Dificultades en el planteamiento del refuerzo de pilares de hormigón armado

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www.e-ache.com HormigónyAcero2018;69(284):49–58 www.elsevierciencia.com/hya

Dificultades

en

el

planteamiento

del

refuerzo

de

pilares

de

hormigón

armado

Challenges

in

the

approach

to

strengthening

reinforced

concrete

columns

Enrique

Calderón

Bello

_y

_Eduardo

_Díaz-Pavón

_Cuaresma

a_{Dr.IngenierodeCaminos,CanalesyPuertos,JefedelaSeccióndeRehabilitación,INTEMAC,S.A.,Madrid,Espa˜na}

b_{Dr.IngenierodeCaminos,CanalesyPuertos,JefedelaSeccióndePatología,INTEMAC,S.A.,Madrid,Espa˜na}

Recibidoel23defebrerode2017;aceptadoel10deseptiembrede2017 DisponibleenInternetel21denoviembrede2017

Resumen

Lapocaregulaciónexistenteparaelrefuerzodeestructurashacequehastaenloscasosmássencillosdeedificaciónseaenormementecomplicado teneruncriteriodeactuación.Enlarevisióndeproyectosderehabilitaciónhemosdetectadoqueeldenominadorcomúnenmuchosrefuerzosde pilaresfuelaausenciadelajustificacióndelplanteamientodelrefuerzoodecómosetransmitíanlascargasdelaestructuraexistentealmismo. SirvancomoejemplolasnumerosasintervencionesllevadasacabotraselterremotodeLorcade2011,dondemuchospilaresresultarongravemente da˜nados.Lassolucionesderefuerzofuerondiversas,aunquecompartíanenlamayoríadeloscasoslaprecipitaciónensuejecuciónylaausencia devaloracióndesuefectividad.

Seexpone,medianteunejemplodeunpilarda˜nadoenunaplanta,laproblemáticadeldise˜nodelrefuerzoycómoestepuederesultardemayor alcancedelesperado.

©2017Asociaci´onEspa˜noladeIngenier´ıaEstructural(ACHE).PublicadoporElsevierEspa˜na,S.L.U.Todoslosderechosreservados.

Palabrasclave: Refuerzodepilares;Transmisióndecargas;Encamisadodehormigón;Empresilladometálico

Abstract

Thelackofregulationswithregardstostrengtheningreinforcedstructurespreventstheadoptionofastandardisedapproachtoeventhesimplest buildingstructures.Followingtheanalysisofrefurbishmentprojects,ithasbeenconcludedthatthecommondenominatorinmanyreinforced columnswasthelackofjustificationofthecalculationofthecolumnreinforcement,oreventheloadtransmissionbetweentheexistingstructure andthisnewreinforcement.OfspecialconcernwerethenumerousinterventionscarriedoutfollowingtheearthquakethattookplaceinLorca in2011,wheremanycolumnshadbeenseverelydamaged.AlthoughthestrengtheningsolutionsimplementedinLorcawerediverse,theyall followedasimilarpatternpresentingdesignsolutionsthatwererushedandlackedaproperevaluationoftheireffectiveness.

Thisarticlefocusesonanexampleofadamagedcolumnonarandombuildingfloorandtheassociatedchallengerelatedtothedesignofa strengtheningsolutionandhowthismayeventuallyresultinasignificantlylargerscopethaninitiallyenvisaged.

©2017Asociaci´onEspa˜noladeIngenier´ıaEstructural(ACHE).PublishedbyElsevierEspa˜na,S.L.U.Allrightsreserved.

Keywords:Strengthenedcolumn;Loadtransmission;Concretejacket;Steeljacket

Introducción

Lareducciónrecientedeconstruccióndeobranueva,tanto en obra civil como de edificación, y el aumento del sector

∗_{Autorparacorrespondencia.}

Correoelectrónico:[email protected](E.CalderónBello).

de larehabilitacióny unamayor preocupacióngeneralporel mantenimiento del patrimonio construido han supuesto que seaprecieunmayorinterésporregularizaronormalizarestas prácticas,talycomosucedeconlaobranueva.Afechadela redaccióndelpresenteartículomuchospaísessiguentrabajando para redactar normativas que cubran las obras existentes y el tratamiento de los refuerzos. Ejemplo de ello es el futuro

https://doi.org/10.1016/j.hya.2017.09.001

Eurocódigo de estructuras existentes, que lleva varios a˜nos en fase de planteamiento y actualmente se halla en fase de redacción,sibienaúnnohayfechaclaradepublicación.

Elproblemafundamentalradicaenquealanalizar diferen-tesestructurasreforzadasenlasúltimasdécadasseobservauna enormeheterogeneidadenelplanteamientoylaejecucióndelos refuerzos.Aunquedesdehacedécadasexistengruposde inves-tigación que hantratado de analizar aspectos muyconcretos del comportamientode los refuerzos,publicando tesis docto-ralesyartículosdeinterésalrespecto(véanseporejemplolas referencias[1–20]),enmuchoscasosseadoptansolucionesque aparentementesondebuenapraxis(muchasvecesporelhecho deveresasoluciónaplicadaenunmayornúmerodeobras)sin meditarsilatipologíaaplicadaseráapropiadaparacadaobra concreta.

