HUECOS EN ELEMENTOS ESTRUCTURALES
GENERALIDADES
Los huecos en elementos estructurales, como vigas, columnas, y muros de carga, pueden ser necesarios por diversas razones, incluyendo la instalación de conductos, tuberías, cables eléctricos, y otros servicios. Sin embargo, la incorporación de estos huecos debe ser realizada con extremo cuidado para no comprometer la integridad estructural.
En el presente post pasamos a revisar algunos de los criterios que aplicamos en RRG INGENIEROS en el diseño estructural para la previsión de estos huecos sin comprometer la seguridad estructural.
EFECTOS DE LOS HUECOS EN ELEMENTOS ESTRUCTURALES
Los huecos producen en mayor o menor grado los siguientes impactos en la rigidez y resistencia estructural:
*Reducción de la Sección Transversal: Los huecos reducen el área efectiva del elemento, disminuyendo su capacidad resistente y rigidez
*Concentración de Esfuerzos: Los bordes de los huecos pueden actuar como concentradores de esfuerzos, aumentando el riesgo de fisuras y fallas
*Efecto en la Rigidez: La presencia de huecos reduce la rigidez del elemento, afectando su comportamiento bajo cargas
Todo ello merma la rigidez y resistencia del elemento estructural y también su durabilidad (por ejemplo por una mayor facilidad para fisuración en caso de elementos de hormigón armado)
Es por ello importante tener un especial cuidado en el diseño estructural de los huecos.
RECOMENDACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO DE HUECOS
En general lo deseable sería eliminar o reducir al mínimo los huecos. Cuando sin inevitables conviene seguir los siguientes criterios generales:
*Ubicación estratégica: Deben ubicarse en áreas donde tengan el menor impacto negativo en la distribución de cargas y esfuerzos. Es preferible evitar colocar huecos en las zonas de máxima tensión como veremos más adelante
*Refuerzo adecuado: Alrededor de los huecos se deben colocar refuerzos, como barras de acero adicional en el caso de elementos de hormigón, para redistribuir las cargas y evitar concentraciones de tensiones o refuerzo de sección con rigidizadores o recrecido de espesor en el caso de elementos de acero
*Tamaño y forma: Limitar el tamaño y elegir formas que minimicen la concentración de tensiones, como formas redondeadas en lugar de esquinas rectas, puede ayudar a reducir los efectos adversos
*Análisis estructural: Realizar un análisis estructural detallado utilizando herramientas y modelos que tengan en cuenta los huecos, debiendo siendo conservadores en este sentido dada la mayor complejidad e incertidumbre que comportan estas singularidades en la estructura
HUECOS EN VIGAS
Para el caso de vigas metálicas la ejecución de huecos en el alma de vigas “doble T” es relativamente sencilla, requiriendo el refuerzo del espesor en las inmediaciones del hueco y la colocación de rigidizadores transversales. También es práctico recurrir a las “vigas Boyd” que tienen perforada su alma.
Para el caso de vigas de hormigón puede preverse la colocación de huecos tanto verticales como horizontales en las mismas, mediante la formación de un refuerzo perimetral de los huecos y amplificación tanto de los refuerzos de estribado como de armado longitudinal en el entorno de los huecos. Programas como CYPECAD permiten calcular el armado de huecos verticales u horizontales en vigas, debiendo respetar no obstante ciertas limitaciones:
Para huecos horizontales:
-La altura de hueco horizontal debe ser inferior al tercio del canto de la viga
-La longitud del hueco debe ser inferior a un canto
-La posición del hueco horizontal debe garantizar que se respeten los recubrimientos en todas las caras del hueco
-La distancia libre entre un hueco horizontal y la cara del apoyo de la viga debe ser superior a medio canto
-No se permite la introducción de huecos horizontales en las zonas de confinamiento delimitadas por la normativa sísmica
Para huecos verticales:
-La dimensión transversal del hueco vertical debe ser inferior a un tercio del ancho del alma
-La longitud del hueco debe ser inferior a la anchura del alma y canto de la viga
-La posición del hueco vertical debe garantizar que se respeten los recubrimientos
-La distancia libre entre un hueco vertical y el apoyo de la viga debe ser superior a la longitud de confinamiento lateral del hueco
Para el caso de vigas de hormigón, en general será complicado ejecutar huecos en vigas existentes y ello requerirá un estudio de refuerzo muy cuidadoso, no siendo siempre viable ejcutarlos.
HUECOS EN FORJADOS
Para el caso de forjados unidireccionales existentes, la apertura de huecos y según cada caso, suele reducirse previo apuntalamiento de viguetas, a la retirada o corte de las viguetas afectadas, ejecución de nuevas vigas o zunchos en el borde abierto incluso unión y apoyo de las viguetas cortadas, y en su caso al refuerzo de viguetas existentes, pudiendo emplearse tanto elementos de acero laminado como hormigón y en caso necesario uniones con anclajes químicos.
En losas y forjados reticulares la ejecución de huecos debe realizarse en la medida de los posible alejada de los pilares. El refuerzo del hueco se plantea generalmente con zunchos de borde:
Cuando no sea posible alejar los huecos de los pilares, habremos de estudiar la posibilidad de plantear no sólo refuerzos del borde del hueco mediante zunchos, sino el posible refuerzo a punzonamiento de ábacos
HUECOS EN PILARES
Se recomienda evitar a toda costa la colocación de huecos transversales a la directriz de un pilar pues los exponen a situaciones críticas. En casos especiales podría plantearse un hueco siempre que sus dimensiones sean reducidas en relación a la sección del pilar y se refuerce con mucha holgura el pilar, teniendo además muy en cuenta la repercusión que podría tener en los efectos de segundo orden (pandeo o pandeo lateral).
El refuerzo de un pilar de acero podría ser más fácil de materializar, mediante la soldadura de rigidizadores y refuerzo de espesores con platabandas soldadas. En pilares de hormigón existentes sería prácticamente inconcebible realizar un hueco transversal a no ser que se hubiera previsto en su diseño antes de su ejecución de manera similar a como se ha visto para huecos en vigas.
HUECOS EN MUROS DE CARGA
La ubicación de huecos en muros de hormigón armado es relativamente sencilla colocando zunchos de borde de manera similar a lo indicado para losas, bien previendo su diseño o mediante su ejecución posterior y unión mediante resinas epoxy para el caso de muros ya existentes.
En muros de fábrica o mampostería existentes la apertura de los huecos suele realizarse siguiendo el proceso tradicional de colocar un cargadero compuesto por una viga doble, una por cada lado del dintel a formar, las cuales se colocan por medio de rozas previamente a la apertura del hueco para una vez colocadas las vigas proceder a la apertura. En otras ciertas ocasiones de muros con un cierto nivel de carga porque soporten forjados pesados o bien en zonas con solicitaciones horizontales por sismo o viento, convendrá además reforzar los bordes verticales del hueco con perfiles metálicos, formando un marco de refuerzo:
CONCLUSIONES
Como vemos la ejecución de huecos en la estructura requiere requiere de un estudio cuidadoso dado que conducen a un potencial debilitamiento de la integridad estructural, si bien con la adopción de medidas adecuadas puede restituirse adecuadamente la misma.
Si desea un asesoramiento al respecto, puede ponerse en contacto RRG INGENIEROS a través de:
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