DILATACION TERMICA APLICADA A LA INGENIERIA CIVIL

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 rellenoViga

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