BLOQUE TEMÁTICO 2 UNIDAD TEMÁTICA 7 LECCIÓN 23 H. A. PILARES. FORMA DE TRABAJO. ARMADURAS.

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1 BLOQUE TEMÁTICO 2 UNIDAD TEMÁTICA 7 LECCIÓN 23 H. A. PILARES. FORMA DE TRABAJO. ARMADURAS. 1

2 ÍNDICE 1.- INTRODUCCIÓN. GENERALIDADES 2.- FORMAS DE TRABAJO: Compresión Pandeo Flexocompresión Cortante 3.- DISPOSICIÓN DE LAS ARMADURAS Armadura longitudinal. Despiece por nº de redondos Armadura transversal Tipología de pilares Secciones: rectangulares, circulares, poligonales 4.- NUDOS Según su emplazamiento en la obra Cambios de sección En función de la existencia o no de acciones dinámicas Sin acciones dinámicas Con acciones dinámicas Encuentro con otros elementos Zapatas Losas de cimentación Muros de contención Muros pantalla Vigas. 2

3 1. - INTRODUCCIÓN. GENERELIDADES. Los soportes o pilares de hormigón armado constituyen piezas, generalmente verticales, en las que la solicitación normal es predominante. Sus distintas secciones transversales pueden estar sometidas a compresión simple, compresión compuesta o flexión compuesta. La misión principal de los soportes es canalizar las acciones que actúan sobre la estructura hacia la cimentación de la obra y, en ultimo extremo, al terreno de cimentación, por lo que constituyen elementos de gran responsabilidad resistente. Las secciones de los soportes de hormigón armado pueden adoptar formas diversas, si bien las mas corrientes son rectangulares, las cuadradas y las circulares. Las armaduras de los soportes suelen estar constituidas por barras longitudinales, cercos y estribos. Las barras longitudinales están encargadas de absorber, bien compresiones en colaboración con el hormigón, bien tracciones en algún caso de flexión compuesta, así como de colaborar con los cercos y estribos para evitar la rotura por deslizamiento del hormigón. Los cercos y los estribos constituyen la armadura transversal cuya misión es, aparte de la indicada anteriormente, evitar el pandeo de las armaduras longitudinales comprimidas y, eventualmente, absorber esfuerzos cortantes. La distancia a que se colocan los pilares es, generalmente, de 5 a 6 metros, y las vigas de 4 a 5 metros.. En hormigón armado, por el procedimiento constructivo, se consideran todos los elementos (pilares, vigas...) continuos y los nudos rígidos. Las armaduras que deben tener los elementos estructurales vendrán fijadas por el cálculo que nos dará las secciones de las barras, longitudes, etc FORMAS DE TRABAJO: Los pilares de hormigón trabajan por los esfuerzos axiles de compresión y de flexión (momento flector) que son transmitidos por las jácenas. Esta combinación hacen que trabajen a: Flexión Compuesta Compresión simple Cortante 2.1.compresión: El hormigón, junto con el acero, constituyen un sólido heterogéneo, con la propiedad esencial de que ambos materiales quedan íntimamente unidos, con una apreciable adherencia. Como consecuencia, se producen alargamientos unitarios. La relación de los módulos de elasticidad longitudinal del acero y del hormigón, que Suele tomarse corrientemente igual a n=15. Se llega, pues a la conclusión de que: Si en un punto de una pieza de hormigón armado el hormigón trabaja a una tensión σh, el acero trabaja a nσh. 3

4 La pieza con una carga P es sometida a una compresión en su eje que producirá en esta un acortamiento mientras que se ensanchara en sentido transversal produciéndose un aplastamiento. El hormigón y las armaduras deben consolidar una pieza en la que estén íntimamente ligados, por lo que la adherencia entre el acero y el hormigón es algo fundamental para soportar tales esfuerzos pandeo: Las piezas cuya esbeltez geométrica exceda de este valor 10, pueden estar sometidas al pandeo o flexión lateral. El pandeo es debido a que: a).- el eje de los pilares no es casi nunca perfectamente rectilíneo b).- los materiales no suelen ser perfectamente homogéneos c).- la carga no suele estar centrada Comprobando que los pilares de planta baja, resisten los esfuerzos de pandeo, quedará ya suficientemente estudiado la resistencia a pandeo de toda la estructura, pues son estos pilares los que por altura (esbeltez) y mayor carga, se encuentran en la situación más desfavorable. A efectos resistentes se maneja el concepto de esbeltez mecánica en lugar de la geométrica, siendo el cociente entre la longitud de pandeo de la pieza y el radio de giro de la sección. Donde: λ: es la esbeltez i: es el radio de giro mínimo, sobre el que se va a pandear lp: longitud de pandeo l: longitud de la pieza S: área de la sección 4

