Y DE REPENTE…UN OPENING, ¿QUÉ HAGO?

Me encontré el otro día en las redes sociales con la foto de arriba, y me llamó la atención el armado adicional dispuesto entorno a la apertura (opening). Me pregunté ¿Es tan grande el impacto de un agujero en un muro? En el ejemplo de la imagen se trata de un opening en un tanque, y fijaros que cantidad de armadura adicional es necesaria (4 barras adicionales por cada cara del agujero y en cada dirección más otras 4 por cada esquina en dirección diagonal). Esto me ha llevado a hacer una sencilla prueba de cálculo:

Imaginemos que hemos modelizado un muro de hormigón de medio metro de canto y, por poner algo, 10m de ancho y alto. Tras el cálculo nos comunican que, debido a unas pequeñas modificaciones (sí, siempre dirán “pequeñas”), es necesario realizar un opening adicional para la nueva disposición de las tuberías. ¿Qué hacemos? ¿Nos echamos las manos a la cabeza? Pues vamos a comprobarlo.

Hemos modelizado dicho muro estudiado con un programa de cálculo de elementos finitos (CivilFEM 2016 en este caso), inicialmente sin opening y vamos a hacerle, posteriormente, primero un opening de 1x1m y luego uno de 3x3m, estudiando que sucede al aplicarle una carga vertical descenciente de 100kN en el medio de la cara superior.

Figura 1 Geometrías estudiadas

Resultados de desplazamientos:

Figura 2 Desplazamientos verticales

Podemos ver que entre no tener opening y tener un opening de 1x1m, la diferencia es mínima, pero sin embargo, entre no tener opening y tenerlo de 3x3m… algo sí que cambia. Debajo de la carga el desplazamiento máximo en vertical aumenta un 37% debido a una flexión en la zona del opening. Por debajo del opening los resultados son semejantes.

Resultados de esfuerzos en X:

Figura 3 Esfuerzos en dirección X

Podemos ver, que a medida que se hace más grande el opening las tracciones que se forma en la parte superior del mismo aumentan (106%(x2) al abrir el opening de 1m y 692%(x8) al aumentar el opening a 3m). Igualmente suben las compresiones justo debajo de la carga, debido al momento que se forma según se va abriendo el vano (dimensión del agujero). Podemos ver que los resultados en las bandas laterales de agujero se mantienen constantes (entorno a los 4kN/m de compresión). Que no os engañen los colores, el naranja en los dos primeros equivale al verde en el último siguiendo la leyenda.

Resultados de esfuerzos en Y:

Figura 4 Esfuerzos en dirección Y

Lo primero que hay que destacar es que inicialmente, el camino de descenso de cargas comienza de forma muy semejante pero empieza a variar a la altura del opening pasando a darse cada vez una distribución más irregular en la cimentación. En el primer caso, se obtiene una compresión vertical uniforme en la base del muro de unos 12kN/m, en el segundo se aprecia un ligero desplazamiento de las cargas hacia las esquinas (13kN/m en esquina frente a unos 10kN/m en el centro) mientras que en el tercero este efecto se acentúa, presentado casi 4 veces más en las esquinas que en el centro (22kN/m en esquinas contra 3kN/m en el centro).

Habría que hacer más ejemplos, pero resulta muy curioso que, una vez abierto el agujero, las compresiones que bajan por los bordes laterales del mismo se mantienen semejantes (30kN/m de compresión) pero se ven aumentadas si las comparamos con el caso en el que no exista opening (15kN/m de compresión). Importante también recalcar que por encima del agujero no se aprecia ninguna diferencia en ningún caso hasta que no nos encontramos un metro por encima del mismo.

NOTA: Es importante recalcar que el modelizado llevado a cabo en el opening de 1x1m podría no ser adecuado ya que el tamaño del elemento placa es del mismo orden que el agujero y no captura correctamente los efectos en el entorno del mismo.

Conclusión:

Parece adecuado pensar que el impacto del opening de 1x1m puede solucionarse sin tener que realizar estudios adicionales,  con tan solo añadir a cada lado la mitad del armado que le correspondería llevar al opening en el interior. Sin embargo, para el opening de 3x3m parece necesario un cálculo más detallado del impacto ya que la distribución de cargas se ve afectada, tanto en las partes que rodean a la apertura como en la base, donde se dan distribuciones irregulares en las reacciones.

Recuerden que solo se han estudiado los efectos bajo una carga vertical, mientras que han quedado sin estudiar los efectos producidos por una carga perpendicular al plano del muro (presión por explosión por ejemplo) y los efectos producidos bajo una carga horizontal en el plano del muro (sismo por ejemplo) que podrían llevar a conclusiones distintas a estas.