UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE Comunicaciones Científicas y Tecnológicas 2000

Nueva propuesta sobre el funcionamiento de los cabezales de pilotes

Raush, José A. - D' Ascenzo, Nello - Goldschimdt, Pablo - Natalini, Mario B.

Departamento de Estabilidad - Facultad de Ingeniería - UNNE. Av. Las Heras 727 - (3500) Resistencia - Chaco - Argentina. Teléfono: +54 (03722) 420076 - E-mail: raush@ing.unne.edu.ar

ANTECEDENTES

Este trabajo de investigación está dirigido al desarrollo de un nuevo modelo de cálculo para los cabezales pilotes. Esta tarea es una continuación de las etapas inicialmente desarrolladas sobre los cabezales de dos y tres pilotes, en las que se estudiaron experimentalmente a los mismos. En estas etapas anteriores se partió utilizando el modelo de cálculo más comúnmente empleado en la actualidad, que es el método de las bielas. De lo observado de los ensayos anteriores, se notó que el comportamiento de los cabezales de 2 y 3 pilotes se aparta grandemente del comportamiento teórico considerado en el método de las bielas. Mediante el análisis de estos resultados nos llevo a plantear un nuevo concepto sobre el funcionamiento de los cabezales. Esto nos servirá para poder lograr en un futuro obtener las expresiones matemáticas que regirán ese nuevo modelo.

MATERIALES Y METODOS

Método Para el dimensionamiento de los cabezales de 2 y 3 pilotes, se empleó el método de cálculo de las bielas, que consiste en descomponer la carga P proveniente de la columna en las direcciones espaciales B (dirección de los ejes de las bielas nudo A) ; las cuales son equilibradas al llegar a los nudos B por las reacciones de los pilote R y las componentes T que actúan en la dirección de los ejes de las armaduras. (Ver esquema de descomposición de la carga - Figura Nº 4 y Nº 5). Figura Nº 4

Nudo A B Componentes en la dirección de las bielas

B

Carga P es equilibrada por las tres componentes B que actúan en las direcciones de las bielas

P

T Componente resultante que actúa en la dirección de la armadura T

Ángulo α

T

Nudo B

R Componente resultante que actúa en la dirección del pilote

R= P/3

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Figura Nº 5

Materiales Hormigón

σ'bk= 395 kg./cm2 σbk= 36,7 kg./cm2 Eb= 418.000 kg./cm2

Acero Tensión de fluencia promedio - σf = 5.475 kg./cm2 . Tipo : barra de acero φ 6 mm Tensión de rotura promedio - σr= 7.737 kg./cm2 . Procedencia : ACINDAR. Alargamiento porcentual medio en 50,8 mm - ξ% = 5,75 %. Módulo de elasticidad axial medio - E = 1.986.000 kg./cm2 .

DISCUSION DE RESULTADOS

En las etapas anteriores se ha determinado que la premisa para el dimensionado del cabezal utilizando el método de cálculo de las bielas (Ver Fig. Nº 6 y Nº 7), no se verifica en los ensayos con la sencillez de esta hipótesis. También se observa que los valores de tensión que adquieren los aceros de la armadura que componen el tensor son, para iguales estados de cargas, muy inferiores en los ensayos comparando con los que debería tener según el modelo de cálculo. Se observa además en las figuras Nº 6 y Nº 7 que la curva del estado de tensiones que adquiere los aceros que componen la armadura, presenta un punto de quiebre. Dicho punto coincide con la aparición de la primer fisura visible exteriormente. A partir de dicha aparición la pendiente de la curva de tensiones cambia, presentando un alto grado de paralelismo con la del modelo teórico. Otra diferencia es que dicho método considera que las armaduras inferiores que actúan como tensores tiene una tensión constante en toda su longitud, pero en los ensayos esto no acontece. Esta diferencia, como la anterior, proporciona mayor capacidad de carga al cabezal. Es de hacer notar la similitud en los comportamiento de los cabezales de dos y tres pilotes, siendo que en el de dos pilotes la descomposición de las fuerzas se realiza en el plano encuanto en el de tres pilotes esta descomposición es espacial.

