Entendiendo el punzonamiento y su armado según el EC-2

Entendiendo el punzonamiento y su armado según el EC-2

Después de haber leído varios artículos sobre el punzonamiento, todos parecen coincidir en que el Eurocódigo 2 no es muy claro en el cálculo del armado de punzonamiento. Además, durante mi vida profesional, me he dado cuenta que es un cálculo que crea ciertas dudas. El objetivo de este artículo es crear una reflexión conjunta de qué parece que el EC-2 intenta decirnos, recordar ciertas reglas y abrir debate sobre el tema. Recordamos que Prontubeam cuenta con una herramienta online para calcular el punzonamiento.

Antes de nada, debemos recordar (y que se olvida mucho) que la formulación del punzonamiento parte de la hipótesis de que la carga que produce el punzonamiento es una carga uniformemente repartida. En el apartado 6.4.1 (5) del Eurocódigo lo dice bastante claro:

Figura 1. Sección 6.4.1 (5) – Hipótesis para el cálculo de punzonamiento 

Esto puede interpretarse de dos maneras:

·         Típico caso de punzonamiento de una columna – La carga tiene que llegar a la columna, normalmente a través de una losa, de forma uniforme:

Figura 2. Cargas uniformemente repartidas llegando a la zona de punzonamiento

La presencia de cargas puntuales elevadas nos tendría que hacer pensar más bien en un fallo local por cortante, en una sección más semejante a una viga y olvidar el concepto de perímetro de fallo. Un ejemplo interesante es el encepado de pilotes, al que llega un pilar. En este caso, deberíamos plantear un fallo por punzonamiento considerando un perímetro limitado por los pilotes y un fallo por cortante en un plano entre el pilar y cada pilote:

Figura 3. Fallos de ruptura en encepado de pilotes 

·         Cuando tenemos una carga puntual concentrada, la distribución en la losa que la soporta debe hacerse de forma uniforme hacia todas las direcciones. Si por ejemplo, tuviésemos un muro debajo creando una zona de alta rigidez, debemos pensar en un fallo por cortante y dejar de lado el concepto de perímetro de fallo:

Figura 4. Modo de ruptura por cortante y no punzonamiento creado por una carga cerca de un apoyo

Sin embargo, no hay que olvidar que incluso en el caso de una columna soportando una losa, la carga podría no llegar totalmente uniforme. Esto ocurre, por ejemplo, cuando los vanos no son uniformes en todas las direcciones. Por ello, el EC-2 introduce la el coeficiente beta que se encarga de tener en cuenta el momento que se produce por el hecho de que la carga no llegue 100% uniforme. No vamos a entrar en detalle sobre el cálculo de este coeficiente beta ya que da para un artículo completo.

Una vez que tenemos claro las bases de cálculo, tenemos que definir el perímetro de ruptura y la resistencia del hormigón. En este artículo no nos vamos a entrar en detalle sobre cómo calcular la resistencia del hormigón, vamos a centrarnos en la sección 6.4.5 del EC-2, el caso en el que se necesita armado de punzonamiento. Recordamos que el EC-2 nos propone la siguiente formulación:

Figura 5. Resistencia a punzonamiento según EC-2 

Vamos a ver un poco más en detalle esta fórmula y cómo interpretar el término relacionado con el armado:

Figura 6. Explicación formulación resistencia a punzonamiento según EC-2 

Vemos que el Eurocódigo calcula el armado en una distancia de 1.5d, lo que haría una biela de compresión con una inclinación de unos 33º, diferente a la clásica de 45º.

Figura 7. Biela comprimida en punzonamiento según EC-2 

En la formulación A_sw es la cantidad de armadura (cm²) por cada perímetro. Lo que el Eurocódigo no especifica es cómo considerar este armado si cada perímetro no tiene la misma cantidad de armado. En la siguiente imagen vemos un ejemplo en el que en cada perímetro el número de barras es distinto:

Figura 8. Perímetros de armado a punzonamiento – Cantidad variable de barras

En este caso, parece más interesante pensar en armado total en lugar del armado por perímetro, es decir, el término:

La duda que surge es desde dónde empezar a contar el armado para determinar A_1.5d. Dado que el Eurocódigo dice explícitamente que armados a una distancia menos de 0.3d de la zona cargada no deben tenerse en cuenta y que la rotura por punzonamiento tiene la forma siguiente, algo razonable podría ser contar el armado disponible desde 0.3d hasta 1.8d:

Figura 9. Condiciones del armado de punzonamiento 

El EC-2 especifica que el armado que se puede tener en cuenta para el punzonamiento es aquel que se encuentra a una distancia igual o mayor de 0.3d de la zona cargada. Sin embargo, el código americano ACI especifica que el primer perímetro de armado de punzonamiento debe estar a una distancia menor de 0.5d, por lo que parece adecuado que el primer perímetro se encuentre entre 0.3d y 0.5d del borde de la zona cargada. Igualmente el EC-2 indica que la distancia entre un perímetro y otro tiene que ser menor a 0.75d mientras que en la ACI es 0.5d:

Figura 10. Disposición de armado de punzonamiento según ACI-318 

No vamos a entrar a debatir esta diferencia ya que estará también ligada a los términos de la formulación o decisiones tomadas al redactar cada código.

Terminamos el artículo recopilando los distintos requisitos que según el EC-2 debe cumplir el armado a punzonamiento:

Figura 11. Recordatorio de disposición de armados 

Todas las conclusiones de este artículo deben ser contrastadas antes de ser usadas, viendo las hipótesis de cálculo de cada caso en particular y entendiendo el código que se está aplicando.