ES2324853A1 - Pilar mixto para la edificacion. - Google Patents

Abstract

Compuesto por un tubo metálico exterior y hormigón de relleno interior, que comprende dos collarines metálicos soldados en cabeza y en base del pilar de manera que abren parte de la carga que baja por el tubo exterior hacia el perímetro del hormigón del nudo estructural del forjado, y el collarín de cabeza del pilar inferior vuelve a recoger dicha carga y la lleva al tubo exterior del pilar inferior, además incorporan barras cortas de acero corrugado soldadas con cordón al interior de los tubos en la cabeza y en la base de cada pilar de manera que reciben o entregan el resto de carga de los tubos para transferirla por solape de sus corrugados de un tubo a otro, produciéndose dicho solape en la base o en la cabeza de uno de los pilares o bien en el canto del forjado.

Description

Pilar mixto para la edificación.

Objeto de la invención

La presente invención tiene por objeto una columna estructural para la edificación constituida por una pared exterior metálica y un relleno central de hormigón colaborante, que incorpora un sencillo sistema de unión con las vigas y los pilares de cada planta del edificio a construir.

El sistema es aplicable a estructuras de hormigón armado, donde únicamente se sustituyen los pilares de hormigón por estos nuevos pilares metálicos mixtos, pudiendo ser las vigas y los forjados de hormigón armado o pretensado.

Es el objetivo de la presente invención lograr un sistema de pilares más económico que los tradicionales pilares de hormigón armado, con una reducción del área ocupada en planta y la ausencia total de encofrados y soldadura en la obra.

Antecedentes de la invención

Aunque no son utilizados en España, existen en el mundo MÚLTIMPLES SISTEMAS de pilares mixtos estructurales constituidos por todo tipo de perfiles metálicos de pared cerrada tubular o abierta y con recubrimientos o rellenos de hormigón, tanto en masa como con armadura extra longitudinal de acero corrugado. Toda esta tipología viene regulada en Europa por el Eurocódigo 4 de estructuras mixtas contemplándose la variante aquí propuesta y consistente en un tubo metálico exterior con relleno interior de hormigón.

En general los pilares mixtos presentan la ventaja de ocupar menos espacio que los pilares de hormigón armado, e incluso que los pilares metálicos de tipo tubular hueco sin relleno, gracias a la colaboración estructural del hormigón de relleno con el tubo. Si pensamos en que cada vez el metro cuadrado construido cuesta más caro, sería muy deseable disponer de un pilar que ocupara menos espacio llegándose a compensar el sobre-coste del tubo estructural exterior con el ahorro del metro cuadrado construido en los edificios, y además el propietario de la vivienda agradecería no tener tantos resaltes o salientes en las paredes de su casa para situar mejor los muebles.

Todos estos tipos de pilares mixtos existentes presentan EL PROBLEMA ya mencionado de su elevado coste de fabricación al ser el acero estructural más caro que el hormigón armado, pero unido a él y más importante, presentan el problema de su elevado coste de montaje pues requieren de soldadores homologados que suelden en obra los pilares a medida que sube el edificio, resultando casi imposible no retrasar a los encofradores que deben esperar a que el soldador venga a la obra a soldar los pilares para continuar encofrando la siguiente planta.

