Este semana, continuamos con la reproducción íntegra del artículo “Refuerzo de forjado de techo de sótano para instalación de piscina de olas” escrito por D. Héctor Faúndez Velasco, Ingeniero técnico de Obras Públicas y Grado en Ingeniería Civil y publicado en la Revista “Quaderns d´Estructures” Nº 57 de la Associació de Consultors d´Estructures ((http://aceweb.cat/), por su interés pedagógico en técnicas de fijación.

Queremos agradecer a ambos su colaboración en la publicación de este artículo en nuestro BLOG. Construye Hilti. Esperamos que disfrutéis de su lectura tanto o más que nosotros.

La propuesta de refuerzo desarrollada

De cara a optimizar el dimensionamiento de la estructura metálica del capitel se realizo un proceso a la inversa, en el que obtenemos los esfuerzos de cálculo a partir del primer modo de fallo del resto de elementos de la estructura. En nuestro caso este primer modo de fallo se produce por flexo-compresión en el pilar para una máxima excentricidad de la carga del apoyo de la piscina.

Para ello determinamos el máximo momento flector que es capaz de soportar el pilar, para a partir de este momento flector, determinado para el máximo nivel de compresión al que el pilar se verá solicitado, obtener la excentricidad máxima de la carga de la piscina que es capaz de soportar el conjunto de la estructura.

Con este dato de excentricidad máxima realizamos el dimensionamiento del capitel metálico para que este sea capaz de soportar la carga excéntrica sin contar con la aportación que en este caso pudiera aportar la placa del forjado. Con ello podemos afirmar que el capitel metálico objeto de este refuerzo es capaz de soportar la máxima excentricidad de la carga de la piscina a la que el conjunto de la estructura pueda verse sometida sin fallo.

Los esfuerzos de dimensionamiento obtenidos son un axil máximo mayorado de 3.194,2 kN, obtenido a partir de la bajada de cargas en la estructura, y un momento flector mayorado en una única dirección de 468 kN.m. Según puede comprobarse en el siguiente diagrama de verificación de la sección:

Figura 11: Diagrama de obtención del momento flector máximo para el pilar 302.

Dado que del total de la carga mayorada, la debida únicamente al peso de la piscina equivale a un axil de 1.621,9 kN, podemos suponer que la máxima excentricidad con la que podríamos aplicar esta carga sin generar el fallo a flexión en el pilar sería de:

Con este criterio realizamos el dimensionamiento del capitel de refuerzo del pilar 302, previendo que debe resistir el cortante máximo del peso de la piscina aplicado a una distancia máxima del eje del pilar de 29 cm hacia cualquiera de las caras del mismo.

A partir de este punto, la estructura metálica diseñada fue un capitel metálico de canto variable que abarcaba una circunferencia aproximada de 2,0 m de radio con respecto del eje del pilar. Este capitel disponía de un canto máximo de 0,45 m sobre la cara del pilar, y un canto mínimo de 0,125 m en el perímetro y estaba compuesto por:

  • Una chapa superior continua de planta octogonal, de 25 mm de espesor, que se conectaba al forjado de hormigón mediante anclajes químicos de M16 calidad 8.8 y longitud 150 mm.
  • Una doble viga en “T” invertida por cada cara de pilar, que soldada a la chapa superior conformaba una sección resistente a flexión y cortante compuesta por 2 almas de espesor 15 mm y canto variable y 2 alas inferiores de 100 mm de ancho y 20 mm de espesor.
  • Un collarín perimetral de 20 mm de espesor anclado a la cabeza del pilar 302, que lo rodea por las 4 caras y sirve de placa de recepción de la doble viga de canto variable de la estructura. Este collarín se conectaba al pilar mediante 6 anclajes de M20 calidad 8.8 y 150 mm de longitud en cada cara del pilar. La posición vertical de estos anclajes al pilar se decalaba 62,5 mm entre caras perpendiculares para evitar interferencia entre los mismos.

Para representar esta estructura se realizó un modelo tridimensional en CAD en base a la cual se desarrollaron los planos de proyecto y fabricación de la estructura metálica.

Figura 12: Modelo tridimensional del capitel metálico de refuerzo proyectado.

Para la verificación la capacidad de la estructura del capitel se realizaron 2 comprobaciones en paralelo:

  • Por un lado, una comprobación a nivel sección transversal en la que se verificado que la estructura metálica de la doble viga en “T” invertida era capaz de soportar el cortante y la flexión generada por la excentricidad de la carga de la piscina.
Figura 13: Diagrama de comprobación de la sección de la viga doble “T” invertida del capitel.
  • Por otro y a nivel global un modelo de láminas mediante el M. E. F. en el que se comprobó la capacidad del conjunto del capitel para soportar la carga de la piscina y todas las cargas que sobre ella descansan, con unos niveles de tensiones y deformaciones aceptables.
Figura 14: Modelo tridimensional MEF de comprobación de tensiones y deformaciones del capitel realizado con CYPE3D.

Finalmente, se dimensionaron los anclajes del capitel al pilar de hormigón empleando el programa de cálculo PROFIS ANCHOR en su versión 2.6.3 de la casa HILTI.

Figura 14: Diagrama de cálculo a cortante de los anclajes de una cara del capitel al pilar de hormigón realizado con PROFIS ANCHOR.

La ejecución de la obra

Por último concluimos el artículo con una secuencia de fotografías representativas del proceso de fabricación y montaje de la estructura metálica del capitel en la obra.

Estado de la construcción del local dock39 al inicio de la intervención.

En primer plano pilar 302 de la planta sótano del aparcamiento del centro comercial.

Fabricación de capitel con despiece en 2 piezas distintas en los talleres de Grupo Villaescusa en Murcia.

Fabricación del capitel – pintura de imprimación en los talleres de Grupo Villaescusa en Murcia.

Montaje de capitel en obra – apuntalamiento provisional previa a su conexión con anclajes a techo y pilar.

Montaje de capitel en obra – soldadura conexión de las 2 piezas.

Replanteo de los apoyos del vaso de la piscina sobre los ejes de pilares.

Construcción de la instalación Clip and Climb.

Construcción de la instalación Soft and Play.

Construcción del vaso de la piscina de olas, vista desde el exterior.

Construcción del vaso de la piscina de olas, vista sobre la esquina inferior.

Estado de los apoyos de la piscina sobre tacos de hormigón y neopreno.

Vista de la instalación terminada realizada por el inquilino de DOCK39.

Conclusiones

Para finalizar este artículo tan solo cabe decir que la realización de este proyecto en poco más de 1 mes y medio desde que recibimos el encargo solo fue posible gracias a la buena disposición y profesionalidad de todo el equipo humano que integraba este proyecto, cuya inauguración se realizó como estaba previsto el pasado mes de septiembre de 2016.

Artículo realizado por:

Héctor Faúndez Velasco

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