Lainspección reiterada de más de 350 edificios en Lorca tras el terremoto de mayo de 2011 [21] puso de manifiesto que, en aquelloscuya estructuraestaba formada porpórticos dehormigón(aproximadamente lamitad),elda˜noestructural máshabitualeraelfallodelpilar(provocadológicamenteporel sismo,aunqueen latotalidadde los casosdebidoauna con-figuración del mismo no adecuada: pilares enanos, cautivos, detallesdearmadoinadecuados,etc.).Enefecto,encontramos másde70edificios(50deellosdeconstrucciónrelativamente reciente, admitiendo en tal clasificación estructuras construi-dasen elámbitode normativasmuyparecidas alasvigentes enlaactualidad)conda˜nosmuygravesenpilares(enmuchos casos,inclusocolapsos),queexigíanunaactuaciónderefuerzo urgentepara, al menos,restituir su capacidadfrente a accio-nesgravitatorias.Sinembargo,enningunodeestosedificioslas actuacionesderefuerzoquesellevaronacaboatendieronala redaccióndeunproyectoenelquesejustificaraadecuadamente suprocedimientode ejecución,dimensionamiento, entradaen carga,afectación alrestode laestructura,etc.Solo en 2 edi-ficiosseaportóunproyectoquejustificabaparcialmenteestos aspectos.

La urgencia de intervención se utiliza como excusa de la ausenciadedichasjustificacionesoinclusodelpropioproyecto correspondiente.Comoseexponeen[22],elproblemaseagrava enestoscasos,pueselpropioapeoprevioalrefuerzotieneigualo mayorcomplejidadquedichorefuerzo,requiriendoigualmente suadecuadaconcepciónyjustificacióntécnica.

Parecequesesobreentiendequeenunaobranuevaseexija unanejodecálculosjustificativossobreeldimensionamientode laestructura,peroparecehaberciertabenevolenciaenelsector delarehabilitaciónalahoradeadmitirsolucionesderefuerzo estructuralsindimensionaryúnicamentebasadasensupuestos criteriosdebuenapraxis,cuandoenamboscasosdebenexigirse solucionestécnicamentejustificadas.

Como se expone en el presente artículo, hay múltiples aspectosatenerencuentaeneldimensionamientoderefuerzos de pilares de hormigón armado, y algunos de ellos pueden suponer que el alcance del refuerzo sea mucho mayor del esperado. Todo lo que se apunta se basa en casos sencillos y habituales en edificación (pilares sometidos a compresión dominante),porloquetampocoesdeextra˜narqueenelcaso derefuerzosnecesarios porfenómenosmáscomplejos,como

eselcasodeestructurasda˜nadastrasunterremoto,lostécnicos encuentrenaúnmásdificultadeneldimensionamiento.

Problemasdeeficaciaenelrefuerzodepilaresde hormigónarmado

A la hora de plantear el refuerzo de un pilar de hormi-gónarmadoexistendiferentestipologíasytécnicas,lascuales podemosagruparporelmaterialempleadoenelrefuerzo (enca-misadosdehormigón,empresilladosoencamisadosmetálicos, zunchadoconmaterialescompuestos,etc.),obienporsuforma detrabajo[1].Enesteúltimocaso,lastipologíaspodríanserlas 2siguientes,conindependenciadelosmaterialesempleados:

-Refuerzosporsustitución,enlosquesedespreciala capa-cidaddelsoporteoriginal(salvoenlazonadetransferenciadel refuerzo)yelrefuerzosedimensionapararecibirlatotalidadde lacarga.

-Refuerzosporcolaboración,quetienenporfinalidad aumen-tar lacapacidad estructural, yasea incrementando lasección delsoporteexistente,osimplementemejorandosuresistenciaa travésdelconfinamiento.

En el caso concreto de refuerzos ejecutados en Espa˜na, lastécnicas habitualesdeencamisadodehormigón armadoo empresilladometálicoestaríanincluidasenelprimergrupo,y lastécnicasdeencamisadoconmaterialescompuestosochapas enelsegundo,sibientambiénsedetectancasosdeencamisado dehormigónconfuncióndeconfinamiento.

Centrandoelartículoenestoscasoshabituales,seexponen acontinuaciónalgunosdeloscondicionantesdeplanteamiento delrefuerzoy/odeejecucióndelmismoque,denosertenidos encuenta,puedenlimitarlaefectividaddelrefuerzoo,incluso, hacerlo pernicioso por la falsa tranquilidad que transmite el elementoreforzado.