Existe la posibilidad de atornillar los pilares de una planta con otra para que de esta forma los encofradores puedan ellos mismos ensamblar los pilares y no perder el ritmo planificado esperando a otro oficio como el de soldador, pero todos los sistemas de tornillos existentes en el mercado presentan EL PROBLEMA de ser más caros en materiales que los pilares de hormigón armado tradicionales debido a las grandes fuerzas que deben transmitir entre un pilar y el otro, con placas de anclaje con cartelas de costosa fabricación por otro lado cartelas que sobresalen más de lo deseado haciendo que si bien el pilar ocupara menos sección en su parte central longitudinal, no así en la base y cabeza donde quedan sobresaliendo los tornillos y sus cartelas, y por último y sobre todo, presentan el problema de que requieren mucha precisión en la posición de los tornillos y las placas de anclaje a unir, lo cual sólo es aplicable a edificios tipo nave industrial de estructura sencilla y repetitiva, y no a edificios de viviendas u oficinas en altura, donde cada pilar es diferente al anterior o diferente en la misma planta del edificio al compañero, o diferente en replanteo pudiendo ir alineados a cara, a esquina o centrados con el inferior, así cualquier error de fabricación en cuanto a la posición exacta de los tornillos en planta y o incluso en su longitud al haber vigas descolgadas o planas, harán que sea imposible el montaje del pilar debiendo de nuevo el encofrador pararse y esperar a que venga el soldador homologado para que corrija los errores no deseados, oficio el de soldador homologado muy caro y de escasez en el mercado por su especialización.

Entre muchos de los antecedentes que podemos citar estaría por ejemplo la patente ES134076 que contempla el más simple pilar tubular exterior con relleno de hormigón, donde no se especifica ningún medio de unión con otros pilares.

También podemos citar ES229419 que presenta aceros corrugados soldados a las bases o capiteles del tubo para unión con las vigas, pero soldados en todo caso ajenos al tubo del pilar.

O quizás la más relacionada con esta invención, la japonesa JP11229495 que consiste en pilares mixtos con unión entre pilares mediante barras cortas de acero corrugado atravesando el nudo de unión con cada planta del edificio. En este caso no se explica cómo traspasa la carga del tubo metálico de una planta a otra ya que parece que transfiere toda la carga del tubo al hormigón interior y por éste a las barras corrugadas interiores, que atraviesan el nudo estructural y se meten en el pilar inferior, para volver a recoger se supone el tubo metálico parte de la carga a través del hormigón de relleno. En la realidad este pilar es completamente erróneo, ya que si bien hemos repartido la carga entre tubo y hormigón interior, luego no se explica cómo se transfiere la carga del tubo a los aceros corrugados, pues el único método viable sería por soldadura, ya que por esfuerzo rasante entre tubo y hormigón interior es imposible pues deslizarían, lo cual impediría el montaje en obra al tener las barras corrugadas ambos extremos soldados a ambos pilares en cada una de las plantas del edificio, y además habría que disponer un número enorme de barras corrugadas para recibir y transmitir toda la carga de los tubos metálicos. Si no es por soldadura no se puede pasar más carga de la que ya trae el hormigón interior de la pared del tubo a éste hormigón de las zonas de cabeza y pie de pilares, pues estaríamos sobrepasando la resistencia del hormigón a compresión en estas zonas, hasta que se descargaran del extra de carga sobre las barras corrugadas. Y si el hormigón interior no viene de arriba completamente exigido como para poder recibir más carga en estas zonas, sería un pilar muy caro al tener una sección en planta sobredimensionada por encima de lo deseado para ocupar menos espacio, y una sección más grande de lo exigible a los materiales para aprovecharlos completamente en toda la altura longitudinal del pilar.

Descripción de la invención

La nueva invención presenta la SOLUCIÓN a todos estos problemas, ya que mantiene todas las ventajas de los pilares mixtos evitando todos los inconvenientes mencionados anteriormente, llegando por primera vez a hacer competitivos los pilares metálicos frente a los pilares de hormigón armado tradicionales simplemente porque acortan su diferencia en precio de materiales-montaje, ocupan menos espacio y el cliente lo valora, y si tenemos en cuenta el precio del suelo construido llegando a ser incluso más económicos que los de hormigón armado tradicionales.

En primer lugar, resulta fundamental que los propios encofradores sean capaces de ensamblar o unir los nuevos pilares metálicos en la estructura sin la intervención de un soldador homologado, para ello recurriremos al solape de aceros corrugados de los pilares de hormigón armado.

