leccion nº 23 - 3D Studios PLR

Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
BLOQUE TEMÁTICO 2
UNIDAD TEMÁTICA 7
LECCIÓN 23
H. A. PILARES.
FORMA DE TRABAJO.
ARMADURAS.
1
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
ÍNDICE
1.- INTRODUCCIÓN. GENERALIDADES
2.- FORMAS DE TRABAJO:
2.1.- Compresión
2.1.2.- Pandeo
2.2.- Flexocompresión.
2.3.- Cortante
3.- DISPOSICIÓN DE LAS ARMADURAS
3.1.- Armadura longitudinal. Despiece por nº de redondos.
3.2.- Armadura transversal.
3.3.- Tipología de pilares
3.3.1.- Secciones: rectangulares, circulares, poligonales
4.- NUDOS
4.1.- Según su emplazamiento en la obra
4.2.- Cambios de sección
4.3.- En función de la existencia o no de acciones dinámicas
4.3.1.- Sin acciones dinámicas
4.3.2.- Con acciones dinámicas
4.4.- Encuentro con otros elementos
4.4.1.- Zapatas
4.4.2.- Losas de cimentación
4.4.3.- Muros de contención
4.4.4.- Muros pantalla
4.4.5.-Vigas.
2
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
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.
2. - 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
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
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.
2.1.2. - 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
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
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.
El
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:
Que reduce las posibilidades resistentes de las piezas.
.
2.2. - 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
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
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.
3.1. 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
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
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,
it
ió
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
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
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
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
TABLA DE CERCOS PARA PILARES
ØL DIÁMETRO DE LA ØL DIÁMETRO
ARMADURA LONG.
DEL CERCO
S
VERTICAL (mm)
(mm)
(mm)
12
16
20
25
6
6
6
8
15
20
25
30
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
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
.- 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
10
SOLUCIÓN
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
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
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
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
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
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
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.
4.1.- 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
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
PILAR NORMAL
4.2.- intermedia)
cambios de sección
(planta
Unidad Temática 7
Lección 23
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
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
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
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
Secció
Plant
PILAR INTERMEDIO
(planta intermedia)
4.3.- 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
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
cm inferiores y superiores de cada pilar con una separación entre 50-10 cm y
tendrán continuidad dentro del canto de la jácena/forjado.
4.3.1.- Sin acciones dinámicas
PILARES
EXTREMOS
PILAR
EXTREMO
PILAR
INTERMEDIO
18
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
4.3.2.- Con acciones dinámicas
PILARES EXTREMOS
DE
19
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
PILAR
INTERMEDIO
PILAR EXTREMO
DE
20
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
4.4.- unión con otros elementos
4.4.1.- Zapatas
ZAPATA
AISLADA
4.4.2.- Losa de cimentación
21
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
4.3.3.- Muros de contención
22
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
23
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
4.4.4.- Muros pantalla
4.4.5.- Vigas
PILAR
INTERMEDIO
24
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
PILAR
SUPERIOR
PILAR CON
VIGA
25
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
PILAR Y VIGA
DEL
VIGA PLANA
PASANTE MÁS
ANCHA QUE EL
26
Escuela Politécnica de Cuenca
Arquitectura Técnica
Unidad Temática 7
Lección 23
VIGA QUE LLEGA
A PILAR MÁS
UNIÓN PILAR
CON VIGAS DE
DISTINTO
27