5 La longitud de pandeo de una pieza depende de la fijación y enlace de sus extremos, siendo la longitud de la pieza entre dos puntos de inflexión la más peligrosa en cuanto a posibles deformaciones. La deformación por pandeo de una barra biarticulada se toma como referencia de comparación, como unidad. La longitud real de la barra, en este tipo de enlaces, coincide con la longitud de pandeo. radio de giro (i) es la distancia del eje a la que toda la sección daría la misma inercia. A partir de la esbeltez mecánica se llega a un coeficiente de pandeo (l) que mayora la acción de la fuerza aplicada, quedando la formula de compresión: El Que reduce las posibilidades resistentes de las piezas flexocompresión: La flexión compuesta es la gama de solicitaciones que combinan la flexión y la compresión. La presencia de tales solicitaciones es frecuente en los elementos estructurales de una construcción. Así, los soportes suelen estar sometidos a los efectos de la compresión provocada por la carga y a la flexión engendrada por un momento transmitido por la viga o por un descentramiento de la carga de la viga con respecto al eje del soporte. Otro tipo de excentricidad sería la que se da en los cambios de sección de un pilar medianero o de esquina, pues al retranquear solo un lado de la sección para mantener la verticalidad en fachada, no hay coincidencia de ejes, sin embargo, estas excentricidades no suelen ser 5

6 2.3. Cortante. Hemos visto como en una pieza sometida a flexión se producen tensiones de compresión y tracción. Por otra parte el momento flector es variable según el eje de la viga y por ello dos secciones transversales próximas tendrán distintos momentos y por distintas tensiones de compresión y de tracción. Esta desigualdad produce deslizamientos de una superficie sobre otra. Un prisma elemental de la pieza estará, por tanto, sometido a la acción de dos pares de fuerzas que producen un esfuerzo de tracción según una diagonal y otro de compresión según la diagonal opuesta. 3- DISPOSICIÓN DE ARMADURAS. Las armaduras de los soportes de hormigón armado están constituidas por barras longitudinales, y una armadura transversal formada por cercos y estribos. La Instrucción española EHE-98, indica que los soportes que formen parte de pórticos de edificación ejecutados en obra, deberán tener su dimensión transversal mínima, mayor o igual a 25 cm Armaduras longitudinales. Las armaduras longitudinales se situaran en la proximidad de las caras del pilar, debiendo disponerse por lo menos una barra en cada esquina de la sección. En los soportes de sección circular deben colocarse un mínimo de 6 barras. Para la disposición de estas armaduras deben seguirse las siguientes prescripciones. - El diámetro mínimo de la armadura longitudinal será de 12 mm. - La separación máxima entre dos barras de la misma cara no debe ser superior a 15 cm. - Los recubrimientos y separaciones mínimas de las armaduras principales deben ajustarse a lo visto. - Cuando el empalme de las armaduras se realice mediante retranqueo de una barra respecto a la otra. Para asegurar que no se forzaran las barras con grifa, durante el hormigonado, dicho retranqueo debe venir preparado de ferralla. Estas armaduras trabajan a compresión y son de los siguientes tipos: a) armadura longitudinal de arranque. b) armadura longitudinal normal de pilar. c) armadura longitudinal de pilar superior intermedio. d) armadura longitudinal de pilar superior extremo. 6

7 Normalmente, estas armaduras longitudinales que nos hacen la misión de jaula y que trabajan a compresión, son también capaces, y al mismo tiempo suficientes, para absorber las flexiones que se puedan producir por las cargas horizontales. Es muy importante tener presente tanto la ubicación del pilar en planta, como la dirección que adopta el soporte respecto a las líneas de carga, para la disposición de sus armaduras, procurando siempre que ambos estén en el sentido de la máxima inercia, respecto a la jácena o jácenas que llegan al pilar. Se entiende por máxima inercia aquella que se genera respecto al eje del pilar perpendicular a la dirección de las jácenas; es decir, que la mayor cantidad de hormigón y armadura estén lo mas alejados posible del mencionado eje del pilar. En pilares de planta cuadrada, la mayor cantidad de armadura debe colocarse en los laterales del pilar por donde acometen las jácenas. PILAR EXTREMO (momento PILAR CENTRAL (momentos compensados) PILAR DE ESQUINA (esfuerzos más importantes, ió it Cuando a este tipo de pilares le llegan dos jácenas perpendiculares, el armado total del pilar debe distribuirse en las 4 caras del mismo. En el caso de que una de las jácenas fuera mucho más importante (mas longitud de carga) que la otra, se colocará más armadura en las caras paralelas por donde llega esa jácena. En los casos de pilares de planta rectangular, debe disponerse la máxima dimensión de los mismos y armadura, en las caras del pilar por donde acometen las jácenas. 7