Para conseguirlo, en la cabeza del pilar inferior y por su interior, se sueldan barras de acero corrugado en una longitud muy corta según el diámetro del acero corrugado empleado, y se prolonga la barra a través del nudo estructural o canto del forjado sobresaliendo por encima de dicho forjado. En la base del pilar superior, por el interior del tubo metálico, se disponen otras barras corrugadas en una longitud igual a la del solape de las barras corrugadas, soldándose solamente en dos puntos o solamente en el extremo inferior a las paredes interiores del pilar superior, de esta manera las barras del pilar inferior penetran por dentro del pilar superior y cuando rellenemos de hormigón el interior se producirá el solape entre las barras corrugadas de cada pilar. De esta manera la carga que baja por las paredes del tubo metálico superior se transmite por los cordones de soldadura a las barras corrugadas, estas se solapan poco a poco en toda su longitud y a través del hormigón de relleno con las barras corrugadas del pilar inferior, y éstas últimas atravesando el nudo estructural envían las cargas hasta la cabeza del pilar inferior y por último a través de sus soldaduras en cordón se pasa la carga a las paredes del tubo metálico del pilar inferior.

Los pilares mixtos tradicionales pueden incorporar armaduras longitudinales de acero corrugado con sus estribos en el núcleo de hormigón interior, como parte resistente de todo el pilar, y a su vez solaparse a la manera tradicional con las armaduras de otro pilar superior o inferior o soldarse a las vigas metálicas del nudo estructural, pero soldar por cordón pequeñas longitudes de barras corrugadas a las paredes del tubo estructural exterior para recibir por plastificación su carga y enviarla por solape a las barras corrugadas soldadas a otro pilar contiguo inferior, no era conocido hasta ahora en el estado de la técnica.

Dado que el acero que emplearemos para los tubos metálicos es del tipo S355, cuyo límite elástico minorado es de 3600 kg/cm^{2}, y dado que el tipo de acero que emplearemos para las barras corrugadas es del tipo B500S, cuyo límite elástico minorado es de 4435 kg/cm^{2}, la sección de barras de acero corrugado será menor que la sección de las paredes del tubo estructural, aunque como veremos no será suficiente.

Con esta nueva técnica evitaremos las soldaduras en obra con personal homologado ajeno al oficio de encofrador, o evitaremos cualquier otro sistema de unión por tornillos de difícil repetición en la precisión requerida para que taladros y tornillos estén siempre enfrentados en todos los pilares de una obra. Además las esperas de acero corrugado se doblan con facilidad en caso de algún error de replanteo en obra, e incluso si faltara alguna barra corrugada soldada a los pilares puede ser sustituida en obra sin más que introducir la barra que falta de arriba abajo dentro del tubo metálico, para de esta forma no haya que soldar nada en obra.

El sistema permite incluso solventar los errores de unas secciones inadecuadas como por ejemplo unas dimensiones exteriores del tubo equivocadas o una falta de espesor del tubo respecto a la requerida, mediante la colocación en obra de barras de acero corrugado interiores de arriba abajo del pilar que compensen la falta de sección del tubo metálico. O también podemos reforzar el interior del núcleo de hormigón con armadura longitudinal de abajo a arriba con estribos a la manera tradicional de los pilares mixtos, pero sin descartar las barras cortas soldadas a los tubos.

Para garantizar la unión monolítica entre el hormigón interior y el tubo exterior, los aceros corrugados soldados en cabeza y base garantizan el esfuerzo rasante o la compatibilidad de deformaciones entre ambos materiales de manera que no deslice el hormigón por dentro de los tubos, todo ello de acuerdo con las exigencias del Eurocódigo 4 de estructuras mixtas.

