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Influencia del armado longitudinal en el punzonamiento de una losa

21 de Enero de 2020 | Autor: Carlos Corral (@Prontubeam) Leído: 2122 veces

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Influencia del armado longitudinal en el punzonamiento de una losa

El pasado 14 de enero se hundió un parque infantil encima de un parking subterráneo en Santander. Milagrosamente, no parece que se hayan encontrado victimas hasta el momento. Si vemos las imágenes, se puede intuir lo que parecen las columnas del parking que han “atravesado” el parque de juegos. Esto conoce como punzonamiento, fallo que ya hemos visto otras veces, como el hundimiento de una piscina o el de un parking de coches. En la siguiente imagen vemos, a la izquierda, el parque infantil de Santander y en las otras dos imágenes dos ejemplos de punzonamiento.

Figura 1. Ejemplos de fallos por punzonamiento

Es cierto que el colapso total puede que no haya sido solamente por el punzonamiento, ya que cuando este fenómeno se produce, los esfuerzos cambian y pueden producirse otros modos de colapso después de este, pero es el punzonamiento el origen del fallo. Parece que el posible origen de este fallo ha sido que el drenaje no fuera correcto y que la sobrecarga producida por el agua y por las tierras mojadas hayan superado las cargas de diseño. A raíz de este accidente ha surgido este artículo:

En este artículo quiero hablar sobre la influencia del armado longitudinal de nuestra losa en la resistencia a punzonamiento y mencionar un detalle constructivo que es interesante respetar a la hora de diseñar nuestra losa.

Como sabemos, en la formulación de la resistencia a punzonamiento, según el EC-2, entra en juego la cuantía de armadura longitudinal. La siguiente fórmula, extraída el EC-2, muestra este término:

Figura 2.Fórmula de la resistencia a punzonamiento extraída del EC-2 con el parámetro relacionado con el armado resaltado en rojo

Este término se define como el armado longitudinal en tensión por metro lineal de la losa encima de la columna donde se produce el punzonamiento dividido por el canto útil d. El eurocódigo ya nos dice que si el armado no es el mismo en el entorno de la columna, calculemos un armado equivalente por metro lineal como una media de los armados en un ancho igual al ancho de la columna más 3d a cada lado. Vemos que en la fórmula de la resistencia a punzonamiento este término va multiplicado por otros dos valores y luego elevado a 1/3. Esto quiere decir que el efecto de la armadura longitudinal no es lineal, aunque si nos fijamos bien, no se aleja mucho. Si elevamos un término X a la 1/3 tendría esta forma:

Figura 3.Gráfica de un valor X elevado a 1/3

Vemos que su tendencia, en la zona de aplicación del termino elevado a la 1/3, es casi lineal (un poco menos que lineal, una diferencia de 0.07%).

Sin embargo, hay un motivo más por el que aumentar el armado longitudinal que atraviesa la zona de ruptura, en particular, el armado que pasa por encima de la columna: Si, por el motivo que sea, hubiera un fallo a punzonamiento, seguimos teniendo la resistencia de las armaduras a cortante puro, serán nuestra última esperanza. Esto no va a evitar que nuestra estructura haya fallado, pero si puede que evite que se desplome en el piso inferior, ya que la losa quedará suspendida por estas barras que pasan por encima de la columna. Por ello aconsejamos que al menos dos barras en cada dirección pasen entre los armados de la columna, para dar una resistencia adicional a la losa después de que se haya producido el fallo por punzonamiento.

Hemos estudiado cual es el efecto en la resistencia a punzonamiento del armado longitudinal de la losa dentro de la columna y cuál es la resistencia a cortante de las barras una vez que se ha producido el fallo y la losa queda suspendida solo de ellas.  El siguiente gráfico muestra varios ejemplos de la resistencia a punzonamiento de una columna de 20cmx20cm en una losa de hormigón de fck=40MPa para distintos valores de armado (C16@200, C16/20@200, C20@200, C20/25@200 y C25@200) y distintos espesores. También muestra la resistencia al armado a cortante de las barras de la losa que atraviesan la zona de la columna, contando con 2 y 3 barras por cada dirección.

Figura 4.Efecto del armado longitudinal en la resistencia a punzonamiento (*) y la resistencia de este armado a cortante puro

 

(*)Este cálculo no tiene en cuenta el valor de la resistencia mínima del hormigón propuesto por el EC-2 ni la posible presencia de armado a cortante. Solo muestra la fórmula de la resistencia propuesta en la Figura 2.

El gráfico nos muestra que para espesores pequeños, el armado que usamos para armar nuestra losa ya nos aporta una resistencia mayor que la del punzonamiento sin armadura. Luego en caso de fallo, nuestra losa quedaría “colgada” de estas barras trabajando a cortante. Cuando aumentamos el espesor de la losa o si añadimos armado a cortante, esto ya no se cumple, y quizás deberíamos añadir barras dentro de las armaduras de la columna o aumentar el diámetro. Tantas como para que resistan a cortante la carga de punzonamiento de diseño.

He contrastado la recomendación propuesta de asegurar que, al menos dos barras en cada dirección quedan dentro del armado de las columnas y nuestros compañeros de IngenioXYZ comparten este punto de vista y añaden esta información: “Se trata de una recomendación que viene del Código Modelo y que incorporó la EHE-98 parcialmente (sólo indicaba, como hace la EHE-08, que deben disponerse dos barras en el interior del pilar, pero no su cuantía, que para cumplir con el objetivo buscado, deberían tener capacidad para absorber todo el esfuerzo de punzonamiento)”. Es recomendable asegurar que por encima de nuestra columna, en total (contando ambas direcciones), tengamos suficiente armadura como para que resistan, a cortante, la carga de punzonamiento.

No solo ellos refuerzan esta idea. El código americano (ACI) también confirma esta proposición. En la siguiente imagen vemos como la ACI propone asegurar el anclaje de las armaduras por fuera del cono de ruptura y además cómo muestra que 4 barras deben de pasar por dentro de las armaduras de la columna:

Figura 5.Disposición del armado según la ACI 318-19

En el apartado 8.7.4.2.2 de este mismo código (ACI) se menciona que al menos dos barras en cada dirección deban de pasar entre los armados de la columna y explica que es para asegurar la integridad estructural, para dar una resistencia adicional a la losa después de que se haya producido el fallo por punzonamiento:

Este artículo pretende orientar al ingeniero en su cálculo a punzonamiento pero, en ningún caso, los números que aquí aparecen deben de ser tenidos en cuenta como valores a usar en para un diseño. Los números que aquí aparecen deben ser contrastados y comprobados con cálculos adicionales del ingeniero. Recomendamos que el ingeniero que realice un cálculo a punzonamiento lea con detalle el código aplicable a su proyecto y que se asegure que respeta todos los requisitos especificados, que podrían ser más restrictivos que los aquí mencionados.

 

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Sobre el autor
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Carlos Corral . Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos por la universidad Politécnica de Madrid. Especialidad: Cálculo de estructuras. Creador y programador de Prontubeam.
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