Placas y Forjados Reticulares

Transcripción

1 Placas y Forjados Reticulares Proyectos de Estructuras Noviembre 2003 Textos sobre forjados Autor Regalado Tesoro, Florentino Título Los forjados reticulares : diseño, análisis, construcción y patología Publicación Alicante: CYPE Ingenieros, 2003 Autor Calavera Ruiz, José Título Cálculo, construcción, patología y rehabilitación de forjados de edificación: unidireccionales y sin vigas-hormigón metálicos y mixtos Publicación Madrid: Instituto Técnico de Materiales y Construcciones, 2002 Textos generales sobre estructuras de hormigón armado Autor Pedro Jiménez Montoya, Alvaro García Meseguer, Francisco Morán Cabré Título Hormigón armado Publicación Barcelona: Gustavo Gili, 2002 FORJADOS RETICULARES Autor Calavera Ruiz, José Título Proyecto y Cálculo de Estructuras de hormigón (Vol. 1 y 2) Publicación Madrid: Instituto Técnico de Materiales y Construcciones, 2000 BIBLIOGRAFÍA BÁSICA Textos sobre detalles constructivos Autor American Concrete Institute (ACI Committee 315) Título ACI Detailing Manual Publicación Detroit: American Concrete Institute, 1994 Autor Calavera Ruiz, José Título Manual de detalles constructivos en obras de hormigón armado : edificación ; obras públicas Publicación Madrid: INTEMAC, 1993 Autor Florentino Regalado Tesoro, Bernabé Farré Oro Título Detalles constructivos prácticos, metálicos, de hormigón y mixtos en estructuras de edificación : adaptados a la instrucción EHE Publicación Alicante: CYPE Ingenieros, 2001 Textos sobre patologías Autor Calavera Ruiz, José Título Patología de estructuras de hormigón armado y pretensado Publicación Madrid: INTEMAC, 1996

2 Un edificio se concibe con el objetivo de cerrar un espacio físico. El papel que juega la estructura es el de proporcionar la resistencia ia y la rigidez necesarias a los elementos del cerramiento. La estructura debe ser capaz de soportar y transferir (a cimentación) las cargas que recibe. El diseño estructural debe partir por tanto de la identificación de las cargas, y a partir de ahí escoger aquella tipología estructural que sea capaz de transferir adecuadamente dichas cargas. En general la respuesta nunca será única, ni en lo referente al tipo de estructura ni en lo referente a los materiales a emplear en su construcción. Solicitaciones Carga permanente Sobrecagas de uso se traduce en acciones: Viento Nieve Sismo F T : Acciones horizontales Temperatura Etc. ( Puentes grúa ) F V : Acciones verticales OBJETIVO: ESTRUCTURA ESTABLE FRENTE A CUALQUIER SOLICITACIÓN EXTERIOR

3 Forjados Los forjados deben: transmitir las cargas verticales a las vigas de la estructura transmitir las cargas horizontales a los elementos encargados de resistirlas (pantallas...) Unidireccionales FORJADOS Bidireccionales Necesitamos pórticos de carga (y atado)

4 FORJADOS UNIDIRECCIONALES De viguetas armadas o pretensadas FORJADOS UNIDIRECCIONALES In situ De losas alveolares pretensadas

5 FORJADOS DE ALVEOPLACAS Chapa grecada hormigonada

6 Losa hormigonada in situ Estructura mixta Forjados reticulares

7 Cómo funciona una placa?: funcionamiento 1-D 1 vs 2-D El funcionamiento de la placa depende de la geometría y las condiciones de sustentación Flectores de un emparrillado apoyado en todo su contorno emparrillado apoyado en todo su contorno cortantes desplazamientos

8 emparrillado sobre apoyos aislados desplazamientos flectores Zanca de escalera: funcionamiento 1-D1 Modelo de cálculo Armado

9 Esfuerzos presentes en una placa Esfuerzos de placa a flexión (carga normal al plano medio de la placa) + Esfuerzos de laja (carga en el plano de la placa) Tipos de placas

10 Métodos de Cálculo Métodos Analíticos: solución exacta para geometrías y condiciones de contorno sencillas. Cálculo en rotura Métodos Aproximados proporcionados por las normativas En el caso de la EHE (Art. 22): Método Directo Método de los Pórticos Virtuales Métodos de Cálculo (cont. cont.) Métodos Numéricos: Método de los elementos finitos (con elementos de tipo placa) Asimilación a emparrillado de barras (MEF con elementos de tipo barra o, lo que es lo mismo, cálculo matricial)