Transferenciadecargasdelsoporteexistentealrefuerzo

En los refuerzos por sustitución es fundamental analizar cómo se producirálatransferencia deesfuerzos entreelpilar existente yel refuerzo.Ello tieneunagranrepercusiónsobre la extensión del refuerzo.Como se expone en [1–3,11] y en lafigura1(extractada de[1]),siexisteuntramoensituación derefuerzo(porestarda˜nado,presentarcapacidadinsuficiente, etc.)sedeberárealizarlatransferenciadecargaeneltramo supe-riornoda˜nado(oquenorequiereserreforzadoporcondiciones decálculo).Encasocontrario,derealizarlatransferenciaenel tramoafectadopodríaproducirseelagotamientodelpilar exis-tenteenlosprimeroscentímetrosdondeaúnnosehatransferido lacargaalrefuerzo.

Igualmentepasaeneltramoinferior,dondehabríaque devol-verlosesfuerzosalpilarexistente,casodequeeste,perse,no requieraserreforzado.

Comosedetallaenelsiguienteapartado,sehacenecesario poderdeterminarlalongituddetransferenciadelacargaentre elpilarexistenteyelrefuerzo.

Transmisión de esfuerzos a través de la estructurea horizontal (macizar si procede)

Tramo de pilar reforzado

Tramo de pilar transición Tramo de transición

Figura1. Esquemadetransferenciadecargaspilarexistente-refuerzopor enca-misado(croquisextractadodelareferencia[1]).

exige comprobar algunos aspectos en la estructura existente, comoseexplicaconmayordetalleenlosejemplosdelsiguiente apartado, y no siempre se garantiza que dicha configuración seaadecuada.Desgraciadamente,eshabitualquelosproyectos carezcandelascomprobacionescitadas.

Capacidadresidualdelsoporteexistente

Dadaladificultadexistenteparavalorarquépartedelas car-gasseguirán conduciéndose porel soporteexistente y cuáles seiránporelrefuerzo,sepuedendimensionarlosencamisados dehormigónarmadooempresilladosmetálicosdespreciandola capacidaddelpilarexistente.Además,muchasveceslas dimen-sionesmínimasconstructivasdeestosrefuerzoscumplenconel criteriodesustitución.

Aunquedespreciarlacapacidadresistentedelsoporte exis-tente pueda parecer que está excesivamente del lado de la seguridad,nosiempreesasí.Elconsiderarlaresistenciadedicho soportepodríaresultarinseguroenelcasodequeunincremento decargaenelmismotraselrefuerzoagotaseesteyporsufalta deductilidadelrefuerzono fueracapazdesoportar la totali-daddelacargaquellegaalpilar(véaselafigura2).Porello, considerarlacolaboracióndelpilarexistenteexigeunanálisis minuciosoquegaranticelasituacióntensionaldelpilarpreviaal

refuerzo.Entodocaso,ensoportesmuyda˜nadosoconniveles decargaaxialpróximosalcolapso,parecerazonabledespreciar cualquiercapacidaddelpilarexistente.

Contactodelsoporteexistenteconencamisadode confinamiento

Paraquelosrefuerzosporconfinamientoseanefectivos,debe garantizarse el pleno contacto entre el soporte existente y el encamisado. Enlos refuerzosconmaterialescompuestos, por condicionesdeejecuciónespocoprobablequeelaplicadordeje grandesirregularidadesenelpilarantesdedisponerlacamisa (casodistintoeseltratamientodelasesquinas,comoseindica enelpuntosiguiente,el2.4),peroenelcasodeencamisados metálicos,muchasvecessedisponenlaschapassobre superfi-ciesaparentementeregularizadas,perosingarantizarelcontacto íntimoentreambosmateriales.

Porello,enlosencamisadosmetálicoselmejormétodopara garantizardichocontactoes dejarunapeque˜naholgura(entre 10 y20mm,dependiendo del materialdeinyección) entreel encamisadoyelsoporteparapermitirlacorrectainyeccióndela interfazencamisado-superficiedehormigón,disponiendovarios puntosdeinyecciónyotrostantosdepurgaparagarantizarque noquedeaireocluido.

Redondeodeesquinasdelsoporteexistente

Enlossoportesdesecciónrectangularquesevayanareforzar mediante confinamiento por encamisado de materiales com-puestos es necesario realizarpreviamente el redondeode las esquinas para evitar larotura prematura de las fibras y para aumentarlaefectividaddel confinamiento.Elradiode redon-deodebedeser,almenos,de20mm(véanse,porejemplo,las referencias[1,4,17,18,23–26]).

Téngaseencuentaquedenollevarseacabodichoredondeo elcoeficientedeefectividad(véanseporejemplolasreferencias

[1,4])sereducede1(valorparaseccionescirculares)aunvalor aproximado(dependiendodelaescuadríadelasección)deentre 0,25y0,33.

Enalgunasrehabilitacionessetratadejustificarlaomisión delredondeo,ounvalormuyreducidodeeste,enelhechodeque elpilarareforzarpresenterecubrimientosprácticamentenulos. Paraevitaresto,sepodríamaterializarelredondeomedianteun leverecrecidodelasección,circunstanciaquedeberíahaber que-dadorecogidaenelproyectosidurantelainvestigaciónprevia sedetectóelproblemadelosrecubrimientos.

