¿Pilares de hormigón o pilares de acero?

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Pilares de hormigón armado

Los pilares de una estructura de edificación son los responsables máximos de la estabilidad, estando relacionados la mayoría de colapsos con fallos relacionados con estos elementos estructurales.

Desde hace tiempo, las estructuras de edificación prescinden de los muros de carga y son sustituidos por sencillos pilares, ya sean de acero o de hormigón, anhelando un aprovechamiento de la superficie más eficaz. Sólo si la estructura ha de soportar empujes horizontales importantes se recurre a muros con el fin estructural de rigidizar el conjunto y controlar los movimientos horizontales.

La tendencia moderna de aligerar de pilares en las construcciones tiene el objeto de liberar al máximo los espacios.

Podemos considerar que la arquitectura moderna aparece a partir de la Revolución Industrial y de los trabajos de Le Corbusier, después de la introducción de los soportes metálicos y el desarrollo de la tecnología del hormigón armado. El empleo de pilares permitió independizar las fachadas y los tabiques de las misiones resistentes, cuando en los edificios antiguos formaban parte imprescindible del esqueleto estructural.

Pilares de hormigón armado o de acero, ¿qué es mejor?

Ante el planteamiento de tener que elegir entre pilares de hormigón o de acero, tendríamos que tener en consideración lo siguiente:

  • En relación con el coste, salvo que la estructura sea de acero en su totalidad, no resulta económico sustituir los pilares de hormigón por pilares de acero, ya que el precio de estos últimos triplican al de aquéllos.
  • En cuanto a aspectos relacionados con el cálculo, los riesgos de pandeo son más propios de los pilares metálicos que de los de un pilar de hormigón, en los que el fenómeno es muy poco frecuente.

pilares de construccion de casa

  • Además, la unión de los pilares metálicos al hormigón es muy difícil de simular en un modelo matemático para su análisis por ordenador. Para esta simulación introduciríamos en el correspondiente programa de cálculo un coeficiente de empotramiento intermedio entre los valores 0 (articulación) y 1 (empotramiento perfecto) que quedaría a nuestro juicio de proyectista.
  • En el caso de problemas de humedades derivados de fugas o roturas de tuberías, los problemas de corrosión serían más importantes en el caso de los pilares construidos en acero.

Situación de los pilares en planta

La situación de los pilares en planta está fuertemente condicionada por la tipología del sistema estructural elegido para los forjados. En cualquier caso, la distribución ideal de pilares en cualquier sistema estructural es la de una malla lo más cuadrada posible, con diferencia de luces inferiores a 1,0 metro (ja!).

En el caso de forjados unidireccionales los pilares deben situarse de tal forma que los pórticos sean planos. Los pórticos con vigas quebradas conducen a veces a una ferralla imposible en los apoyos y a unos esfuerzos suplementarios indeseables, como las torsiones, que frecuentemente no se tienen en cuenta en el cálculo y podrían producirse fisuras para relajar estos esfuerzos.

Las alineaciones de vigas no paralelas complican aún mas la colocación de los encofrados y la fabricación de las viguetas, con todas sus longitudes diferentes. Todo ello aumenta las dificultades constructivas y produce un derroche adicional de hormigón en los encuentros.

En mi opinión, cuando aparecen demasiados brochales y se agota un tiempo razonable para el estudio de una adecuada disposición de las alineaciones de vigas, deberemos cambiar el tipo de forjado, ya que seguramente no es la tipología más apropiada.

El forjado reticular, por su parte, admite una mayor libertad en la ubicación de los pilares aunque esto hace que algunos diseños abusen demasiado de esta característica y planteen una distribución caprichosa que genera unos mayores esfuerzos de flexión en los pilares y, por tanto, un coste adicional en armaduras.

Los pilares, en cualquier caso, deben estar alejados de las tuberías de saneamiento y abastecimiento (ja) ya que las fugas y condensaciones provocan un ambiente húmedo que origina problemas de corrosión en las armaduras que podrían manifestarse antes de 20 años, en el caso de pilares de hormigón armado. El problema se acentúa mucho más si los pilares están construidos en acero.