Nudo A

B Componentes en la dirección de las bielas B

Carga P es equilibrada por las tres componentes B que actúan en las direcciones de las bielas

P

T Componente resultante que actúa en la dirección de la armadura

Ángulo α

T

Nudo B

R Componente resultante que actúa en la dirección del pilote

R= P/2

Ángulo α

T

B

R= P/2

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Figura Nº6 - Cabezales de 3 pilotesTensiones promedio en los aceros de la armadura

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1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000

Cargas ( Kg )

Ten

sio

nes

( K

g /

cm2 )

Modelo Teórico.

Tensión de fluéncia.

Modelos con armadura uniendo lacabeza de los pilotes.

Modelos con armadura tipo lazo.

FIGURA Nº 7 - Cabezales de 2 pilotesComparación entre el modelo teórico y los modelos reales

(con y sin armadura de corte)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

0 10000 20000 30000 40000 50000

Cargas (Kg)

Ten

sio

nes

(K

g/c

m2 )

Límite de f luencia del acero

Límite de rotura del acero

Modelos sin armadura decorteModelos con armadura decorteModelo teórico

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CONCLUSIONES

1) Es de notar que la diferencia que aparece entre el comportamiento del modelo teórico método de las bielas con los resultados de los ensayos, se debe a que inicialmente el tensor no está compuesto solamente por los aceros de la armadura, sino que además está formado por un tensor de hormigón. 2) La gran área de hormigón en la parte inferior de los cabezales (zona del tensor) produce una disminución del estado tensional de los aceros que componen la armadura. 3) La existencia de este tensor combinado (hormigón – acero) se mantiene hasta el punto donde las deformaciones alcanzadas debidas a la tracción inferior superan las máximas que admite el hormigón. En ese momento aparece la primer fisura visible, de allí en más el tensor queda formado solamente por los aceros de la armadura. 4) Este comportamiento da como consecuencia mayor capacidad de carga del cabezal. (Fig. Nº 6 y Nº 7). 5) Se a presentado un inconveniente en la determinación de la altura activa del tensor de hormigón para aquellos cabezales sobre dos pilotes y en el caso de los cabezales sobre tres pilotes el inconveniente es aún mayor ya que se hace muy difícil la determinación de esta altura como así el ancho activo del tensor de hormigón. 6) También se determinó que debe estar apareciendo fisuras internas antes de aparecer la primera fisura externa. Esto se deduce a que el quiebre que aparece en las curvas de tensión no es brusco, sino que lo hace a través de una transición que se inicia antes de ver la primera fisura. BIBLIOGRAFIA

* ESTRUCTURAS DE HORMIGON ARMADO - Fritz Leonhardt - Editorial EL ATENEO - Bs. As. * CALCULO PRACTICO DE ESTRUCTURAS DE EDIFICIOS - Ing. José Calavera Ruíz - segunda edición - Editorial INTEMAC (Instituto Técnico de Materiales y Construcciones). * HORMIGON ARMADO - Ing. Montoya / Meseguer / Moran - novena edición - Editorial GUSTAVO GILI S.A. Barcelona. * ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS SINGULARES DE HORMIGON ARMADO - Ing. Jacques Ramsay Robinson - Editorial GUSTAVO GILI S.A. Barcelona. * PROYECTO DE REGLAMENTO CIRSOC 201-INTI (Instituto Nacional de Tecnología Industrial). * STRUCTURAL MODELING AND EXPERIMENTAL TECHNIQUES - Prof. Gajanan M. Sabnis / Harry G. Harris / Richard N. White / M. Saeed Mirza - Editorial PRENTICE HALL New York. * PRESTREDSSED CONCRETE STRUCTURES - M.P. Collins / D. Mitchell - Editorial PRENTICE HALL - England Cliffs - New Hersey.