ε

Nd

curva carga-deformación pilar sin reforzar curva carga-deformación del refuerzo REF1 Colaboración conjunta pilar y refuerzo

El refuerzo absorbe todo el axil y no merece la pena contar con capacidad del soporte existente

Nult,0

Nref,i

Para REF2

Nd> Nult,0+Nref,iy Nref,u> Nult,0+Nref,i

Nref,u

Nd< Nult,0+Nref,i

Nult,0

El refuerzo no tiene capacidad para absorber el incremento de axil y el soporte falla sin poder desarrollar toda la capacidad del refuerzo Para REF1

Nd> Nult,0+Nref,iy Nref,u< Nult,0+Nref,i

Colaboración del soporte y refuerzo, pero éste se ve infrautilizado

curva carga-deformación del refuerzo REF2

Figura2.Diagramacarga-deformacióndeunsoportereforzado.

Efectosindirectosdelrefuerzo

Otroaspectoquefrecuentementenoseanalizaendetalleesla maneraenlaqueelrefuerzodeunsoportepuedealterarla distri-bucióndeesfuerzosenlaestructura.Seesbozanacontinuación algunosejemplosdeestasposiblesmodificaciones:

Aumentodelarigidezdelsoporte

Enelcasodeoptarporunrefuerzoporencamisadode hormi-gónarmado,elincrementoquesuponeelmismoparalasección originalimplicaunnotableaumentodelarigidezdelpilar.Este aumento alterarálaposicióndel «centroderigidez»del con-juntodepilares,loquesupondráuncambiodecomportamiento frente acargas horizontales, sobre todosi el edificiono dis-poníadenúcleosespecíficosderigidez,habitualesenedificios altos.Elproblemafundamentalradicaennovalorarestehecho, puesalgunossoportesnoda˜nadospodríanverempeoradossus esfuerzostraselrefuerzodeotrossoportespróximos,mientras queenotrasocasioneslaomisióndecálculosadicionalespuede suponerdimensionarelrefuerzoparacargasinferioresalasque lecorrespondeconlageometríamodificada.

Por ello, además del simple análisis local de los pilares objeto de refuerzo frente a cargas gravitatorias, debe anali-zarseelcomportamientoglobaldelaestructurafrenteatodas las acciones solicitantes, con objeto de valorar si la nueva distribución de esfuerzos puede modificar el propio refuerzo

planteadooexigirelrefuerzodeotrospilaresnocontemplados inicialmente.

Sobrecargadepilarespróximosalreforzado

cuantificarestefenómenoesevidente,yempujaavalorarestos aspectosdeformaconservadora.

Deformacionesenroturadepilaresconfinados

Cuandoseplanteaunrefuerzoporconfinamiento,las defor-macionesverticalesqueseasumenenelsoportereforzadopara queentreenfuncionamientoelencamisadoy,porlotanto,se produzcala mejora por confinamiento, no sondespreciables. Dichasdeformacionespuedenconllevarlasobrecargade sopor-tesadyacentes,hechoquedeberíaanalizarse.

Casosprácticos.Ejemplosdedise ˜no

Seplanteacomobaseelmismocasodesiniestrodeunsoporte deedificacióny diferentes alternativasde refuerzo.Mediante lossiguientesejemplossetratadeexponerlasparticularidades ydificultadesdeldimensionamientodelmismo.

Setratadeunedificioqueconstadeplantabajay 7 plan-tasmássobrerasante.Laestructuraestáformadaporforjados unidireccionalesde 250mm de canto de viguetas semirresis-tentesde hormigónarmado queapoyansobre vigas de canto (300_×500mm)y pilaresdelmismomaterial.Los materiales quefueronempleadosparalaconstruccióndeledificiofueron unhormigónHA-20yacerocorrugadodedurezanaturalB400S. Eledificiopresentabalocalescomercialesmuydiáfanosen laplantabajayviviendasenlasplantassuperiores,porloquela configuracióndeparticionesinterioresfavorecióelefecto desfa-vorabledeplantadébilanteelterremoto.Dichoefectoprodujo quealgunossoportesdelaplantabajacolapsaran,presentando da˜nosirrecuperablesquepropiciabanquelosrefuerzosfueran planteadossincontarconlacapacidaddelassecciones residua-lesda˜nadas.Losejemplosexpuestosacontinuaciónsecentran enelrefuerzoporsustitucióndeunodelossoportesinteriores delaplantabaja,conelúnicoobjetoderestituirsucapacidad frenteaaccionesgravitatorias.

Elsoporteareforzarpresentabaunaalturalibre de2,85m yunaseccióncuadradade450mmdelado,reduciéndoseenla plantasuperiora350mm.Delanálisisestructuraldeledificio sededujeronlos esfuerzosdecálculoendichosoportequese muestranenlatabla1.

Para la obtención de dichos esfuerzos no se ha tenido en cuentalaacciónsísmicaparademostrarque,inclusoparacasos sencillos y habituales de edificación en el territorio nacio-nal,existenalgunasparticularidadesquepuedencondicionarel refuerzo.Esfácilentenderquelaconsideracióndedichaacción sísmicauotrasaccioneshorizontalesrelevantespueden condi-cionaraúnmáselrefuerzo,ylatransferenciade cargaenlos nudosdelaestructura.

