025 - Universidad Nacional del Nordeste

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).
P
Figura Nº 4
Nudo A
B
T Componente resultante que actúa
en la dirección de la armadura
T
Nudo B
R= P/3
R Componente resultante que
actúa en la dirección del pilote
T
Carga P es equilibrada por las
tres componentes B que actúan
en las direcciones de las bielas
B Componentes en la
dirección de las bielas
Ángulo α
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Figura Nº 5
Carga P es equilibrada por las
tres componentes B que actúan
en las direcciones de las bielas
P
Nudo A
B
B Componentes en la
dirección de las bielas
B
Ángulo α
Ángulo α
T
Nudo B
T
R= P/2
R= P/2
T Componente resultante que actúa
en la dirección de la armadura
R Componente resultante que
actúa en la dirección del pilote
Materiales
Hormigón
σ'bk= 395 kg./cm2
σbk= 36,7 kg./cm2
Eb= 418.000 kg./cm2
Acero
Tipo : barra de acero φ 6 mm
Procedencia : ACINDAR.
Tensión de fluencia promedio - σf = 5.475 kg./cm2 .
Tensión de rotura promedio - σr= 7.737 kg./cm2 .
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.
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Figura Nº6 - Cabezales de 3 pilotes
Tensiones promedio en los aceros de la armadura
7000
Tensiones ( Kg / cm2 )
6000
5000
4000
Modelo Teórico.
3000
Tensión de fluéncia.
2000
Modelos con armadura uniendo la
cabeza de los pilotes.
1000
Modelos con armadura tipo lazo.
0
0
10000
20000
30000
40000
50000
Cargas ( Kg )
60000
70000
80000
FIGURA Nº 7 - Cabezales de 2 pilotes
Comparación entre el modelo teórico y los modelos reales
(con y sin armadura de corte)
9000
8000
Tensiones (Kg/cm2)
7000
6000
5000
Límite de fluencia del acero
4000
Límite de rotura del acero
3000
Modelos sin armadura de
corte
Modelos con armadura de
corte
Modelo teórico
2000
1000
0
0
10000
20000
30000
Cargas (Kg)
40000
50000
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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.