El esfuerzo cortante en hormigón y el «efecto tamaño»

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A finales del pasado mes de enero pudimos disfrutar de un fenómeno en streaming: la rotura de vigas de gran canto sometidas a esfuerzo cortante. Podría ser un ensayo habitual, ya que los esfuerzos básicos los tenemos muy bien aprendidos… o no?

Copio un texto explicativo del proyecto Horvital, llevado a cabo entre varias universidades, entre ellas la Universidade da Coruña, de la que soy un orgulloso doctorando. Lanzaron un concurso en el que se proponía determinar la resistencia de una viga de gran canto frente al esfuerzo cortante. Parece ser que no estamos utilizando los modelos adecuados de cálculo. Todo esto ayudará a poder determinarlo mejor. Ojo!

A la hora de diseñar elementos estructurales, los ingenieros tenemos en cuenta todos los posibles modos de fallo. Sin embargo, no somos capaces de predecir cada uno de ellos con igual precisión. Hoy en día, es mucho más sencillo pronosticar el valor de carga que producirá una rotura a flexión en una viga de hormigón armado que el valor que producirá una rotura a cortante. Esto es porque el modelo de cálculo (la imagen física y matemática que nos permite representar la realidad con números y gráficos en un papel) de flexión es más preciso que el modelo de cálculo que usamos para el cortante, en el que intervienen fenómenos más complejos.

Uno de los fenómenos peor representados en los modelos de cálculo de rotura a cortante es el efecto tamaño. Con el paso del tiempo, se ha descubierto que las fórmulas que se suelen emplear predicen con peor exactitud la rotura a cortante en elementos grandes que en elementos pequeños. Es más: las fórmulas sobreestiman la capacidad de los elementos grandes, es decir, se predicen cargas de rotura que las vigas grandes no llegan a alcanzar, lo que puede resultar muy inseguro.

Peligro!

¿Te das cuenta del riesgo que supone que se sobreestime la resistencia de una viga? La regla general del cálculo de las estructuras es prever que van a soportar más carga de las que les va a ser aplicada nunca y considerar que aguantan menos de lo que en realidad aguantan. En este caso de vigas de gran canto se ha demostrado que no estamos calculando correctamente las vigas de gran canto, y que cada normativa nacional interpreta cosas diferentes.

Según se publicó dias despues en el diario lavozdegalicia.es: para una viga de 12 m x 2m x 0,24 m:

Ningún cálculo apuntaba tan bajo. Según la normativa estadounidense, revisada en el 2019 después de 56 años, la estructura debía resistir 130,7 toneladas. La decena de ingenieros de Caminos que respondieron al desafío del grupo coruñés enviando sus predicciones desde centros de Europa, Asia y América también estimaron el fallo por encima de las 100 toneladas. Con tales presupuestos, que la placa, una mole de 12 metros de longitud, 2 de canto y 24 centímetros de espesor, similar a las de los viaductos del AVE, quebrara «a cortante» -aquí, sí, de la forma esperada-, pero con mucha menos carga de la prevista, abrió de inmediato un nuevo horizonte. «Esas 97,3 toneladas revelan que el ‘efecto tamaño’, que es lo que queríamos poner de manifiesto, es más fuerte de lo que esperábamos», explicó nada más ocurrir la fisura definitiva el profesor de Caminos e investigador principal del proyecto Manuel F. Herrador.

Os invito a seguir a este grupo de investigación y sus proyectos:

Concurso: la predicción del cálculo de cortante y del efecto tamaño

La predicción de la resistencia a cortante es uno de los temas abiertos más importantes en el ámbito del hormigón estructural. Muchos grupos de referencia a lo largo del mundo investigan en este tema. Además del modelo desarrollado por el equipo de Antonio Marí en la UPC objeto del proyecto HORVITAL, otros equipos de referencia que trabajan en este tema son el de Vecchio y Collins en la University of Toronto, el de Zdenek P. Bažant en la Northwestern University de Illinois o el de Aurelio Muttoni en la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne. Aunque parezca sorprendente, estos diferentes equipos mantienen en ocasiones un encendido debate que se pone de manifiesto en la literatura científica y en los congresos.

Puesto que los ensayos de HORVITAL son singulares, el equipo gCONS de la Universidade da Coruña ha decidido lanzar un reto científico. Se han publicado los datos básicos del último ensayo sobre vigas de la serie L, de gran tamaño, y todos los especialistas que lo deseen pueden enviar sus predicciones. Los detalles se encuentran en la siguiente web:

http://www.gcons.udc.es/contest-horvital/

luissantalla

Luis M Santalla Blanco . Director de teoriadeconstruccion.net, autor en blogs como arquitecturadegalicia.eu y 9diseno. Miembro del estudio Flu-or y anteriormente del estudio MMASA   ver más sobre el autor