Medidas para minimizar el riesgo de colapso progresivo de estructuras de edificios de hormigón armado durante su construcción. Aplicación a edificios con forjados tipo losa maciza

Abstract

[EN] During the design of a building, engineers perform many calculations in order to obtain optimized solutions which balance costs, efficiency and, most of all, safety of the structure. A big amount of normative defines guidelines for designing and verifying structures considering different level of service along their efficient life. Despite this justified attention to the working life of buildings, there is almost no consideration on their construction phase. Shoring systems are used as temporary support for structures under construction and their primary function is to support and transmit various types of loads. To optimize this phase it has been developed a technique known as Clearing or partial Striking; it consists in removing a percentage of shores few days after the casting such that the load is redistributed between the slab and the remaining shores. In this way the shores removed in one floor can be used to start building the upper one. It is thus really important to conceive the process in a proper way assuring that the whole system is able to support the loads acting on it. This is the reason for which there is a prudent need to understand which conditions lead to the collapse of shoring systems and what measures can impounded in the design process to mitigate the risk of failure. The aim of this thesis is to perform a progressive collapse analysis, during the construction phase of the building, by instantly removing one or several primary load bearing elements and analyzing the structure¿s remaining capability to absorb the damage. The analysis have been performed varying load conditions and slab thicknesses and, once the results from standard shores cases have been obtained, calculations with load limiters have been performed. The entire study has been developed with finite elements by means of ANSYS APDL starting from a FE model developed by Alvarado (2010). The important aspect of this investigation has been the risk reduction of progressive collapse, in particular it has been analyzed the behavior performed by the structure when enhanced support systems are used. Along with the finite element study it has been taken part in a experimental study aimed at analyze the load transmission in enhanced shoring system. Some of the results obtained in this study could not be showed because part of a doctoral thesis that is being developed at the Polytechnic University of Valencia.

[CA] En el disseny d'estructures, els enginyers executen càlculs per obtenir solucions amb un equilibri entre costos, eficiència i, sobre tot, seguretat de l'estructura. Avui en dia, un bon nombre de normes defineixen guies per al disseny y comprovació d'estructures, considerant diversos nivells de Servicio de l'estructura al llarg de la seua vida útil. Malgrat l'atenció dedicada a l'eficiència a llarg termini de l'estructura, la fase constructiva es encara un tema poc estudiat. Els sistemes utilitzats en la construcció es basen en construir els forjats sobre estructures auxiliars d'apuntalament, anomenades cimbres. Aquests sistemes s'utilitzen com sistemes de suport provisional y tenen la funció de suportar y transmetre les càrregues a les que estan sotmeses. Per optimitzar la fase de construcció s'han desenvolupat noves tècniques com el clarejat, que consisteix en retirar l'encofrat y més del 50% dels puntals que suporten el forjat poc dies desprès del seu formigonat. D'aquesta manera, els puntals retirats en una planta poden ser reutilitzats per a la construcció de la següent planta. Per tant, es molt important que el disseny del procés constructiu es realitze de forma que l'estructura puga suportar la càrrega sobre ella. Per aquesta raó, existeix la necessitat d'investigar sobre les condicions que porten al col·lapse progressiu de sistemes de cimbres y les mesures a tenir en compte per reduir el risc de col·lapse. L'objectiu d'aquest treball es el estudi del col·lapse progressiu en la fase de construcció d'una estructura amb forjats de llosa massissa. L'estudi s¿ha realitzat retirant un o més suports primaris y analitzant el comportament de l'estructura y la seua capacitat de suportar les accions que actuen sobre ella. L'anàlisi s'ha executat per a diferents condicions de càrrega y amb diversos espessors de forjat. S'han utilitzat sistemes de cimbres tradicionals i millorats amb la utilització d'elements anomenats limitadors de càrrega. L¿estudi s'ha realitzat utilitzant el programa de càlcul ANSYS APDL i s'ha desenvolupat a partir del model de Alvarado (2009) de la Universitat Politècnica de València. Addicionalment al estudi numèric realitzat, també es descriu en este treball un estudi experimental que pretén analitzar la transmissió de càrrega en sistemes de cimbres millorats amb la utilització de limitadors de càrrega en els puntals. Algun resultats obtinguts en aquest estudi no s'han pogut reportar y comentar ja que formen part d'una tesis doctoral que encara ha de ser publicada.

[ES] Durante el diseño de estructuras, los ingenieros executan calculos para obtener soluciones que garanticen equilibrio entre costes, eficiencia y sobretodo seguritad de la estructura. A día de hoy, un buen número de códigos definen guías para el diseño y la comprobación de estructuras, considerando varios niveles de servicios a lo largo de la vida de la estructura. A pesar de la atención dedicada a la eficiencia a largo plazo de la estructura, la fase constructiva es todavía un tema poco conocido. Los sistemas usados en la fase de construcción se basan en construir los forjados sobre estructuras auxiliares de apuntalamiento, llamadas cimbras. Estos sistemas se usan como sistemas de soporte provisional y tienen la función de soportar y transmitir las cargas a las que están sometidas. Para optimizar la fase de construcción se han desarollado nuevas técnicas como el clareado, que consiste en retirar el encofrado y más del 50% de los puntales que soportan el forjado pocos días después de su hormigonado. De esta manera, los puntales retirados en una planta pueden ser reutilizados para la construcción de la planta siguiente. Es entonces muy importante que el diseño del proceso constructivo se diseñe de forma que la estructura pueda sostener la carga sobre ella. Por esta razón existe la necesidad de investigar sobre las condiciones que llevan al colapso progresivo de sistemas de cimbrados y las medidas a emplear para reducir el riesgo de colapso. El objetivo de este trabajo es el estudio del colapso progresivo en la fase de construcción de una estructura con forjados de losa maciza. El estudio se ha llevado a cabo retirando uno o más soporte primarios y analizando el comportamiento de la estructura y su capacidad de aguantar las acciones que actúan sobre ella. El análisis se ha ejecutado para diferentes condiciones de carga y con varios espesores de forjado. Se han analizado sistemas de cimbras tradicionales y mejorados con la inserción de elementos llamados limitadores de carga. El estudio se ha realizado usando el programa de cálculo ANSYS APDL y se ha desarrollado partiendo de un modelo desarrollado por Alvarado (2009) en la Universitat Politécnica de Válència. Adicionalmente al estudio numérico realizado, también se describe un estudio experimental que pretende analizar la transmisión de carga en sistemas de cimbrados mejorados con la inserción de limitadores de carga. Algunos resultados obtenidos en este estudio no se han podido reportar y comentar siendo parte de una tesis doctoral que todavía tiene que ser publicada.