Los pilares y los esfuerzos horizontales en edificios

Las estructuras de edificación pueden prescindir de los muros de carga y sustituirlos por pilares de hormigón armado o pilares metálicos, para llevar las cargas a la cimentación. Las estructuras de pórticos frente a las de muros de carga consiguen un mejor aprovechamiento de las superficies y una mayor flexibilidad en el diseño. Sólo cuando el edificio soporte empujes horizontales importantes se recurre a los muros con el fin de rigidizar el conjunto, funcionando éstos como diafragmas entre las vigas y pilares de los entramados, controlando los movimientos horizontales.

La resistencia de los edificios de muros de fábrica sustentante frente a acciones horizontales se consigue mediante los forjados, funcionando como diafragmas rígidos, y los muros dispuestos en la dirección de la acción.

Si las fuerzas laterales, ya sean derivadas del viento o de un sismo, son soportadas exclusivamente por un entramado de pórticos, sin colaboración de los muros, la respuesta resistente será mejor cuanto mayor sea el número de pilares.

 

Armadura mínima de pilares de hormigón

La Instrucción de Hormigón estructural (EHE-08), en su artículo 42.3.5. establece las cuantías geométricas mínimas de las armaduras de acero de los distintos elementos estructurales, entre ellos los pilares, en función de la calidad de la armadura empleada.

Armadura de pilares de hormigón - Imagen: cement.org
Armadura de pilas de hormigón – Imagen: cement.org

La cuantía expresa, en tanto por mil, el área de acero respecto del área de la sección bruta de hormigón.

Diagrama de tensiones de una sección sometida a flexocompresión

La armadura mínima a disponer en un pilar de hormigón será la mayor entre la cuantía mínima geométrica y la cuantía mínima mecánica.

Cuantía geométrica mínima de armadura en pilares

En el caso de pilares de hormigón, la cuantía geométrica mínima es del 4,0 por mil (4%o) tanto para armadura de acero B400 como para acero B500.

Cuantía mecánica mínima de armadura en pilares

  • En cuanto a la cuantía mecánica, para elementos solicitados a compresión o flexocompresión, como es el caso de los pilares, la EHE establece tanto unas cuantías mínimas como otras máximas:

A’s1 fyc,d ≥ 0,05 Nd                          A’s1 fyc,d ≤ 0,5 fcd Ac
A’s2 fyc,d ≥ 0,05 Nd                          A’s2 fyc,d ≤ 0,5 fcd Ac

 

Criterio de armado mínimo de pilares de hormigón armado

Aunque, generalmente, en los proyectos de arquitectura se tiende al empleo de pilares de hormigón de la menor escuadría posible, la opinión general es que los pilares de hormigón armado deben proyectarse, siempre que sea posible, con el criterio de cuantías mínimas.

Dimensionar la armadura de los pilares de hormigón con el criterio de cuantías mínimas aprovecha al máximo las capacidades resistentes del hormigón, que es más barato que el acero, y por tanto, conduce a resultados más económicos.

Las cuantías geométricas mínimas se establecen para controlar la fisuración producida por temperatura y retracción. La EHE fija una cuantía del 4 por mil para pilares, ya se trate de acero B400 o de acero B500.

El problema de la durabilidad en los pilares añade una razón más para proyectar los pilares de hormigón con el criterio de cuantías mínimas. Unos recubrimientos de la armadura de 4 ó 5 cm, cumpliría además, las exigencias de resistencia al fuego.

CONSTRUCCION DE ESTRUCTURAS. HORMIGON ARMADO, ADAPTADO A LAS INSTRUCCIONES EHE, EFHE, NCSE-02 Y CTE
URBAN, PASCUAL

Criterios de funcionamiento de las estructuras de hormigón armado en la edificación, desde el punto de vista de su construcción, independientemente de cálculos y dimensionamientos. Los temas incluyen las armaduras empleadas en el hormigón armado, las cimentaciones superficiales y profundas, muros, escaleras y forjados. Los criterios de diseño y las comprobaciones previas al hormigonado están ajustados a la  EHE (Instrucción de Hormigón Estructural), EFHE (Instrucción para el proyecto y la ejecución de los forjados unidireccionales de hormigón estructural realizados con elementos prefabricados) , NCSE-02 (Norma de Construcción Sismorresistente), CTE (Código Técnico de la Edificación) y Documento Básico SE-C Seguridad Estructural. Cimientos.
Construcción de estructuras de hormigón armado adaptado a las instrucciones EHE, EFHE, NCSE-02 y CTE

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