El cambio de uso de un edificio de ocho plantas exigió la eliminación de uno de sus pilares de hormigón de la planta primera. Para ello fue preciso construir una estructura metálica auxiliar formada por dos vigas paralelas en celosía, situadas en la planta tercera, que apoyaban en unos pilares adosados a los del edificio. El forjado del techo de la planta primera, situado sobre el pilar que había que eliminar, se colgó d e las vigas en celosía mediante unos tirantes metálicos. Se llevó a cabo un proceso de puesta en carga, mediante gatos hidráulicos emplazados entre las vigas y los pilares metálicos, con el fin de desvargar el pilar antes de su corte y así evitar, en lo posible bruscas redistribuciones de esfuerzos en la estructura de hormigón del edificio.
La complejidad de estos emplazamientos y las diferentes tipologías de forjados son eje central para entender las soluciones ante la retirada de pilares y la necesidad de continuidad estructural cuando se introducen elementos metálicos. En este marco, se analizan técnicas, criterios de diseño y consideraciones prácticas para reforzar pilares de hormigón armado y asegurar la compatibilidad entre la nueva configuración y los forjados existentes.
Resumen de enfoques para reforzar pilares y mantener la continuidad
Remate en extremo de vano sobre viga metálica. Forjado unidireccional. Viguetas paralelas. Apoyo en extremo de vano sobre viga metálica. Forjado unidireccional. Viguetas pretensadas. Apoyo en extremo de vano sobre viga metálica. Forjado unidireccional. Viguetas de celosía. Apoyo en extremo de vano sobre viga metálica. Forjado unidireccional. Nervios in situ. Apoyo en extremo de vano sobre viga metálica. Forjado reticular. Bloques perdidos. Apoyo en extremo de vano sobre viga metálica. Forjado reticular. Casetón recuperable. Apoyo en extremo de vano sobre viga metálica. Losa maciza. Apoyo en extremo de vano con forjado embebido en viga metálica descolgada. Forjado unidireccional. Viguetas pretensadas. Apoyo entre vanos sobre viga metálica. Forjado unidireccional. Viguetas de celosía. Apoyo entre vanos sobre viga metálica. Forjado unidireccional. Nervios in situ. Apoyo entre vanos sobre viga metálica. Forjado reticular. Bloques perdidos. Apoyo entre vanos sobre viga metálica. Forjado reticular. Casetón recuperable. Apoyo entre vanos sobre viga metálica. Losa maciza. Remate entre vanos sobre viga metálica. Forjado unidireccional. Viguetas paralelas. Apoyo entre vanos sobre viga metálica. Forjado unidireccional. Viguetas pretensadas. Apoyo entre vanos sobre viga metálica. Forjado unidireccional. Viguetas de celosía. Apoyo entre vanos sobre viga metálica. Forjado unidireccional. Nervios in situ. Apoyo entre vanos sobre viga metálica. Forjado reticular. Bloques perdidos. Apoyo entre vanos sobre viga metálica. Forjado reticular. Casetón recuperable. Apoyo entre vanos sobre viga metálica. Losa maciza. Apoyo entre vanos con forjado embebido en viga metálica descolgada. Forjado unidireccional. Viguetas pretensadas. Apoyo entre vanos con forjado embebido en viga metálica descolgada. Forjado unidireccional. Viguetas de celosía. Apoyo entre vanos con forjado embebido en viga metálica descolgada. Forjado unidireccional. Nervios in situ. Apoyo entre vanos con forjado embebido en viga metálica descolgada. Forjado reticular. Bloques perdidos. Apoyo entre vanos con forjado embebido en viga metálica descolgada. Forjado reticular. Casetón recuperable. Apoyo entre vanos con forjado embebido en viga metálica descolgada. Losa maciza. Apoyo entre vanos con forjado embebido en viga metálica de canto inferior. Forjado unidireccional. Viguetas pretensadas. Apoyo entre vanos con forjado embebido en viga metálica de canto inferior. Forjado unidireccional. Viguetas de celosía. Apoyo entre vanos con forjado embebido en viga metálica de canto inferior. Forjado unidireccional. Nervios in situ. Apoyo entre vanos con forjado embebido en viga metálica de canto inferior. Forjado reticular. Bloques perdidos. Apoyo entre vanos con forjado embebido en viga metálica de canto inferior. Forjado reticular. Casetón recuperable. Apoyo entre vanos con forjado embebido en viga metálica de canto inferior. Losa maciza. Remate entre vanos sobre viga metálica.
ResumenLos refuerzos de pilares de hormigón armado más comunes, con hormigón o estructura metálica, han sido el zunchado o el encamisado del pilar existente. En los últimos años, en el caso de zunchado se ha incorporado el empleo de materiales compuestos (FRP) como material de refuerzo. En general, el dimensionamiento de cualquiera de estos refuerzos no es complejo, sin embargo, la resolución de sus detalles condiciona su efectividad. Aspectos aparentemente sencillos, como pueden ser el paso del axil al refuerzo o la continuidad de este, deben ser cuidadosamente evaluados. El presente artículo ilustra con ejemplos concretos algunos detalles de refuerzo que han sido obviados, poniendo en entredicho la validez del mismo.
Principios y técnicas de reforzamiento
Las actuaciones de mantenimiento, reparación y refuerzo de estructuras son actividades cada vez más relevantes, bien por la degradación de las propias estructuras existentes, bien por la introducción de nuevas solicitaciones en las mismas, o incluso por reparaciones frente a acciones accidentales que se han producido. Como indica [1] de manera previa a la definición del refuerzo, el Proyecto debe establecer si el objeto de la actuación es reparar y/o reforzar, para lo cual se debe evaluar la estructura existente [2].