8 En el caso de que lleguen al mismo dos jácenas perpendiculares, la máxima inercia (máxima dimensión y máximo armado) deben disponerse en el lateral por donde acceda la jácena más importante. En ocasiones, en los pilares de medianería, la planta del mismo se dispone de forma contraria a lo indicado anteriormente, con el fin de que los mismos no sobresalgan por los pasillos de las viviendas. Sin embargo, el armado sigue los criterios vistos. dirección del pórtico En los cambios de sección de soportes, para la disposición de las armaduras longitudinales, se adoptan las indicadas en la figura, siendo la más sencilla la denominada cuello de botella, pues la otra nos obliga a la colocación de esperas suplementarias. 3.2.ARMADURAS TRANSVERSALES. Las armaduras transversales, pueden ser de los siguientes tipos:.- Cercos: son armaduras perimetrales que abrazan y atan todas las barras longitudinales, evita su pandeo, mejorando, al mismo tiempo, la acción de jaula del conjunto de la armadura. Su atado se efectúa alternativamente en las cuatro esquinas del pilar. 8

9 TABLA DE CERCOS PARA PILARES ØL DIÁMETRO DEL CERCO (mm) ØL DIÁMETRO DE LA ARMADURA LONG. VERTICAL (mm) S (mm) NOTAS: -EN CASO DE PILARES ARMADOS CON DIFERENTES Ø ADOPTAR EL ØL MENOR. -CON ESFUERZOS HORIZONTALES Y EN ZONA SÍSMICA CONCETRAR CERCOS EN CABEZA Y ARRANQUE EN 50CM CON 5cm < S < 10cm En la tabla superior se establece el diámetro y la separación entre cercos a adoptar en función del diámetro de la armadura longitudinal que debe atar el cerco. El atado de las barras longitudinales a los cercos, se efectuará con alambres de atar, o alambre de acero no galvanizado de 1mm de Ø, no usar la soldadura. Abajo se detalla el atado de los cercos de un pilar de diferentes formas: 9

10 .- Estribos: destinados a atar armaduras opuestas para poder garantizar su trabajo a compresión, sin que se produzca peligro de pandeo. La necesidad de empleo de estribos, de sección y separación análoga a la de los cercos, con los que alterna, es consecuencia de que así como las barras de esquina están atadas de forma efectiva por los cercos, las barras situadas en las caras no están suficientemente atadas en cuanto que su separación de la esquina es superior a 15 cm. La separación de los cercos y estribos será la menor de las siguientes dimensiones: s < 1 5 Ø de la barra comprimida más delgada. s < ht menor dimensión del núcleo limitado por el borde exterior de la armadura transversal. El diámetro Ø t de los cercos será: Ø t > 1/4 Ø máx. (diámetro de la barra comprimida más gruesa). Si en un soporte la armadura longitudinal se dispone, no sólo en las esquinas, sino también a lo largo de las caras, las barras centrales no quedarán bien sujetas si la distancia a una esquina es superior a 15 cm. Por ello convendrá adoptar disposiciones en las armaduras transversales que nos garanticen el atado. SOLUCIÓN SOLUCIÓN SOLUCIÓN 10

11 De los ejemplos, la solución 2 es la mejor, porque permite un mejor hormigonado del pilar..- Zunchos: son armaduras transversales, definidas por un atado helicoidal cuya separación, es el paso de hélice, no podrá exceder de la quinta parte del diámetro del núcleo zunchado, de 8 cm, para poder tener en cuenta el efecto de zunchado sobre el incremento de resistencia del pilar. S D/5 S 3.3- TIPOLOGIA DE PILARES: Dado que la misión fundamental de un soporte es la trasmisión vertical de cargas, es lógico que sus formas mas corrientes sean las prismáticas y cilíndricas, de eje vertical, empotradas en pie y cabeza, dada la continuidad de las estructuras de hormigón armado. Esta continuidad hace que las solicitan, pero que indudablemente van a afectar al soporte. Por ello no es de extrañar que cuando los momentos no están equilibrados en las vigas (caso general de pilares extremos), resulte que un pilar pueda romperse al hacerlo más grueso, porque entonces absorbe mas momento. Si el pilar cambia su forma prismática, haciendo girar su sección transversal al par que se desplaza a lo largo del eje se obtiene un pilar Salomónico; y si se desplaza según aristas rectas oblicuas, dan origen a pilares con caras en Paraboloide Hiperbólico. 11

