Introducción

La solicitación torsora (momento torsor Tx) es producida por las fuerzas paralelas a la sección y que no cortan al eje perpendicular a ella (pares torsores, que son iguales y de sentidos contrarios) y aquellos momentos localizados que tengan la dirección del eje perpendicular a la sección. Los momentos torsores producen giros.

^{Fig. 1.- Momento torsor que actúa sobre una sección.}

Durante muchos años se consideraba la torsión como un efecto secundario, pero a partir de los años 60 se empezó a dar importancia y a tener en cuenta la resistencia torsional, mejorándose los modelos de análisis de estructuras de hormigón armado, ya que se emplean elementos que requieren rigidez torsional (puentes curvos, vigas cajón cargadas excéntricamente, losas de escalera cargadas excéntricamente, vigas de coronación en muros pantalla...), si bien es cierto que este esfuerzo se considera principalmente en obra civil más que en edificación.

Según la Instrucción de Hormigón Estructural EHE, art. 45.2 “una pieza trabaja a torsión pura cuando está sometida a un momento torsor como solicitación única”, ésta situación en edificación no existe en la realidad, ya que se da con otras solicitaciones como la flectora que estudiaremos en próximas fichas ( art. 45.3.2 “una pieza trabaja a flexión con torsión cuando tanto las cargas como las reacciones de apoyo no pasan por el eje de esfuerzos cortantes”).
 
Descripción de daños

La torsión produce fisuras a 45º que buzan en dirección opuesta en ambas caras de las vigas (la rotura a torsión de una viga es contraria a la de cortante, la fisura toma distinta inclinación en cada cara).

^{Fig. 2.- Fisuración por torsión de una viga.}

La “Instrucción de Hormigón Estructural (EHE)” en cuanto a la torsión en el hormigón armado distingue dos estados:

• estado I.- piezas sin fisuras y que mantienen su rigidez torsional
• estado II.- piezas con fisuración por torsión (también por flexión y cortante) y que pierden su rigidez torsional. 

La fisuración es helicoidal.

Cuando la rotura no afecta a la estabilidad del elemento se le denomina “torsión de compatibilidad” que surge por la necesidad de compatibilizar las deformaciones mediante rotaciones angulares de la pieza considerada con las contiguas, sin que los pares torsores sean necesarios para el equilibrio. Se da en vigas perimetrales en las que empotran viguetas de grandes luces y zunchos de borde a los que llegan los nervios de grandes luces, donde se producirán las fisuras.

Cuando para mantener la estabilidad del elemento es imprescindible que éste sea capaz de soportar la torsión se le denomina “torsión de equilibrio”: los pares son necesarios para garantizar la estabilidad de la pieza y en cuanto surge la rotura se produce la caída. Se da en vigas donde el forjado no tiene continuidad o en voladizos solicitados excéntricamente por cargas exteriores.

A continuación analizaremos algunos de estos supuestos:

  1. Vigas de borde a las que acometen forjados de grandes luces.

Cuando a una viga de borde o de fachada se le empotra un forjado de gran luz, tanto si es unidireccional como bidireccional, le produce una torsión, y por tanto, un giro de la viga hacia el interior de la edificación, manifestándose con una fisura abierta en fachada y en distintos planos, que se van cerrando a medida que se acerca a los pilares.

Cuando se trata del último forjado y sólo existe un pretil, la fisura suele llegar hasta el pilar, pero si existe un vuelo queda coartada.

Cuando el forjado apoya sobre un muro de carga, se produce un levantamiento de las cabezas de las viguetas, apareciendo una fisura abierta en horizontal a lo largo de la fachada, que se acentúan más en planta cubierta por ser menor la reacción sobre el extremo de las viguetas.

 
^{Fig. 3 .- Fisuración por torsión en nervio de borde de forjado sin vigas y en vigas de borde de escalera.}

  2. Brochales en vigas que les producen un momento torsor.

Cuando existen brochales o vigas de fachada con forjados de grandes luces, cuando éstos no tienen suficiente rigidez suelen flectar, apareciendo entonces las típicas fisuras horizontales en distinto plano de fachadas y a nivel de forjado, que se van cerrando a medida que se acercan a los pilares.

Si la construcción es con muros de carga y viguetas, al levantarse las cabezas de las mismas en el apoyo, aparecen fisuras en fachadas que son horizontales y abiertas en toda su longitud.

  3. Vigas de extremos de voladizos donde las viguetas y el zuncho de borde que soporta el cerramiento, le provocan una torsión.

Las vigas que sustentan los voladizos están sometidas a torsión por las viguetas que llegan hasta ellas y sobretodo por el zuncho que termina en el extremo del voladizo y que soporta el cerramiento. Dicho torsor será mayor cuanto mayor sea la luz del voladizo y cuanto mayor sea la carga transmitida al flectar los voladizos superiores.