11 Art EHE: Métodos simplificados para placas sobre apoyos aislados Los procedimientos que se exponen en este apartado son aplicables s para el cálculo de esfuerzos en Estados Límite Últimos de las estructuras constituidas por placas macizas o aligeradas de hormigón armado con nervios en dos s direcciones perpendiculares, que no poseen, en general, vigas para transmitir r las cargas a los apoyos y descansan directamente sobre soportes de hormigón armado o con o sin capitel Método directo Para cargas verticales,, estas placas pueden analizarse estudiando, en cada dirección, los pórticos virtuales que resulten siempre que se cumplan las limitaciones: a) La malla definida en planta por los soportes, será sensiblemente nte ortogonal. b) La relación entre el lado mayor y menor del recuadro no debe ser mayor que 2. c) La diferencia entre luces de vanos consecutivos no debe ser mayor m que un tercio de la luz del vano mayor. d) La sobrecarga debe ser uniformemente distribuida y no mayor que q 2 veces la carga permanente. e) Deberán existir tres vanos como mínimo en cada dirección. Los momentos de las secciones críticas en apoyos y vanos se definen como un porcentaje del momento M 0 Carga permanente de cálculoc M 0 ( g = d + qd )l 8 p l 2 1 g d q d Sobrecarga de cálculo c aplicada en el recuadro estudiado l 1 Distancia entre ejes de soportes en la dirección n en la que se calculan los momentos l p Anchura del pórtico p virtual analizado. Momento negativo en apoyo exterior Caso A Caso B Caso C 30% 0% 65% Momento positivo en vano 52% 63% 35% Momento negativo en apoyo interior 70% 75% 65% Caso A: Placa elásticamente empotrada en los soportes de borde. Caso B: Placa apoyada en el borde. Caso C: Placa perfectamente empotrada en ambos bordes, o con continuidad en ambos apoyos (vano intermedio).

12 Método de los pórticos virtuales Para cargas verticales y horizontales,, estas placas pueden analizarse estudiando, en cada dirección, los pórticos virtuales que resulten. en. La hipótesis fundamental de este método reside en la no interacción entre pórticos virtuales. Por ello, en las situaciones en que tal interacción pueda p ser significativa, no deberá utilizarse. La interacción entre pórticos puede aparecer en las siguientes situaciones: asimetrías notables en planta o en alzado (de geometría y rigidez). existencia de brochales. estructuras sensiblemente traslacionales. existencia de elementos de rigidización transversal (pantallas, núcleos). acciones no gravitatorias en estructuras no uniformes. fuerte descompensación de cargas o de luces Características de rigidez de las vigas y soportes del pórtico virtualv Obliga a un cálculo,, con unas determinadas propiedades que fija EHE, para cargas verticales y otro,, con diferentes propiedades, para cargas horizontales. Método de los pórticos virtuales (cont. cont.) Definición de los Pórticos Virtuales

13 Método de los pórticos virtuales (cont. cont.) Bandas centrales (zonas flexibles) y de soportes (zonas rígidas) Criterios de distribución de momentos entre la placa y los soportes (estimación de torsores en zunchos de borde, trazado de huecos, estimación de flechas ) Momentos (+) Momentos positivos Banda de soportes Banda central En ambos casos 60% 40% Criterios de distribución de momentos en la placa Momentos (-)( Momentos negativos Banda de soportes Banda central En soporte interior 75% 25% En soporte exterior 100% 20% Método de los elementos finitos (con elementos de tipo placa)

14 M.E.F. 1. Definición del modelo de elementos finitos (geometría y mallado) M.E.F. 2. Definición de las condiciones de contorno: cargas y condiciones de apoyo 3. Resolución 4. Interpretación de resultados EHE Artículo 56º Placas o losas Se comprobará el Estado Límite Último de Agotamiento por tensiones es normales de acuerdo con el Artículo 42º, considerando un esfuerzo de flexión equivalente que tenga en cuenta el efecto producido por los momentos flectores y torsores existentes en cada punto de la losa. M* x M xy M y M* y M x

15 c Mallazo base + refuerzos 1 m Consideraciones EHE: Método de Armer y Wood para dimensionamiento de placas en flexión y torsión: α=0 M x *=M x + M xy M y *=M y + M xy M* y α M y *=M y + M xy2 /M x Y M* x M x *=M x + M xy2 /M y X