12 En la primera solución las armaduras trasversales son todas iguales, pero las longitudinales son hélices en vez de rectas, pero las trasversales cambian de dimensión y forma. Un tipo de soporte corriente empleado hoy día es el de forma en V, de doble brazo, cuya forma depende de la existencia o no de tirante. Cuando no existe tirante superior, cada brazo actúa como ménsula, por lo que suele adoptar sección variable con mayor canto en sus arranques. Por el contrario, si existe tirante, los brazos trabajan como tornapuntas y pueden tener sección constante o incluso tener mas canto arriba para reforzar su empotramiento en el tirante; para evitar la fisuración del tirante o todo el hormigón es capaz de absorber la tracción, aunque no se tenga en cuenta su colaboración en el calculo, o se coloca la armadura en tensión. Pero el carácter formáceo del hormigón permite hacer soportes de muy variadas formas, que van desde las suaves curvas que acusan su naturaleza de material vertido, en los estalactíticos de FISAC; a las escultóricas formas de NIEMEYER, en Brasilia. 12

13 Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica Unidad Temática 7 Lección 23 Gracias a la refabricación, una solución original de fachadas de pórticos estructurales, de reducidas luces, de tal modo que los pilares constituyen los elementos principales que modulan y ritman la composición exterior. Las vigas se solidarizan con el pilar, en forma de ménsulas, y en general tanto las juntas entre vigas como entre pilares se enlazan con rotulas definidas por juntas de neopreno. Como ejemplo de esta forma de hacer, el EDIFICIO BEATRIZ, de Madrid, del arquitecto Eleuterio Población. 13

14 3.3.1.secciones: rectangular, circular y poligonal. 4.- NUDOS La EHE-98, define un nudo como una zona donde los campos de compresiones y tracciones se interseccionan Según su emplazamiento en la obra A la hora de disponer la armadura longitudinal de un pilar, se ha de tener en cuenta el lugar que éste ocupa en la obra, para una perfecta unión con las vigas que a él le llegan. Así tendremos diferentes tipologías de armaduras según se trate de pilares de planta intermedia, superior, extremos ó extremos superiores. A continuación se detalla cada caso particular: 14

15 PILAR NORMAL (planta intermedia) cambios de sección PILAR SUPERIOR (planta intermedia) PILAR SUPERIOR (planta superior) El cambio de sección de un pilar al siguiente se efectúa de tres formas: a) Efectuando un ligero doblado de las barras del pilar inferior en cuello de botella ; siempre y cuando el ángulo de doblado tenga una pendiente inferior a 1/6, que es la máxima que se considera recomendable para no producir empujes horizontales importantes. Esta solución es la más sencilla de ejecutar, debiendo quedar el cuello de botella embutido en el canto de la jácena/forjado. b) Con esperas suplementarias en cuello de botella; apta para fuertes cambios de escuadría de pilares, que no permiten realizar la transición dentro de la viga con tangente superior a 1/6 c) Variando la b) pero con una barra recta anclada la longitud L1>Lb,net a partir de la sección CD. 15

16 Existen pilares de medianerías o fachadas, en los que la cara exterior debe permanece vertical, sin retranqueos, por lo que la disminución de sección se efectuará en la cara opuesta (interior). Abajo se detalla el cambio de sección c) en los dos casos de pilar intermedio y extremo: 16

17 Secció Plant PILAR INTERMEDIO (planta intermedia) en función de la existencia o no de acciones dinámicas Cuando no existan acciones dinámicas (sismo), la separación entre cercos puede ser constante en toda la longitud del pilar. En el caso de que se prevea la acción de estas cargas dinámicas, los cercos deben concentrarse más en los 50 17

18 cm inferiores y superiores de cada pilar con una separación entre cm y tendrán continuidad dentro del canto de la jácena/forjado Sin acciones dinámicas PILARES EXTREMOS PILAR EXTREMO PILAR INTERMEDIO 18

19 Con acciones dinámicas PILARES EXTREMOS DE 19

20 PILAR EXTREMO DE PILAR INTERMEDIO 20

21 4.4.- unión con otros elementos Zapatas ZAPATA AISLADA Losa de cimentación 21

22 Muros de contención 22

23 23

24 Muros pantalla Vigas PILAR INTERMEDIO 24

25 PILAR SUPERIOR PILAR CON VIGA 25

26 PILAR Y VIGA DEL VIGA PLANA PASANTE MÁS ANCHA QUE EL 26

27 VIGA QUE LLEGA A PILAR MÁS UNIÓN PILAR CON VIGAS DE DISTINTO 27