Para evitar que el número de barras corrugadas que debiéramos soldar sea demasiado elevado o de mucha sección, se sueldan unos capiteles o collarines metálicos exteriores en la base y en la cabeza de los tubos del pilar. Estos capiteles estarán formados por angulares metálicos o palastros horizontales que al recibir carga del tubo nos ayudarán a disminuir el número o la sección de las barras corrugadas, ya que de las propias paredes del tubo metálico pasará parte de la fuerza axial a dichos angulares o palastros, y de éstos al hormigón del nudo estructural en su perímetro más exterior para volver a través del capitel de la cabeza del pilar inferior a pasar dichas cargas a las paredes del tubo metálico del pilar inferior. De esta manera tendremos un racional reparto de la fuerza axial que pasa por el nudo de la estructura desde el pilar superior al inferior, de manera que parte de la fuerza traspasa por el hormigón central del nudo desde el hormigón interior de relleno del pilar superior, al hormigón de relleno del pilar inferior, otra parte de la fuerza pasa por el pié metálico del pilar superior al hormigón perimetral del nudo y de éste al capitel metálico del pilar inferior, y una última parte de la fuerza axial pasa por las propias barras corrugadas que atraviesan el nudo.

Para el montaje de los pilares se pueden utilizar muchas técnicas, como por ejemplo apuntalar los pilares hasta que vertamos el hormigón interior del pilar con puntales normales o con puntales de doble-efecto. Soldar con pequeños puntos de soldadura las barras del pilar inferior a la base del pilar superior o a corrugados auxiliares dispuesto para tal fin, no necesitándose para esta soldadura por puntos ninguna homologación del trabajador ya que es una soldadura temporal para la fase de montaje que posteriormente no trabajará dentro de la estructura, y esta soldadura la realizamos con una simple y barata soldadora eléctrica de electrodos en la obra. También podemos hormigonar el forjado y luego introducir las esperas del pilar inferior por dentro del pilar superior al más puro estilo tradicional de encofrado de pilares, aplomando el pilar con cuñas de madera en la base o pie del pilar para luego retirar dichas cuñas una vez que hormigonemos el pilar y fragüe el hormigón, todo ello insistimos al más puro estilo de los encofrados de pilares tradicionales, y eso sí cuidando que el hormigón rellene por debajo de la parte horizontal de los pies o collarín de la base del pilar.

También podremos por ejemplo colocar un palastro en el pié del pilar, enfrentar a las paredes del tubo y soldadas "a tope" por debajo del palastro las barras corrugadas de unión, y hacer por ejemplo que estas penetren en la cabeza del pilar inferior para solapar dentro de él con los corrugados soldados del pilar inferior, el cual tendrá hueca la zona interior del tubo en la cabeza recurriendo para ello a angulares para formar el capitel perimetral. Si los pilares los llevamos a obra de 2 en 2 podremos poner dos palastros en la unión central entre los dos pilares, y barras corrugadas soldadas "a tope" entre ambos palastros.

La localización del solape en general de los corrugados de los pilares, puede realizarse en tres zonas diferentes: en el pilar superior, en el propio canto del forjado, o en la cabeza del pilar inferior, según dejemos preparadas y soldadas las barras corrugadas con las longitudes adecuadas.

