En este capítulo se explica cómo se derivan las fuerzas de tracción en los estribos horizontales individuales del vaso desde las fuerzas horizontales aplicadas. Se muestra cómo las fuerzas se componen de tracción directa y de la flexión de la pared del vaso, y cómo se distribuyen a los distintos grupos de estribos mediante mecanismos de compresiones diagonales.
Fuerzas horizontales sobre las paredes del vaso
En el primer paso del dimensionamiento se investiga la distribución de las fuerzas horizontales sobre las paredes del vaso. Dependiendo de si se trata de una superficie de contacto rugosa o lisa entre el soporte y el vaso, se obtienen diferentes partes de fuerzas horizontales transmisibles. Las fuerzas horizontales resultantes constituyen la base para la determinación posterior de las fuerzas de tracción en los estribos.
El dimensionamiento se realiza solo para la fuerza horizontal superior, aunque la inferior suele ser mayor, por las siguientes razones:
- En la parte inferior, la pared frontal está al menos parcialmente empotrada debido a la armadura vertical y su unión con la losa de cimentación, por lo que la fuerza horizontal no actúa como en la parte superior.
- El vaso a menudo se construye más grueso en la parte inferior, lo que aumenta la capacidad de carga y hace que la fuerza inferior más grande sea menos crítica.
- El dimensionamiento del hormigón se realiza para un ancho parcial establecido (aproximadamente 1/3 de la altura de la pared), independientemente de la altura total, lo que significa seguridad adicional.
Para una cimentación de vaso con interiores rugosos del vaso se obtiene una fuerza horizontal superior de:
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My |
Momento flector de cálculo |
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d |
Profundidad de empotramiento del pilar |
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Hx |
Fuerza horizontal de cálculo sin cargas adicionales de cimentación |
Para una cimentación de vaso con interiores lisos del vaso se obtiene una fuerza horizontal superior de:
Comprobación del hormigón de la pared del vaso sometida a flexión
La comprobación se realiza de manera ejemplar para la pared del vaso en dirección y, que es solicitada por una fuerza horizontal superior Ht,x en dirección x. La flexión se produce así alrededor del eje y. La fuerza horizontal superior Ht,x puede descomponerse de manera que cada mitad actúe en los puntos cuartos de la longitud de la expansión del soporte en dirección y.
Considerando, por ejemplo, solo la esquina superior derecha por separado, esta debe estar en equilibrio:
El momento alrededor del punto P se calcula de la siguiente manera:
El momento de dimensionamiento a flexión MEd debe ser contrarrestado por un momento opuesto. Este se genera por la fuerza de compresión del hormigón en el lado interior comprimido de la pared del vaso en dirección y, con el brazo a palanca z respecto al punto de giro P:
Para determinar la compresión de hormigón necesaria, se procede de la siguiente manera:
- Se asume que la tensión del hormigón está distribuida uniformemente sobre la zona de compresión.
- Comenzando con una deformación del hormigón de 0,0 ‰ se incrementa paso a paso hasta que el momento interno resultante sea igual al momento de dimensionamiento a flexión MEd.
- Simultáneamente, se asume que el acero en la parte exterior de la pared del vaso ya ha alcanzado su deformación máxima.
Tan pronto como el momento interno calculado sea mayor que el momento de dimensionamiento a flexión MEd, se finaliza la iteración. La pared del vaso está entonces comprobada para flexión y se determina el área de armadura necesaria de los estribos horizontales en el vaso por flexión de Ht,x Asw,h,erf (MEd|Ht,x).
Armadura horizontal exterior
El estribo ubicado de manera periférica en el exterior está cargado por dos solicitaciones diferentes:
- De flexión de la pared, que es perpendicular a la fuerza horizontal considerada
- De tracción de la pared, que corre en paralelo a la fuerza horizontal considerada
En la imagen se muestra la armadura resultante debido a Ht,x y la correspondiente Ht,y.