2Aspectos generales del refuerzo de pilaresLa evaluación estructural del elemento existente ha de conducir a un diagnóstico que permita establecer la necesidad o no de refuerzo, y en caso de que sea necesario, el siguiente paso debería ser determinar si el fin es mejorar las propias características de la sección que ya existe (confinamiento) o llegar a sustituir la capacidad resistente del elemento, sustitución que puede ser total en casos en los que el soporte haya colapsado (Fig. 1).
En cualquiera de las actuaciones, confinamiento o sustitución de la capacidad (total o parcial), es imprescindible considerar la carga actuante sobre el soporte original, el mecanismo de entrega de las cargas al refuerzo y las condiciones de rigidez de la estructura. La entrada de carga al refuerzo puede ser directa o indirecta; si es directa, el refuerzo funciona en toda la altura como sección compuesta; si es indirecta, entra en carga por las tensiones tangenciales que se movilizan en la interfaz entre hormigones a lo largo de la longitud de transferencia.
Garantizar una entrada directa requiere asegurar el contacto entre el contorno del refuerzo y la losa o forjado superior y comprobar que el nudo entre el forjado y el pilar es capaz de movilizar la biela de compresión y tirante que se genera. En el caso de entrada indirecta se ha de contar que en el contorno superior el axil en el refuerzo es nulo y se requiere una importante cuantía de armadura transversal en la longitud de transferencia.
Este último aspecto (forma de la sección) es fundamental en la eficacia de cualquier refuerzo de confinamiento. De acuerdo con lo indicado, el reparto de cargas entre la sección original y el refuerzo está condicionado por el mecanismo de entrega de las cargas al refuerzo. Se ha de definir las acciones frente a las cuales se ha previsto reforzar y, aunque los refuerzos frente a cargas verticales son los más habituales, en ocasiones será necesario reforzar frente a acciones horizontales, o mejorar su ductilidad y/o capacidad a flexión.
3Mejora de las características de la sección existente. ZunchadoEl primer aspecto que destaca del análisis de ejemplos en los que se ha aplicado esta tipología de refuerzo, independientemente del material empleado, es que, por basarse en la mejora de las características resistentes del hormigón del soporte sin recibir ninguna carga, no requiere que el refuerzo tope con los forjados. Es recomendable que exista holgura suficiente para que la estructura horizontal se deforme sin topar con el refuerzo. La continuidad y contacto entre camisa y sección resistente son esenciales, y se recomienda retirar acabados y sanear el soporte para que queden a la vista los áridos constitutivos del hormigón.
En zunchados con hormigón, la armadura de confinamiento y su anclaje son determinantes; en zunchados con estructura metálica, la continuidad de la capacidad resistente de las chapas y las uniones entre ellas deben garantizar el confinamiento continuo. FRP es una opción creciente para confinamiento, exigiendo contacto continuo entre FRP y soporte alrededor de todo el perímetro y esquineras redondeadas para mejorar la efectividad. Estas consideraciones deben estar reflejadas en guías y proyectos de refuerzo.
3.3Zunchado con FRPEl material FRP se usa para aumentar la ductilidad o la capacidad resistente mediante confinamiento. Aunque las guías no son uniformes, coinciden en que se requiere contacto continuo entre el FRP y el soporte y que las esquinas deben estar redondeadas para mejorar la efectividad. El FRP se aplica normalmente a pilares de hormigón armado para mejorar su comportamiento ante esfuerzos de compresión y excitaciones sísmicas, manteniendo la continuidad de la armadura y evitando discontinuidades que incrementen las solicitaciones en el fuste.
Imágenes y video para ilustrar conceptos (servicios)
Figura conceptual de unión entre pilar metálico y forjado mediante placa y anclajes, para entender la transmisión de esfuerzos en encuentros críticos.
¿Qué es el despegue? Refuerzo de estructuras con FRP
Video ilustrativo sobre aplicación de FRP para confinamiento de pilares y distribución de tensiones en la junta con forjado.
Notas sobre implementación en el caso planteado
El estado actual en planta baja es un local comercial (estructura de acero), que se mantendrá, y la vivienda en planta baja, que se demolerá, para hacer vivienda en planta baja (que es la mitad de la parcela), y ampliar una planta más (que ocupará toda la parcela). De la imagen que pones, la parte de la izquierda se mantiene, que es el actual local. Ese nuevo forjado, en mi opinión, debe ser resistente, salvo que sepas cómo reforzar el forjado existente (una carga sobre él no es un refuerzo) y sea mejor solución.
A priori no lo parece. Se me ocurre subir los pilares en la posición de los existentes, y hacer nacer los nuevos de planta primera de una viga a nivel de suelo de planta primera (elevado), ya calculadas para soportar esa carga. Esto dicho teniendo en cuenta que no conozco el proyecto. Por cierto, las vigas perimetrales no están centradas con los pilares. Tendrás que comprobar los pilares y cimentación del local, pues va a haber una planta más.
Conclusiones prácticas para diseño y refuerzo
Cuando se planifica ampliar una planta y mantener parte de una estructura existente, es imprescindible evaluar la continuidad entre elementos nuevos y antiguos. En particular, la interacción entre pilares de hormigón y forjados metálicos o mixtos debe contemplar: distribución de cargas, continuidad de la armadura, detalles de unión y posibles efectos en el reparto de esfuerzos en toda la estructura.
En este contexto, el refuerzo de pilares debe considerar la solución de mayor continuidad a lo largo del pilar, ya sea mediante confinamiento completo o por sustitución de capacidad en tramos críticos, siempre evaluando la viabilidad constructiva y la compatibilidad con forjados y cimentaciones existentes. La correcta ejecución de preparaciones superficiales y unión de elementos es decisiva para garantizar la eficacia del refuerzo y evitar continuidad de fallos en el sistema estructural.