En cuanto al comportamiento frente al fuego los pilares metálicos tienen una menor resistencia que los de hormigón armado, pero nos favorece el hecho de que los constructores para evitar las fisuras en los enlucidos de yeso de las paredes ante movimientos y dilataciones de las estructuras, tradicionalmente revisten los pilares de hormigón armado convencionales con tabiques de ladrillo perimetrales, de tal manera que dicho tabique no toque al pilar de hormigón pues cuando se deja el tabique enrasado y tocando con el pilar, siempre aparecen fisuras entre el pilar y el tabique y todo ello a pesar de poner vendas de fibra de vidrio en la unión, siendo por tanto en la práctica la única solución que funciona correctamente la de revestir y aislar los pilares de los tabiques, es decir, independizar la tabiquería de los pilares. Pues bien, aprovechando que el área ocupada por el pilar de hormigón en las obras no es estrictamente la del hormigón sino la del tabique perimetral que lo rodea, podemos utilizar esta misma técnica con los pilares metálicos para protegerlos del fuego, de manera que aprovechamos que un tabique de ladrillo con 1 enlucido de espesor total 60 mm presenta una estabilidad y aislamiento al fuego de 90 minutos, es decir debe permanecer íntegro y aislar más de 180 grados de temperatura entre la cara exterior y la interior al menos durante 90 minutos, de esta manera se garantizan los 90 minutos de resistencia del pilar válidos para viviendas de 28 metros de altura (9 plantas). Por otro lado, como la carga en estado límite último en situación accidental de fuego se reduce a un 50 o 60% de la carga total mayorada con la que se dimensionan las estructuras, y los aceros laminados en caliente llegan al 50 o 60% de su capacidad resistente a unos 550 grados aproximadamente según los Eurocódigos, pues aún tenemos que si bien la temperatura al otro lado del tabique es de sólo 180 grados a los 90 minutos, para otros 180 grados más se tardará otros 90 minutos aproximadamente, y así para otros 180 grados, es decir, alcanzaremos en primera aproximación los 180x3=540 grados a los 90x3=270 minutos, tiempo este más que suficientes para las exigencias de las normativas contra incendios actuales de 120 minutos como máximo en residenciales de más de 28 metros sobre la calle. No obstante, la resistencia al fuego en pilares exentos sin tabique perimetral, puede lograrse por ejemplo con pinturas intumescentes, tabiques de cartón yeso, gunitados, etc., etc.

Los grosores o espesores de los laterales verticales de los collarines exteriores podrán quedar disimulados en el tabique perimetral, mientras que el grosor o espesor de las partes horizontales de dichos collarines podrán quedar embebidas en el nudo de las vigas de los forjados, o bien en el solado final, o también en los yesos del techo o en los falsos techos si los llevara, quedando así también protegidos contra el fuego.

Con el hueco libre interior de los tubos de estos nuevos pilares mixtos logramos también la ventaja de hormigonar en obra fácilmente los pilares a la vez que vertemos el hormigón de la planta inmediatamente superior, de esta forma los encofradores no pierden el tiempo hormigonando por separado los pilares del forjado.

Incluso el sistema permite llevar a obra dos pilares empalmados desde fábrica, esta vez sin solape de barras corrugadas entre ellos pues estas barras irán directamente soldadas por cordón a ambos tubos, de manera que solamente montamos el pilar inferior y ya tendremos montado el pilar superior, ahorrándose los encofradores el trabajo y el tiempo de montar dos plantas de pilares por separado. En el caso de utilizar palastros horizontales en la base o en el pie del pilar, podremos soldar "a tope" las barras corrugadas a los palastros y siempre bajo las paredes de los tubos metálicos para transmitir sus cargas lo más directamente posible del tubo a las barras y de las barras al tubo, siendo necesario en este caso utilizar mayor número de barras corrugadas y de menor diámetro para mejor reparto plástico de esfuerzos, en tan poco canto del palastro, de las barras hacia los tubos y viceversa.

Como resumen y frente a todos los pilares mixtos conocidos podríamos decir que este nuevo pilar que aquí se propone, soporta las cargas del pilar de forma convencional a través del hormigón de relleno interior y de la camisa tubular exterior, pero que al llegar al nudo estructural transmite sus cargas axiales y de momentos flectores por tres caminos bien diferentes pero necesarios y complementarios: PRIMERO.- a través del propio hormigón interior de relleno que pasa su carga al centro del nudo y del nudo al pilar inferior, SEGUNDO.- a través de los collarines que abren parte de la carga del tubo a través de los voladizos de sus bases y la transmiten por el hormigón alrededor del nudo al siguiente collarín de cabeza del pilar inferior, resaltando que logran hacer esta operación sin someter a las paredes del tubo de los pilares a flexiones transversales tal y como veremos más adelante, y TERCERO.- a través de cortas barras de acero corrugado soldadas con cordón por el interior de los tubos para transferir por plastificación la carga del tubo a los corrugados, luego por solape transmiten su carga a las otras barras corrugadas del pilar inferior, y de nuevo entregan la carga desde estas últimas barras a las paredes del tubo del pilar inferior a través de su cordón de soldadura y de la plastificación de las paredes del tubo.

