El punzonado es un mecanismo de falla cuando los elementos estructurales se someten a una carga concentrada. La falla ocurre dentro de un radio definido lejos de la carga concentrada. Losas, remates de pilotes, cimentaciones, losas de cimentación, etc. Son elementos sujetos a perforaciones y deben dimensionarse en consecuencia.
El corte por punzonado se considera una sección crítica donde puede ocurrir falla por corte. La siguiente figura muestra un corte típico con punzonado. La selección del corte crítico puede variar según la norma correspondiente.
Como se muestra en la figura anterior, diferentes estándares utilizan diferentes valores para definir la circunferencia de perforación. La selección del alcance también puede variar con otros factores.
Esfuerzo de punzonamiento = V/bd
Dónde'
V – fuerza aplicada
b – longitud de la circunferencia
d – profundidad efectiva.
La tensión de punzonado debe ser inferior a la tensión de corte permitida; v
Para evitar fallos por punzonamiento, generalmente se realizan comprobaciones de punzonamiento para los siguientes elementos.
- plato normal
- Tejado plano
- bloques de pilotes
- Cimientos
- Cimentaciones de losa
Como se explicó anteriormente, la cantidad de perforación puede variar de un patrón a otro.
Analicemos la variación de la circunferencia de punzonado según diferentes estándares.
Rango de punzonado según Eurocódigo 2
La consideración de diferentes perímetros es la principal diferencia entre la mayoría de los métodos, además de las diferentes ecuaciones utilizadas para calcular la capacidad de corte.
La distancia desde la carga concentrada a considerar para el tramo crítico también depende de la disposición de la carga concentrada. Además, al definir la extensión crítica a cortante, también se debe tener en cuenta el lugar donde se aplica la carga concentrada.
La siguiente figura muestra el método para definir el perímetro de punzonado de una placa.
Se considera que el perímetro de corte es 2d desde el frente de la columna.
Se debe tener en cuenta el tipo de apoyo o carga concentrada a la hora de definir la extensión a cortante. La siguiente figura muestra el método para determinar la extensión del corte.
Además, se debe tener en cuenta la posición del soporte para definir la extensión del corte. La longitud de la circunferencia de corte es uno de los factores que afectan el esfuerzo cortante.
En general debemos respetar la distancia 2D. Sin embargo, debería basarse en las otras condiciones límite. La longitud total debe calcularse como se indica anteriormente si diseñamos según el Eurocódigo 2.
Rango de punzonado según BS 5400 parte 4
BS 5400 Parte 4 también proporciona una guía clara sobre cómo calcular la circunferencia de punzonamiento dependiendo de la diferente disposición de las condiciones límite y el área de soporte/carga.
La información proporcionada en BS 5400 es muy útil. Y abarcan casi todos los diferentes casos que se pueden presentar en el diseño de losas, encepados, losas planas, zapatas y losas de cimentación.
La distancia a la banda de corte crítica se indica en BS 5400 Parte 4 como 1,5 d. En BS 8110 se supone la misma cantidad de corte.
Además, estas definiciones también se pueden utilizar al diseñar según otras normas. La distancia a la circunferencia de empuje se puede consultar en la norma correspondiente.
Circunferencia de punzonado según ACI
ACI define un rango de perforación mucho más pequeño en comparación con otros códigos. Es 0,5d. La siguiente figura muestra la cantidad de corte a considerar según la norma ACI.
Aunque el alcance es menor, no podemos asumir que siempre se trata de un diseño conservador sin considerar los demás factores. Sin embargo, parece que ACI tiene grandes preocupaciones sobre el diseño del punzón.
Ejemplo de diseño de punzonamiento.
Considere el tamaño de la base para perforar de acuerdo con BS 8110.
Según BS 8110 Parte 1, el rango de corte debe ser 1,5d.
Considere los siguientes datos
- Profundidad efectiva 350 mm
- Fuerza aplicada en el rango de 1100 kN
- Tamaño de columna 300 mm
- Resistencia característica del hormigón 25N/mm 2
- Para este ejemplo, asumiremos un esfuerzo cortante permisible de Vc = 0,6 N/mm. dos
Comprobar la perforación delante de la columna.
Esfuerzo cortante = 1100×1000 / (4x300x350) = 2,62N/mm 2
Tensión permitida = 0,8 (fcu) 0,5 = 0,8 (25) 0,5 = 4N/mm 2 <5N/mm 2
Entonces, está bien.