Tabla1

Esfuerzosdecálculodelsoporteareforzar

Esfuerzo Plantabaja(cabeza) Plantaprimera(base)

Nd(kN) 2.228,2 1.904,70

Mxd(mkN) 35,0 26,2

Myd(mkN)a 44,6 38,1

a _{Momentoflectorendireccióndelasvigas.}

Refuerzomedianteencamisadodehormigónarmado

Porcondicionesdeejecucióndelencamisado,para garanti-zarunadecuado hormigonadoyunrecubrimientomínimode 25mm,elespesorsefijaen80mm,porloquelasdimensiones exterioresdelacamisaresultaránde610_×610mm(demanera quesuáreaesde169.600mm2).Losmaterialesempleadospara elencamisadosonunhormigón HA-25y acerocorrugadode durezanaturalB500S.Dadaslasdimensionesylacarga funda-mentalmentedecompresióncentrada,sedisponen8barras(3 porcara),sibieneldiámetrodelasbarrasdeesquinasefijapara quegaranticenporsísolaslacuantíamecánicamínimafijadapor EHE-08[27].Deestamanera,sifueranecesariohacercontinuo elrefuerzoalaplantasuperior,soloharíafaltadarcontinuidada dichasarmaduras,cuyosejesnointerceptanlosarmadosdelos pórticosprincipales. Conestoscriteriossededuce unarmado de4␾16(esquinas)y4␾12(caras).Comosepuedecomprobar, elaxilúltimoparacompresióncentradadeestasección (dedu-cidaporcondicionantesgeométricos,deejecuciónydecuantía mínima)esnetamentesuperioralasolicitacióndelaplantabaja, ysegarantizalaabsorcióndelospeque˜nosmomentosflectores solicitantes.

Nu =Ac·fcd+As·fyd =169.600·

25 1,5

+4_·201_·400₌3.148,3kN (1)

Definidalaseccióndelrefuerzoenlaplantabaja,seanaliza latransferenciadecargaentreelpilarexistenteyelrefuerzo.Por simplicidad,primerosecompruebasiesposibleevitarprolongar elrefuerzoaltramosuperiordelaplantaprimera,realizandola transferenciaatravésdelnudosuperiorviga-pilarexistentede plantabaja(véaselafigura3).

Sedebenrealizarlassiguientescomprobaciones:

FORJADO

DESCUELGUE VIGA

T

M

V

V

M

PL. PRIMERA

PL. BAJA

N

a)Traccionesexperimentadasenelnudoexistentepara des-viarlascargasalencamisado.

Comose muestra en la figura 3, para lograr eldesvío de cargasdelpilarexistentealencamisadoseprevélaapariciónde tracciones(T)enlaparteinferiordelnudoviga-pilar.Enla direc-ciónortogonaldelosforjadosnosepuedecontarconcoacción efectiva(dadalaexistenciadeelementosdealigeramientodel entrevigado)niconarmadurassuficientementerepartidaspara garantizareldesvíodecargasenelnudo.

Medianteunmodelodebielasytirantessepuedeverificar esteaspecto,comprobandoademássidichatracciónpuedeser resistidaporlaarmaduraexistente.Enesecaso,tratándosedela armadurainferiordelaviga,normalmentelacuantíaesreducida altratarsedeunvanocontinuo,ademásdequelossolapessuelen serreducidos.

Trasel análisisdel modelode bielasy tirantes correspon-dientesecomprueba que,graciasalapocainclinación delas bielas(por laexistenciade vigas de canto) y alos esfuerzos quereciben las vigas en el apoyo por ser un vano continuo, noselleganadesarrollardichastracciones,manteniéndoseesta zonacomprimida.Deacuerdoconesto,nohabríaproblemasde desvíohaciaelencamisado.

b)Tensionesdecompresiónenelcontactoconelencamisado. Comose ha expuesto anteriormente, eldesvío de las bie-lascomprimidasse materializaatravés delasvigas decanto existentes,alnogarantizarseeldesvíodebielasenladirección ortogonaldelosforjados.Estacomprobaciónvienelimitadapor laresistenciadelhormigónexistenteylasuperficiedecontacto entrelasvigas y elencamisado(300mm deanchode vigay 80mmdeespesordeencamisado).

σcd=

2.228,2_·103

2_·300_·80 =46,4

N

mm2 >>fcd=13,33 N mm2 (2)

Lastensionesresultanexcesivas enelcontactoconlacara inferiordelaviga,loqueharíanecesarioaumentarlasuperficie decontactodelencamisado,loquepuederesultarincompatible conlaarquitectura (almenos eneste caso,por las dimensio-nesqueserequeriríanparalosposiblescapiteles),orealizarla transferenciadecargadelrefuerzoenlaplantasuperior.