Un voladizo de una planta inferior, se encuentra sometido a mayor carga que los voladizos de las plantas superiores. Si no está capacitado para resistir esa carga flecta, fisurándose el cerramiento formando un “arco de descarga”. Parte del peso del cerramiento le llega a la viga en voladizo produciéndole una torsión y un giro hacia el interior. Al romper el cerramiento, cada lado de la fisura sobre la viga queda en distintos planos.

En caso de que la viga no tuviera la suficiente resistencia para soportar la torsión, surgiría la siguiente fisura:

^{Fig. 4.- Fisura en viga que soporta un voladizo. Pórtico y sección.}

En general, las vigas, viguetas o nervios sin armadura transversal (cercos) rompen frágilmente sin presentar en la mayoría de los casos síntomas que nos permitan tomar medidas, para evitar su colapso, que más adelante se desarrollan.
 
Orígen de daños

Algunas causas por las que pueden surgir fisuras de torsión son:

• sección insuficiente del elemento
• armadura transversal y longitudinal insuficientes
• cercos sin soldar o con escasa longitud de anclaje (normalmente suele ser necesario 20 cm de longitud de solape)
• mayor torsor del previsto
• hormigón de menor resistencia
• cálculo deficiente (no previsión del esfuerzo de torsión, insuficiente resistencia de la viga,...)
• deformación excesiva del zuncho de fachada por la transmisión de carga de los voladizos superiores
• insuficiente rigidez del forjado
• flecha excesiva por luces grandes de forjado
• deformación excesiva en forjados reticulares
• brochal o viga que arriostra pórticos de luces descompensadas y no se ha tenido en cuenta en los cálculos la torsión.

Prevención de daños

El momento torsor que origina un voladizo en una viga debe ser soportado por el hormigón, la armadura longitudinal del perímetro y los cercos (que deben estar soldados o con una mayor longitud de anclaje).

Algunas consideraciones a tener en cuenta son:

• Cercos totalmente cerrados por soldadura, no deben soldarse a la armadura longitudinal ya que puede dar problemas de fragilización de la armadura si no es apta para el soldeo.
• Los cercos o estribos de acero para la torsión tienen que ser calculados de manera independiente a los de cortantes, dado que sus áreas son sumatorias.
• Si se quiere evitar la soldadura en los cercos, se pueden construir de dos vueltas.
• En edificios de altura la acción eólica puede provocar la aparición de este esfuerzo, siendo mayor el torsor en las plantas más altas por ser mayor la fuerza del viento, por lo que se deberá tener en cuenta la posible acción de este esfuerzo en los pilares perimetrales.

En el caso de elementos prefabricados, algunas consideraciones a tener en cuenta para los torsores en vigas son:

• No es preciso considerar el torsor de una viga si existe un elemento perpendicular que pueda soportar como flector (de empotramiento) el torsor que no consideramos en la viga. Esto supone una unión rígida a flexión entre viga y forjado; si no existe, los torsores son de equilibrio y, si la viga a su vez está apoyada en el pilar, volcará por esta causa y si no lo hace es por que puede soportar el torsor reacción, descentrando la reacción en el ancho de su apoyo.

^{Fig, 5.- Esquemas de fuerzas para anular torsores en viga.}

Reparación de daños

Una solución para el refuerzo de las vigas que no tienen capacidad suficiente para absorber la torsión a que está sometida consistirá en aumentar sus dimensiones o colocar en su perímetro pletinas soldadas entre ellas y sujetas a la viga con resina epoxi, que envuelvan a la viga.

También se pueden añadir chapas metálicas laterales unidas mediante tornillos pasantes apretadas contra el alma de la sección del hormigón o pegadas con resina epoxi (aunque, como ya hemos comentado repetidamente, la resina epoxi pierde sus características mecánicas expuesta a temperaturas superiores a las que garantizan su correcto funcionamiento, como puede ser las producidas por un incendio, además de requerir unas condiciones de ejecución especiales).

Otra solución es realizar perforaciones en el hormigón y colocar cercos de dos vueltas soldados y cubiertos con mortero epoxi.

Existe la variante de colocar estribos en hélice, aunque hay que tener en cuenta que el sentido de la torsión cambia de un apoyo a otro, excepto en las vigas en voladizos donde la torsión toma un solo sentido.

^{Fig. 6 .- Viga con pletinas de refuerzo a torsión.}

^{Fig. 7 .- Viga con cercos de dos vueltas. Detalle de cerco de dos vueltas.}

Bibliografía:

- “Diagnosis y causas de patología en la edificación”. Manuel Muñoz Hidalgo.
- “Prevención y soluciones en patología estructural de la edificación”. Manuel Muñoz Hidalgo.
- “Industrialización y prefabricación de elementos resistentes de hormigón”. CEMCO.
- “Curso de especialidad en cálculo estructural”. UPM.

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