De no considerar alguno de los tres caminos y realizar la entrega solamente por el hormigón interior del pilar y con barras de acero corrugado simples verticales sin soldar a los tubos como en JP11229495 por ejemplo, el sistema resultaría inviable en la práctica, y no solamente por la errónea transmisión por rasante de la carga del tubo al hormigón interior y de este a los corrugados, sino porque al tener menos sección en planta un pilar mixto que el pilar de hormigón armado convencional, tal y como vamos buscando, los momentos flectores y los axiales del pilar exigirían una cantidad enorme de barras corrugadas y de diámetros grandes para soportar correctamente las cargas a través del nudo estructural, lo que en la práctica nos llevaría a sobrepasar las cuantías máximas de acero corrugado exigibles a los pilares y al nudo por las normativas y en la práctica también haría inviable la colocación luego en obra de los negativos y los conectores de las vigas que llegan al nudo, ante la maraña tan tupida de barras verticales. Solamente con el mecanismo señalado en esta invención de collarines en voladizo y corrugados soldados con cordón y solapados en el seno del hormigón para que no se necesiten soldadores homologados en obra, tal y como vamos buscando, se logra a la vez un nudo relativamente limpio de barras verticales o al menos igual de limpio que el del pilar de hormigón armado tradicional al que sustituye, lográndose también transferir todas las cargas de axiales y momentos flectores que cabría pedir a un pilar de edificación sometido a cargas no solamente verticales con pequeños momentos flectores debidos al cálculo hiperestático de las vigas, sino a cargas transversales con momentos flectores importantes debidos al viento y al movimiento sísmico actuantes sobre el edificio.

En resumen, si bien todo a lo alto y largo del pilar mixto tenemos menos sección transversal que el pilar de hormigón armado clásico, en los nudos del pilar mixto y gracias a los collarines tenemos mayor sección transversal y por tanto menos barras de acero corrugado para soportar los mismos esfuerzos que con el pilar de hormigón armado clásico, todo ello insisto al tener el pilar clásico menor sección transversal al llegar al nudo que con el nuevo pilar mixto justo también al llegar al nudo.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de sus características, se acompaña a la presente memoria descriptiva, de un juego de dibujos en cuyas figuras, de forma ilustrativa y no limitativa, se representan los detalles más significativos de la invención.

Figura 1. Muestra una sección vertical de un pilar mixto.

Figura 2. Muestra un alzado de un pilar tradicional de hormigón armado de sección mínima de 25x25 por ejemplo.

Figura 3. Muestra el alzado de un pilar mixto equivalente en resistencia al pilar clásico anterior.

Figura 4. Muestra un alzado de un pilar tradicional de hormigón armado de gran sección o gran carga.

Figura 5. Muestra el alzado de un pilar mixto equivalente en resistencia al pilar clásico anterior.

Figura 6. Muestra una sección del nudo o encuentro entre dos pilares de hormigón armado tradicionales con el forjado, donde se detalla el solape de sus armaduras y se observan los estribos.

Figura 7. Muestra la sección del encuentro de dos pilares mixtos con el forjado donde el solape se produce en el pilar superior y donde no hay estribos.

Figura 8. Muestra una sección transversal al collarín en la zona de soldadura con una barra corrugada y cómo actúan las fuerzas exteriores sobre el conjunto para mantener el equilibrio.