Paraanalizarlalongitudmínimadetransferenciaenlaplanta superior se puede seguir la metodología expuesta en [1]. En primerainstanciasepodríanconsiderarúnicamente,concarácter conservador,losmecanismosdeadhesiónydetrabazón entre hormigones:

Latensiónrasantedeagotamiento,segúnelartículo47.2.1 deEHE-08[27],esiguala(parasuperficierugosa,␤=0,4):

τru=β·(1,30−0,30· fcd

25)fcd=0,44

N

mm2ⱔβ·0,7·

fctd=0,29 N

mm2 (3)

Lt=

Nd,1a τru·p =

1.904,70_·103

0,44_·4_·350 =3,09m (4)

Comosepuedeapreciar,laalturadeencamisadonecesaria enlaplantaprimeraes,comoprimeraaproximación,superiora

laalturalibredelaplanta(2,85m).Sejustificaacontinuación quedichatransferenciaesposiblerealizarlaenmenorlongitud, medianteelcomportamientodúctildelauniónentreel encami-sadoyelpilarexistente.Paraello,secuentaconlastensiones decompresiónquesegeneranenlainterfazencamisado-pilar existente cuando se produceel «cabalgamiento»entre ambas superficiesalpresentarestasrugosidad(cálculofrentea tensio-nesrasantessegúnelartículo47.2.2deEHE-08[27]).Elvalorde lastensionesdecompresióngeneradasenlainterfazsegarantiza fundamentalmenteporlosestribosdelencamisadoderefuerzo de los pilarescuando se produceelcitadocabalgamiento del mismoconelmecanismodecortefricción.

Siguiendo la metodología de Navarrete [2], para sec-ciones rectangulares y una relación espesor de encami-sado/lado=80/350=0,23<0,25,lareacciónseconcentraen laszonasachaflanadasdelasesquinas,porloqueelperímetro eficazsereduceadichoschaflanes(4m,siendomelanchodel chaflánrealizadoenlasesquinas),resultandounastensionesde compresiónde:

σcd =

4√2·Ast·fyd

4_·m_·s ≤0,6·fcd (5)

Predimensionandolosestriboseneltramodetransferencia como e␾8/150mm (dicha cuantía se deduce por criterios de cuantía mecánica mínimay los criteriosfijadosenelartículo 42.3.1delaEHE-08[27]),deacuerdoconlaexpresiónanterior, setieneque:

σcd =

4√2·50·500/1,15

4·50·150 =4,12

N

mm2 ≤0,6·fcd=8 N mm2

Aplicandoelartículo47.2.2deEHE-08[27]severificaque lastensionesdecálculoeneltramodetransferenciasonelevadas ysuperioresalvalorlímitequehacequeseanecesariodespreciar lacohesiónentrehormigones,porloquelatensiónrasantede agotamiento(parasuperficietratadayrugosa,␤=0,8y␮=0,9) ylalongituddetransferenciaenplantaprimeraresultaríande:

τru=µ·σcd=3,71 N

mm2 ≤0,25·fcd=3,33 N

mm2 (6)

Lt=

Nd,1a τru·4·m=

1.904,70·103

3,33·4·50 =2,85m (7)

Porloqueresultaríafinalmenteunalongituddetransferencia igualalaalturalibreenlaplantaprimera.Comosededucede lasexpresionesanteriores,aumentarlacuantíatransversaldel encamisadonoserviríaparareducirlalongitudde transferen-cia,pueslastensionesrasantesdeagotamientosevenlimitadas superiormenteporlaresistenciadelhormigóndelpilarexistente (mediantelacondición límiteindicadaen laecuación6).Por otrolado,véanselasrecomendacionesqueestableceNavarrete acerca de las longitudes máximas de efectividadde la trans-ferencia, asícomo laspropuestasparareducir dicha longitud conformealasinvestigacionesexperimentalesrealizadasyotras referencias.

resultadosobtenidosparalaposibletransferenciadirectaenel contactoviga-encamisado,seríanecesariorealizaruna compro-baciónanálogaen elcontactoinferior,de caraaestablecersi esnecesariorealizarunapeque˜nazapataamododebasamento enelencamisadoparamejorarelrepartodecargas(paramás detallevéase[1]).

Refuerzomedianteangularesempresilladosmetálicos

Tomando comoreferencia el mismocasoanterior, en pri-mer lugar se dimensionan los angulares y las presillasde la plantabaja,dondesevaarealizarelrefuerzoporsustitución. Deacuerdoconlosesfuerzosdecálculodelatabla1ylos cri-teriosdelaEAE[28],seplantean4L150.150.15conpresillas 100.10separadas500mmaejes.

Aligualqueenelanteriorejemplo,sedebeanalizarcómo rea-lizarlatransferenciadeesfuerzosentrelaestructuraexistente yelrefuerzo.Comoprimertanteo,seplantealatransferencia directaencabezamediantelaejecucióndeuncapitelmetálico conangularesrigidizados.Medianteunplanteamientoanálogo aldelafigura3,sededucequelacomprobacióncríticaesla veri-ficacióndetensionesdecompresiónenelcontactocapitel-viga existente.Teniendo encuentaelanchodelaviga, asumiendo unrepartouniformedetensionessededucequeelcapitel debe-ríatenerunvuelodelordende300mm,loqueresultainviable arquitectónicamenteenestecaso.Cualquieralternativaeneste sentidoexigiríarevisarlascomprobacionesanterioresencuanto alaposible aparicióndetraccionesen elnudo,pues las bie-lasresultaríanmás tendidascuantomayor seaelvuelo delos capiteles.

