Confinamiento – Aumento de la resistencia del hormigón según EC-2

Puede ocurrir que, localmente en nuestra losa o columna, tengamos compresiones en el hormigón que superen la resistencia admisible. Ocurre a veces cuando usamos hormigones de distintas resistencias o llegan bielas de compresión localizadas en nuestro elemento de hormigón. En estos casos se puede recurrir al confinamiento del hormigón, añadiendo armado de confinamiento. Vamos a verlo en detalle basándonos en el EC-2 sección §3.1.9.

La resistencia de nuestro hormigón, f_ck, está calculada para una probeta cilíndrica normalizada apoyada en su cara inferior, en la que se le aplica una compresión en su parte superior. Esta probeta se puede deformar radialmente libremente, lo que llevará a la rotura de la misma. El confinamiento consiste en impedir esta deformación radial, bien añadiendo armado o añadiendo alguna fuerza radial a la probeta (σ_2- σ₃); como muestra la siguiente imagen extraída del EC-2:

Figura 1. Compresiones laterales producidas por el confinamiento – EC2 §3.1.9 

En este artículo vamos a ver cómo realizar este confinamiento usando armado. Para ello nos vamos a basar en siguientes fórmulas de la sección §3.1.9 del EC-2 y vamos a aplicarlas a un ejemplo:

Donde, como ya hemos dicho, σ₂=σ₃=compresión lateral y los valores de ε_c2 and ε_cu2 son función de la resistencia fck del hormigón y vienen en la tabla 3.1 del EC-2 que facilitamos al final del artículo.

Lo más normal, en casos prácticos, es que sepamos que compresión le está llegando a nuestro hormigón (σ₁), y que al ser mayor que la resistencia del mismo (f_cd=f_ck/γ_c ), será la compresión a la que queremos llegar añadiendo armado de confinamiento. Supongamos que tenemos un hormigón con f_ck =30MPa y que nos están llegando 35MPa, por lo que nuestro hormigón rompería en compresión. De las fórmulas (3.24) y (3.25) podemos calcular que compresión lateral σ₂ debemos añadir para poder alcanzar los 35MPa de resistencia. Esta σ₂ la obtendremos añadiendo armado que supondremos plastificado tal como especifica el EC-2. Calculamos σ₂ primero y luego vemos como calculamos el armado necesario. De las fórmulas (3.24) y (3.25) podemos despejar σ₂ obteniendo las siguientes fórmulas:

Las fórmulas anteriores se pueden traducir en el siguiente gráfico. Podemos ver como aumenta la resistencia de nuestro hormigón según incrementamos las compresiones laterales:

Figura 2. Aumento de la resistencia del hormigón en función de las compresiones de confinamiento 

Para nuestro caso en particular, tenemos un fck=30MPa y queremos alcanzar fck,c=35Mpa; por lo que necesitamos una compresión lateral σ₂=1MPa. Vamos a traducir esta presión radial en armadura. Usando la formulación del artículo “Cálculo de un anillo de cimentación: La cimentación que no debería fisurar y fisuró” podemos convertir estas presiones radiales que actúan en una cierta altura en fuerzas orto-radiales que serán las que tendrán que ser resistidas por armaduras de confinamiento plastificadas. En la siguiente imagen se muestra esta conversión donde q=- σ₂ . y F es la fuerza que tendrán que resistir nuestras armaduras.

Solo nos queda decidir en qué altura (h) vamos a disponer nuestras armaduras de confinamiento y en qué ancho (r). Esto dependerá de cada problema en particular, de la superficie donde se esté aplicando las compresiones, a qué altura se ha producido suficiente difusión para que el hormigón, sin confinar, sea capaz de resistir las compresiones o si es toda la altura de un plinto, por ejemplo.

Nuestras armaduras de confinamiento van a trabajar a una tensión de plastificación igual a f_yd=f_yk/γ_s que tendrán que resistir estas fuerzas F para generar las compresiones σ₂:

Este armado se debe disponer en forma de cercos adecuadamente cerrados en toda la altura h considerada. La siguiente imagen, obtenida de la web www.semanticscholar.org, nos puede dar una idea de cómo confinar nuestro hormigón:

Figura 3. Armado de confinamiento – Imagen extraída de la web www.semanticscholar.org

La siguiente imagen nos proporciona los valores de ε_c2 and ε_cu2en función de fck por si quisiéramos aplicarlos a las fórmulas (3.26) y (3.27) del EC-2 mostradas anteriormente.

Figura 4. Resistencias y deformaciones del hormigón según la resistencia del mismo (fck)