Considere que la magnitud de corte es 1,5d
Longitud de la circunferencia de acción = 4 x (1,5 d + 300 + 1,5 d) = 4 x (1,5 × 350 + 300 + 1,5 × 350) = 5400 mm
Esfuerzo cortante, v = 1100×1000 / (5400×350) = 0,582 N/mm 2
v
De manera similar, también se pueden diseñar refuerzos de punzonamiento para otros elementos.
El requisito V < Vc no siempre se puede cumplir. Si el esfuerzo cortante excede la capacidad de corte, se deben proporcionar refuerzos.
Normalmente, se omite el refuerzo de cortante y los espesores y refuerzos se adaptan a las conexiones transversales. Sin embargo, para algunos elementos, como por ejemplo los cimientos de losas, no es aconsejable aumentar significativamente la sección transversal y el área del refuerzo.
Esto conduce a mayores costos de construcción. Si proporcionamos juntas de corte, el costo puede ser comparativamente bajo. Si aumentamos el grosor, es posible que sea necesario aumentar toda el área. Sin embargo, existen métodos para aumentar la profundidad de la sección en una sección crítica.
Ambas opciones son aplicables, especialmente para cimientos de losas. La opción 01 es más difícil de construir en comparación con la opción 02. Al usar la opción 01, se continúa con la impermeabilización, fijación de refuerzo, etc. debe realizarse con especial cuidado.
La opción 02 es mucho más fácil que la opción 01. El cliente potencial podría crearse en la segunda fase. Sin embargo, si la losa se utiliza como sótano o planta baja, el voladizo creará un obstáculo, por lo que la opción 01 es preferible en estas situaciones.
Detalles de refuerzo para punzonado.
Analicemos esto con un ejemplo en el que necesitamos proporcionar juntas de corte para acomodar el esfuerzo cortante.
Diseño de una losa de cimentación contra punzonamiento.
Datos tomados en cuenta, p.e.
- Diseñado según BS 8110 Parte 1
- Carga axial de soporte 3000 kN
- Tamaño de columna 450×450 mm
- Fuerza de punzonado 1,5d de la cara del pilar 500kN/m
- Profundidad efectiva de la balsa 550 mm.
- Refuerzo de tracción incluido T25@150 (3272 mm 2 /M)
Perforación delante de la columna.
Esfuerzo cortante = 3000×1000 / (4x450x550) = 3,03N/mm 2
Tensión permitida = 0,8 (fcu) 0,5 = 0,8 (25) 0,5 = 4N/mm 2 <5N/mm 2
Entonces, está bien.
Considere que la extensión por corte es 1.5d
Esfuerzo cortante = 500×10 3 /(1000×550) =0,91 N/mm 2
Según zona de refuerzo prevista y profundidad útil
Capacidad de corte, Vc = 0,532 N/mm 2
La hoja de cálculo podría usarse para cálculos simples de conexiones de refuerzo y corte.
De acuerdo con BS 8110 Parte 1 Tabla 3.16,
Vc + 0,4 = 0,532 + 0,4 0,932 N/ mm2
Vc < V < Vc+0,4
Por tanto, asegúrese de una superficie mínima de refuerzo.
Nota: Dependiendo de la fuerza de corte aplicada, se debe seleccionar la fórmula adecuada de la Tabla 3.16.
A SV ≥ 0,4bs frente a /0,95f jv
Las conexiones a cortante las realizamos en ambos sentidos, a diferencia de otros elementos. En las vigas suele haber sólo dos patas. Asimismo, debemos tener en cuenta el número de patas por metro de longitud para calcular la distancia de las conexiones en el otro sentido.
Generalmente consideramos el espaciamiento del refuerzo principal al seleccionar el espaciamiento de la conexión de corte. Como el refuerzo principal está separado a 150 mm, las conexiones deben estar a 300 mm.
Entonces,
Un VS = 377 mm 2 /M
377≥ 0,4x1000xs versus /(0,95×500)
VS ≤ 478 mm
Entonces mira T12@300 en la otra dirección.
En el rango hasta V
Los siguientes tipos de conexiones se proporcionan en el diseño de refuerzo.
El método descrito anteriormente se puede utilizar para construir losas, cimientos y cimientos de losas perforadas. Sin embargo, se utiliza un enfoque ligeramente diferente en el diseño de encepados.
En el diseño también se tiene en cuenta un factor de ganancia. Se utiliza un método similar en la construcción de techos planos.
El artículo Construcción de cabezas de pilotes Para obtener más información sobre este tipo de diseños, puede consultar esta página.