Alternativamenteseplantealatransferenciadeesfuerzosen laplantasuperior,enprimerainstanciamedianteunencamisado continuodeacero,inyectando lainterfaz conresinas. Deesta manera,deacuerdoconlosvaloresrecomendadosporelEC-4

[29],se obtendría unalongitudde transferencia superiora la alturalibredeplantaprimera:

Lt=

Nd,1a τru·4·b =

1.904,70

0,40_·4_·350 =3,40m>2,85m (8)

Para reducir dicha longitud, se plantea la transferencia mediantelaintroduccióndepasadoreseneltramodelaplanta primera,fijadosalencamisadocontinuoexterior.Sisefijacomo predimensionamientolamétricadelos pasadoresysucalidad (M208.8),deacuerdoconlaEAE[28]elnúmerodepasadores necesariossería(neselnúmerodeplanosdecorte):

n_≥ Nd,1a

min

Fv2,Rd;Fb,Rd;Fc,Rd

(9)

Fv2,Rd=120,6kN

Resistenciacortedelospasadores

Fb,Rd=172,0kN

Resistenciaaaplastamientodelaschapasdelencamisado

Fc,Rd

800 mm

100 mm 200 mm 200 mm 200 mm 100 mm

Figura4. Esquemadetransferenciadecargasmedianteunencamisadocontinuo conchapaenlaplantasuperior.

Resistenciaaaplastamientocontraelhormigón,deacuerdo conlasexpresionesdelartículo6.6.3.1delEC-4[29]

Fc,Rd =

0,29_·α_·d2_·√fck·Ec γM2

= 0,29·1·20 2

·√20·30.365

1,25 =72,32kN (10)

n_≥ 1.904,7 72,32 =26

Loquesecorresponderíacon13pasadores.

Paraunadisposiciónregularysimétrica,sedispondrían14 pasadoresdistribuidosenalturaporparejasyalternandolascaras (véaselafigura4).Disponiendolaprimeraparejaa100mmdela baseyelrestocada200mm,resultaríaunaalturadeencamisado paralatransferenciade800mm.

Porúltimo,sedebecomprobarsilastensionestransmitidas porlasvigasdetechodeplantabajaalosangularesdispuestos encabezaamododecapitelresultantécnicamenteadmisibles. Paraello,sedebetenerencuentaquenotodoeláreadecontacto delcapitelpuederesultareficaz,dependiendodelarigidezque tengaelmismo.Teniendoencuentaladisposicióndeangulares L100.100.15encabezadelrefuerzodelaplantabaja,rigidizados con2cartelasde10mmdeespesor,centradasconrespectoal ejedelavigayseparadas150mmentresí,ylasformulaciones indicadasenelartículo65.2.2delaEAE[28]:

σcd= Vd Ac,ef =

171,87_·103

24.375 =7,05

N mm2 <fcd

=13,33 N

mm2 (11)

De forma análoga se comprueban las tensiones transmiti-dasporlosangularesdispuestosamododebasamentosobrela cimentaciónexistente,bastandocondisponerL100.100.15con cartelasderigidizaciónde10mmdeespesor(3porcadacara) paraconseguirrepartirlascargasmásuniformemente,limitando asílastensionestransmitidas por debajode los valoresantes indicados.

Reconstruccióndelsoporte

Enestecaso,esnecesarioverificarqueelsoporteexistente presenta condiciones de seguridad correctas manteniendo la mismaescuadríayesquemasdearmadoexistentes(con indepen-denciadequeseanecesarioreponeralgunaarmadurada˜nada) paralosnuevosmaterialesempleados(demayorescapacidades quelos existentes). Lacomplejidad deesta alternativa radica endisponerunaestructuradeapeobiendimensionaday conce-bidaparagarantizarelpasotemporaldeesfuerzosenlazonade eliminacióndelpilarhastalacimentaciónexistente.

Dichaestructuradeapeodebe permitirademásunespacio suficientedetrabajoparalaslaboresdeeliminacióncontrolada yreconstrucción.

Cuando noexisten problemasde intervenciónen las plan-tassuperioresaladel refuerzo,laopciónmássencillapuede resultarapearentodalaverticaldeledificiolos2vanosdeviga adyacentesalpilar,si bienenmuchos casos estono es posi-bleydebeverificarsequelaestructuraexistentetengarecursos suficientesparapuentear losesfuerzoshaciaelapeo(véasela

figura5,extractadadelareferencia[22]).

Poniendo comoejemplo esteúltimo caso,dado elnúmero elevadode puntalesquese requeriríanen laplantabaja bajo cadavanodeviga, resultaaconsejabledisponerperfiles metá-licostipoHEBoencajón(2UPN)lomáspegadosposibleal soporteareforzar,perolosuficientementeseparadosdelmismo parapermitirlademolicióncontroladaylareconstrucción.Para elejemploantesindicado,seríannecesarios2soportesHEB200 (uno a cada lado del pilar), los cuales separamos al menos 300mm entre carasenfrentadas de pilar y soportes de apun-talamiento.