| Armadura | Denominación |
|---|---|
| Asw,h,out,erf(MEdHt,x) | Área de armadura requerida de los estribos horizontales exteriores en el vaso de la flexión de Ht,x |
| Asw,h,erf(Ht,x) | Área de armadura requerida de los estribos horizontales en el vaso de la fuerza de tracción en dirección x |
| Asw,h,out,erf(MEdHt,y) | Área de armadura requerida de los estribos horizontales exteriores en el vaso de la flexión de Ht,y |
| Asw,h,erf(Ht,y) | Área de armadura requerida de los estribos horizontales en el vaso de la fuerza de tracción en dirección y |
La máxima solicitación de tracción de los estribos se obtiene de la suma de las fuerzas de tracción debido a la flexión y la fuerza de tracción axial. La armadura requerida es así:
Armadura horizontal en dirección y
En este estribo solo las fuerzas horizontales en dirección x conducen a fuerzas de tracción. La fuerza horizontal Ht,y no causa fuerza de tracción aquí por dos razones:
- Ninguna fuerza de tracción de flexión en dirección y: La pata del estribo en dirección x está dentro de la zona de compresión de la pared que está flexionada por la fuerza horizontal Ht,y. Aquí el estribo actúa más como armadura de compresión, que sin embargo se descarta.
- Ningún componente de tracción mediante patas de estribo paralelas: Las patas de estribo que corren paralelas a la fuerza horizontal Ht,y transmiten sus fuerzas a través de compresiones diagonales a la cara exterior del vaso. Allí, la fuerza vertical se introduce en las patas de estribo verticales. Como el extremo vertical de las patas de estribo del estribo exterior y está por encima de este punto de introducción, no surge en este estribo un componente vertical de la fuerza de la compresión diagonal.
Armadura horizontal en dirección x
Análogamente a la armadura en dirección y, solo las fuerzas horizontales que actúan perpendicularmente a la dirección de la pata del estribo resultan en una fuerza de tracción en el estribo.
Deducción de las fuerzas de tracción en los estribos de las fuerzas horizontales
Queda por explicar cómo se derivaron las fuerzas de tracción respectivas en los estribos, que luego se superpondrán a la fuerza de tracción decisiva, a partir de las respectivas fuerzas horizontales. Esto se hará de manera ejemplar para la fuerza horizontal Ht,x.
División de la fuerza horizontal sobre los estribos
La fuerza horizontal Ht,x se divide uniformemente entre los cuatro estribos paralelos a la fuerza actuante. Cada una de estas patas soporta así un cuarto de la fuerza total:
La armadura necesaria para ello es:
Efecto de flexión sobre la pared del vaso
Además, Ht,x provoca una flexión de la pared del vaso en dirección y. En el transcurso del dimensionamiento del hormigón se determinó la fuerza de compresión del hormigón resultante. Por razones de equilibrio, esta fuerza de compresión del hormigón debe ser absorbida por una fuerza de tracción correspondiente en el estribo exterior.
Componente de fuerza de tracción en los estribos exteriores:
Esta fuerza de tracción por flexión no se distribuye uniformemente a ambos estribos horizontales, sino que sigue la mecánica de compresiones diagonales. Las compresiones se extienden en un ángulo θ1.
Para obtener ahora el componente de fuerza de tracción que resulta de la flexión de la pared del vaso, se recomienda seguir los siguientes pasos:
Ángulo de propagación de la carga dentro de la pared del vaso:
con:
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dx(wall) |
Altura útil estática en el muro en dirección x |
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kx(wall) |
Relación de brazo de palanca de esfuerzos internos |
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xx(muro) |
Altura de la zona de compresión utilizada para el brazo de palanca de los esfuerzos interiores según el cálculo |
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db,y: |
Dimensión de consola de pilar en dirección y |
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cy |
Dimensión del pilar en dirección del eje y |
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c(k) |
Recubrimiento de hormigón existente del cálculo de encepado |
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ds,h |
Diámetro de estribos horizontales en el encepado |
Fuerza de compresión proporcional en estribos exteriores por flexión de la pared del vaso:
Fuerza de tracción proporcional en estribos exteriores por flexión de la pared del vaso:
El área requerida de armadura de los estribos horizontales exteriores en el vaso por flexión de Ht,x se obtiene por:
El área de armadura necesaria de los estribos horizontales en dirección y en el vaso por flexión de Ht,x corresponde entonces a la parte restante del área total de armadura requerida después de haber restado la armadura de los estribos exteriores Asw,h,out,erf (MEd|Ht,x):