logrado la importancia en las construcciones por lo que hay que distinguir:
1.- Juntas de movimiento
Juntas en las obras o en los elementos que producen soluciones de continuidad y sirven para compensar las deformaciones y movimientos y para evitar la deformación de las grietas o fisuras y daños que de ellas se derivan.
2.- Juntas de dilatación
Son juntas de movimiento destinadas a compensar las variaciones de longitud a consecuencia de la influencia de la temperatura de la retracción o de la fluencia.
3.- Juntas de asiento
Juntas de movimiento para compensar diferencias de asiento.
4.- Juntas de presión
Delgadas capas de separación
5.- Juntas intermedias
Para elementos constructivos, especialmente peligrosas, se disponen juntas de movimiento adicionales entre las anteriores juntas, por ejemplo en hormigón en voladizo que tienen que disponerse más estrictamente y más subdivididas que las mismas vigas.
Distancias entre las juntas
El calculo individual de las distancias entre las juntas, se calculan según las formulas empíricas.
Cuando las juntas en las vigas no exceden de los 20 mm de anchura, por lo que las distancias o separaciones entre dichas juntas se eligen como sigue:
vigas calientes hasta 24 m
vigas frías hasta 12 m
Anchura de las juntas
Datos exactos a cerca de la anchura de las juntas, apenas se pueden dar de antemano. Para lograrlo tendría que ser conocida la temperatura de montaje si las temperaturas son bajas tienen que disponerse juntas mas anchas, si el tiempo es caluroso mas estrechas.
La anchura necesaria para las juntas puede ser calculada individualmente por medio de las formulas.
(mm)
Donde:
f = La anchura de la junta (mm)
L = La distancia entre las juntas (m)
= El coeficiente de dilatación del materia calculado (mm/m°C)
= Diferencia entre la temperatura de montaje tv y la temperatura máxima (°C) que puede existir en el curso del año.
= Espesor mínimo del material de relleno de la junta cundo se allá bajo la Máxima presión de conjunto (mm).
Obra
distancias entre las juntas (m)
Anchura mínima de las juntas (mm)
Con relleno Sin relleno
Viga
Sin protección térmica
Con protección térmica
Hormigón armado
Pavimento de hormigón
12
18
24
6
3
20
20
20
10
10
10
10
10
5
5
Una vez calculada esa anchura, todavía hay que tener en cuenta, como ya se ha dicho en que época del año se ha construido la junta.
Los procesos de retracción en las partes hechas con hormigón in situ, así como las ulteriores contracciones de las piezas prefabricadas aumentan todavía entre los miembros de las contracciones, la retracción tiene un valor de.
· 0.2 a 0.5 mm/m Para el hormigón pesado compacto
· 0.5 a 0.8 mm/m Para el hormigón vertido in situ
· 0.8 a 1.0 mm/m Para el mortero de cemento y mortero moldeado de relleno
· 0.3 a 0.5 mm/m Para la contracción del hormigón ligero
Se conserva siempre un margen de seguridad si se desprecia el valor de la retracción cuyo cálculo viene a veces afectado por algunos factores de incertidumbre.