FORJADO

PÓRTICO

ARMADURA TRACCIÓN NECESARIA

APEO UROGENCIA

Figura5.Trayectoriadelascargasdelaestructuraalapeo(croquisextractado delareferencia[22]).

Además de comprobar quelas tensioneslocalizadas entre losperfilesdeapeoylaestructuraexistenteseantécnicamente admisibles(siserealizalacomprobaciónparaesteejemplode formaanálogaacomosehizoenlaecuación11,secomprueba quees necesario disponer placas#300.300.20paragarantizar un mayor reparto en lacarainferior de laviga), como se ha indicado anteriormente,es necesario verificarsi es necesario darcontinuidadalapeoenlasplantassuperiores.Teniendoen cuentaelesquemamostradoenlafigura5yunmodelodebielas ytirantesanálogoalmostradoenlafigura3,lascomprobaciones seríanlassiguientes:

Esfuerzosdecálculoenlasvigasdetechodelaplantabaja auncantoútildeperfildeapeo:

Md,ap=-15,07kN

Vd,ap=106,03kN

Comprobacióndelaarmaduranecesariaenlacarainferior delavigaparagarantizarladesviacióndecargasenelnudo hacialosperfilesdeapeo:

Td=

Nd,1a

2_·sen(37,9o

)−Vd,ap− Md,ap

z =1.082,8kN

Al tratarse de una viga continua el armado de la cara inferior de la viga es solo el necesario para garantizar el anclajedelcortanteexistenteenelapoyo,siendodichoarmado de4␾12.

Tu=As·fyd =4·113·

400

1,15 =157,2kN<<Td

lasplantassuperiores hastaquese garanticequedicha arma-duraes suficiente. De acuerdo conlos esfuerzos solicitantes, seríanecesariosubirelapeohastalaterceraplanta,sibiense podríalimitardichoapeounoo2nivelessilosperfilesse fue-randisponiendogradualmentecada vezmáscercanosalpilar (aumentandoasípocoapocoelángulodedesvíodelasbielas considerado).

Porúltimo,aunque interesa alejar los perfiles deapeo del pilarareforzarparafacilitarlaejecución,dadoqueengeneral estosdeberánserapoyadossobrelapropiacimentacióndedicho pilar,noconvienequeseproduzcaunagranexcentricidaddela cargatransmitidaporlosapeossobrelacimentación,puesello tambiénfavorecelaaparicióndetraccionesenelplanosuperior delazapata,lacualprobablementecarezcadearmadosuperior.

Conclusiones

Lafaltadenormativaquereguleeldise˜noylaejecuciónde refuerzosdepilaresdehormigónarmadohacontribuidodurante décadas a la destecnificación de soluciones muy extendidas, algunasdeellasnosuficientementeanalizadas,hastatalpunto queporelpasodel tiemposeadmitíanpersecomodebuena praxis,sinquesecuestionesueficaciarealencasodefallodel soportereforzado.

Aunque muchos de los aspectosdel dimensionamiento de refuerzos(porejemplo, anivel seccionalo a nivel deltramo globalderefuerzo)serigenporlasnormativasaplicablesa ele-mentosdenuevaconstrucción(enEspa˜na,EHEoEAEenelcaso derefuerzosconhormigónoacero,respectivamente),hayotros detallesfundamentalesqueactualmentenodisponende regula-ciónclarayque,encasodeomisiónoerror,puedendeterminar quelaeficaciadelrefuerzoseanula.

Particularmente, puede condicionar el refuerzo la transfe-renciade carga entre la estructura existente y el refuerzo, y viceversa. Comose expone en el presente artículo mediante 3 ejemplos sencillos, asumir quela transferencia está garan-tizadasin ponernúmeros alos detallespuede llevaraque la soluciónelegidano garanticeunas adecuadas condiciones de seguridad.Dehecho,engeneralgarantizardichatransferencia puedecomplicarlassolucionesinicialmenteplanteadas.

Enestemismosentido,resultacríticaladefinicióndelos sis-temasdeapeoprovisionalesde soportesda˜nados,pues deben dimensionarsesegúnlanormativavigente,aunquese tratede estructurasprovisionales (su tratamiento debe ser análogo al deestructuraspermanentes),analizandolatransferenciade car-gasentrelaestructuraexistenteyloselementosdeapeo,para quenoseveancomprometidaslascondicionesdeseguridadde losusuariosy delosoperariosqueacometeránlaslaboresde refuerzo.

Como reflexión final, tras el estudio de los refuerzos de pilaresllevadosacaboenunamuestrade70edificiosde hor-migón armado que resultaron da˜nados con el terremoto de Lorca de 2011, difícilmente se avanzará en la definición de refuerzosdeestructurassolicitadasfrenteasismo,sinose nor-malizaelanálisisy ladefinición derefuerzosfrenteacargas gravitatorias.

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