Duda con diseño de Pila monocolumna de concreto armado

[PROYECTOR]

Buenas tardes amigos,

Para ponerlos en contexto, en estos momentos estoy diseñando un puente peatonal de 30m de luz que comunica dos edificaciones. Este puente o pasarela es indipendiente y va apoyado sobre dos pilas monocolumna de sección circular. Esta pasarela a su vez lleva tiendas en su interior, por lo que es relativamente ancha y alta (8x5m). Por razones arquitectónicas y de espacio, estas pilas deben ser monocolumna tipo T o "hammerhead piers". El diseño definitivo resulta en columnas de 1,6m de diámetro, y la cabeza de la pila es una viga de 1,60x1,60 en el apoyo y 1,6x0,80 en los extremos. La longitud total de la viga es de 9,5m. (3.95m en volado hacia cada extremo).

Mi duda viene a la hora de diseñar la columna de la pila. Esta tiene una altura libre de L= 2.96m (hasta la base de la cabeza), lo que resulta en una relación L/D = 1.85. La norma AASHTO LRFD Bridge 2012, en la sección 5.10.11.4.1 indica que los soportes verticales se deben diseñar como columna cuando la relación L/D (altura libre / máxima dimensión en planta) es mayor o igual a 2.5, en caso contrario se deben diseñar como "pier" y aplican los requisitos de la sección 5.10.11.4.2.

Lo que no veo es como aplicar los requisitos de la sección 5.10.11.4.2 a elementos circulares ya que estos requisitos parecen estar dirigidos a pilas tipo muro, en los que tienes un refuerzo horizontal y vertical bien definidos. En mi caso tengo un refuerzo longitudinal y zunchos (espirales). Que requisitos debería aplicar en este caso?.

Al no tratarse propiamente de un puente, podría aplicar sólo los requisitos para columnas del ACI 318?.

Por otra parte, al aplicar los requisitos sismorresistentes de columnas del ACI y AASHTO (ecuaciles 21-3 y 5.10.11.4.1d-1 respectivamente), la cuantía volumétrica mínima requiere espirales de 1/2" con un paso de 4cm. ¿Es usual tener estas cantidades de acero de confinamiento en estos elementos?, ¿o no estoy aplicando los requisitos normativos correctos?.

Cualquier ayuda o sugerencia es bienvenida.

Saludos,

[Vlacev TE]

El diseño tanto con la AASHTO LRFD como con el ACI es muy similar. El artículo que citas 5.10.11.4.2 como bien lo indicas está relacionado al diseño de muros y no sería apropiado aplicar a la sección que tienes, diseña como si tuvieras una columna, es muy probable que para las dimensiones de la columna que tienes las fuerzas a flexión sean muy pequeñas en comparación a los momentos (columna chata).

Sobre la cuantía volumétrica, con varillas #4 el espaciamiento máximo será 2.5 plg (cuantía = 0.0053, mayor a la mínima de 0.005) quizá podrías usar #5@4 plg (cuantía = 0.005). Esta verificación de la cuantía mínima no es el diseño final, sino sólo la comprobación que obtienes una vez que evalúes la resistencia total de la sección (aporte del concreto + del acero de refuerzo) con el espaciamiento final.

Y también como lo indicas, bien puedes utilizar sólo el ACI318 cumpliendo los requisitos de acuerdo a las categorías de diseño sísmico o a la normativa de tu país.

[PROYECTOR]

El diseño tanto con la AASHTO LRFD como con el ACI es muy similar. El artículo que citas 5.10.11.4.2 como bien lo indicas está relacionado al diseño de muros y no sería apropiado aplicar a la sección que tienes, diseña como si tuvieras una columna, es muy probable que para las dimensiones de la columna que tienes las fuerzas a flexión sean muy pequeñas en comparación a los momentos (columna chata).

Sobre la cuantía volumétrica, con varillas #4 el espaciamiento máximo será 2.5 plg (cuantía = 0.0053, mayor a la mínima de 0.005) quizá podrías usar #5@4 plg (cuantía = 0.005). Esta verificación de la cuantía mínima no es el diseño final, sino sólo la comprobación que obtienes una vez que evalúes la resistencia total de la sección (aporte del concreto + del acero de refuerzo) con el espaciamiento final.