16 Armer y Wood Asimilación a emparrillado

17 M x M y M xy M* x M* y Forjados Reticulares: podemos aligerar la placa? Flexión (+) Flexión (-)(

18 Forjados Reticulares Forjados Reticulares Grandes cargas o luces Comprobaciones ELU: Torsión en zunchos de borde Punzonamiento de pilares en ábacos Cortante en nervios Comprobaciones ELS: Flechas Fisuración

19 Forjados Reticulares Art EHE: Placas o losas sobre apoyos aislados Este Artículo se refiere a las estructuras constituidas por placas as macizas o aligeradas con nervios en dos direcciones perpendiculares, res, de hormigón armado, que no poseen, en general, vigas para transmitir r las cargas a los apoyos y descansan directamente sobre soportes con o sin capitel. c Salvo justificación especial, en el caso de placas de hormigón armado, el canto total de la placa no será inferior a los valores siguientes: Placas macizas de espesor constante, L/32 Placas aligeradas de espesor constante, L/28 siendo L la mayor dimensión del recuadro. La separación entre ejes de nervios no superará los 100 cm y el espesor de la capa superior no será inferior a 5 cm y deberá disponerse en la misma una armadura de reparto en malla. Forjados Reticulares Para el análisis estructural deben seguirse las indicaciones del Artículo 22º. Para la comprobación de los distintos Estados Límite se estudiarán las diferentes combinaciones de acciones ponderadas, de acuerdo con los criterios expuestos en el Artículo 13º. Se comprobará el Estado Límite Último de Agotamiento frente a tensiones normales de acuerdo con el Artículo 42º, considerando un esfuerzo de flexión equivalente que tenga en cuenta el efecto producido por p los momentos flectores y torsores existentes en cada punto de la losa. Se comprobará el Estado Límite de Agotamiento frente a cortante de acuerdo con las indicaciones del Artículo 44º. En particular, deberán ser comprobados los nervios en su entrega al ábaco y los elementos de borde, vigas o zunchos. Se comprobará el Estado Límite de Agotamiento por torsión en vigas y zunchos de borde de acuerdo con las indicaciones del Artículo 45º. Se comprobará el Estado Límite de Punzonamiento de acuerdo con las indicaciones del Artículo 46º. Asimismo, siempre que sea necesario, se comprobarán los Estados Límite de Fisuración,, Deformación y Vibraciones,, de acuerdo con los Artículos 49º, 50º y 51º, respectivamente. La disposición de armaduras se ajustará a lo prescrito en el Artículo 66º, para armaduras pasivas.

20 Forjados Reticulares: predimensionado Canto del forjado H 15 cm H L / 28 (EHE) H L / 25 (Montoya) L / 20 H L / 25 (Recomendable) Limitaciones de flecha (punzonamiento:: tanteo para cargas elevadas) e.g.. para luces de 8 m: H ~ 30+5 cm Forjados Reticulares: predimensionado Predimensionado de soportes a 0 25 a 0 H + h a a 0 L / 20 H : espesor de la placa h a: resalto de la placa L: la mayor de las luces de los vanos adyacentes en la dirección de a 0

21 Forjados Reticulares: predimensionado Predimensionado de intereje e 100 cm Usualmente 60 a 80 cm Depende del aligeramiento Perdido Recuperable Según fabricante Forjados Reticulares: predimensionado Predimensionado de nervios b 7 cm b b x /7 b h /4 b x :mayor dimensión del aligeramiento h : altura del aligeramiento (resistencia al fuego)

22 Forjados Reticulares Resistencia al Fuego Forjados Reticulares: predimensionado Predimensionado de ábacos L 0.15 L Replanteo (Armado de negativos) (Punzonamiento)

23 Forjados Reticulares: predimensionado Predimensionado de capa de compresión e 5 cm e > b x / 10 b x :mayor dimensión del aligeramiento Mallazo: Ø6 a 15 cm C.G.M.. de losas: 2l para B400S y 1.8l para B500S Forjados Reticulares: predimensionado Predimensionado del nervio de borde Sección cuadrada del mismo canto que el forjado. Para luces elevadas puede que debamos descolgarlo y embeberlo en el cerramiento. b p H b p 25 cm Predimensionado de los voladizos L 10 H

24 Modelo de Cálculo: Obtención de Resultados Forjados Reticulares: Disposiciones de Armado. Art. 56º EHE (ver Guía de Aplicación de la EHE)

25 Forjados Reticulares: Disposiciones de Armado. Art. 56º EHE Forjados Reticulares: Disposiciones de Armado. Art. 56º EHE