Y también como lo indicas, bien puedes utilizar sólo el ACI318 cumpliendo los requisitos de acuerdo a las categorías de diseño sísmico o a la normativa de tu país.

Muchas gracias Elijah,

La cuantía volumétrica mínima de 0.005 a la que haces referencia de que norma y que artículo proviene?

Yo estaba aplicando una cuantía mínima de 0.12*f´c/fyt (ACI 318 Eq. 21-3). Esto debido a que la estructura requiere un diseño sismorresistente (Estructura tipo IV con Nivel de diseño ND3 según la norma de mi país).

Para f´c = 300 kgf/cm2 y fyt = 4200 kgf/cm2, la cuantía mínima según esta ecución sería = 0.0086. Con varillas #4 @ 4cm da una cuantía de 0.0085 (un poco menos pero me parece aceptable). Con varillas #5 @ 6cm da 0.0088.

Debo aplicar la ecuación 21-3 en este caso?

Por cierto, por resistencia al corte la columna requiere mucho menos de lo antes señalado.

Saludos,

[Vlacev TE]

La cuantía mínima del refuerzo transversal de 0.005 (Categoría C y D o 3 y 4) está en el Artículo 8.6.5 AASHTO LRFD Seismic Bridge Design 2011 (Para Categoría B o 2 la cuantía debe ser mayor a 0.003). La cuantía 0.12*f´c/fyt, también está en el Artículo 5.10.11.4.1.d de la AASHTO LRFD 2012.

Todo lo anterior sólo remiténdome a la AASHTO. Yo te sugiero que trabajes con las recomendaciones del ACI, ya que la AASHTO para la categorización de la estructura trabaja con valores del 7 por ciento de probabilidad de excederse en 75 años (7/75, 1000 años de tiempo de retorno) y muy pocos códigos lo tienen implementado (sólo las normativas o manuales de puentes en nuestros países), además que usa valores de Ss y S1 para la categorización. A diferencia, por ejemplo del ACI, que trabaja con la categorización del ASCE/SEI 7 o del UBC con 10/50, que para la categoría C sería para aceleraciones de 0.20 g.

[PROYECTOR]

Gracias Elijah, a la final opté por colocar los zunchos de #5 @ 6cm para cumplir con los requisitos sismorresistentes del ACI. El refuerzo longitudinal está compuesto por 32 varillas #11.

Tengo otra duda con relación al armado del dintel o viga de apoyo... He visto muchos detalles en los que el refuerzo transversal del dintel (estribos) los colocan a todo lo largo del dintel, incluyendo la zona donde se conecta la columna. Pero también he visto muchos detalles en los que el refuerzo transversal se interrumpe en la cara de la columna y el refuerzo transversal de la columna continúa dentro del nodo (Como en el pórtico de concreto armado de cualquier edificación).

Que sería lo correcto y lo más usual en el caso de una pila como esta?. Yo me inclino más por la segunda opción porque me parece que hay una mejor unión entre el dintel y la columna, pero me gustaría conocer tu opinión y la de los otros foristas.

Saludos,

[Vlacev TE]

La segunda opción es la que siempre he utilizado (el refuerzo en el nodo es la que continúa de las columnas). En el caso de puentes (con la AAShTO LRFD) hay una serie de arreglos si en caso la viga cabezal es integral o no con la superestructura, pero yo te recomiendo usar todos los detalles normales del ACI.

[lokitosamax]

Una consulta como se predimensiona una viga cabezal?? tiene la misma forma de predimensionamiento de una viga normal ?? porfavor no se si me pueden dar luces en este sentido!!

[Vlacev TE]

Una consulta como se predimensiona una viga cabezal?? tiene la misma forma de predimensionamiento de una viga normal ?? porfavor no se si me pueden dar luces en este sentido!!

Yo siempre digo que el predimensionamiento de secciones realmente sirve de poco, quizá se justificaba en épocas donde no se tenían ventajas computacionales, como las de ahora, que nos permiten calcular y diseñar secciones muy rápidamente y verificarlas y modificarlas también en poco tiempo, en otras palabras la idea de un "predimensionamiento" daba una sección cercana a la final, pero esto no se cumple, por lo general. Así que se parte de un esquema geométrico inicial, y se va evaluando el mismo.

Revisa lo siguiente:
- Ejemplo de diseño de un pilar.
- Viga cabezal de concreto.