Figura 9. Muestra una vista interior de la barra corrugada soldada al tubo de la cabeza de un pilar y cómo se transmiten y abren las fuerzas desde la barra corrugada a la pared del tubo por plastificación.

Figura 10. Muestra la sección del encuentro de dos pilares mixtos con el forjado donde el solape se produce en el pilar inferior.

Figura 11. Muestra el encuentro de dos pilares mixtos con el forjado con el solape realizado en el canto del forjado.

Figura 12. Muestra la sección de un encuentro que combina un palastro horizontal abajo con soldadura "a tope" de los corrugados, angulares en el pilar superior y el solape en el interior del pilar superior.

Figura 13. Muestra la sección vertical de un pilar mixto doble que se lleva a obra empalmado.

Figura 14. Muestra la sección vertical del nudo central de un pilar mixto doble como el de la figura anterior, donde los aceros corrugados están soldados "a tope" entre dos palastros horizontales.

Figura 15. Muestra una vista en perspectiva de la cabeza de un pilar mixto de gran tamaño con su capitel o collarín y las barras corrugadas soldadas por el interior de la pared del tubo.

Realización preferente de la invención

A la vista de las mencionadas figuras se describe a continuación un modo de realización preferente de la invención así como la explicación de los dibujos.

El pilar mixto (1) está constituido por un tubo metálico (2) de pared delgada, un capitel o collarín metálico (3) en cabeza, un pié o collarín metálico (4) en la base, unas barras cortas de acero corrugado (5) soldadas por el interior del tubo en la cabeza del pilar, unas barras cortas corrugadas (6) soldadas por el interior del tubo en la base del pilar, y el hueco interior del tubo relleno con hormigón (7).

Los pilares de hormigón armado tradicionales (8) están constituidos por unas barras de acero corrugado verticales con estribos horizontales, todo ello embebido en obra en hormigón (10). La unión con las vigas de la estructura y los pilares de otras plantas se realiza mediante el solape (9) de las armaduras verticales en el seno del hormigón del pilar superior. Estos pilares resultan al final caros, no por los materiales que utilizan sino por el espacio ocupado en cuanto a superficie construida de los edificios.

El nuevo pilar-mixto (1) soluciona este problema como dijimos incorporando un tubo metálico exterior de pared delgada (2) y un relleno interior de hormigón (7). De esta manera al utilizar un tubo metálico de mayor resistencia específica que la del hormigón (10) del pilar clásico (8), se logra una reducción de la sección transversal total, lográndose amortizar sobradamente el mayor coste en materiales del nuevo pilar-mixto, gracias al ahorro en la sección transversal del pilar en planta y por tanto de la superficie o "metro cuadrado de superficie construida" como se le llama habitualmente en construcción.

En las figuras 2 y 3 se compara un pilar (8) de hormigón armado convencional de sección mínima por normas de 25 x 25 cm, con un pilar-mixto (1) equivalente de igual resistencia estructural, pero de menor sección que el anterior y también cumpliendo sus normas específicas.

Las paredes laterales o tubo exterior (2) del pilar-mixto (1) pueden estar constituidas por tubos de pared delgada o pueden estar formados, como el de la figura 5, por la unión de angulares y pletinas soldadas entre si verticalmente con pequeños cordones de soldadura a cada cierta distancia o bien con cordones continuos. Así mismo el pilar mixto puede ser de sección cuadrada, rectangular o circular, y podría incorporar aceros corrugados longitudinales de refuerzo interior extras de arriba a abajo a lo largo de toda su altura y solapados al modo tradicional entre plantas, cohabitando con las barras cortas de solape de los tubos.

En las figuras 4 se ha representado un pilar de hormigón armado (8) convencional de gran sección y resistencia, con múltiples barras de acero corrugado (9) interiores dada la gran carga que debe soportar, y en la figura 5 se ha representado el pilar mixto (1) equivalente en resistencia, donde se aprecia la menor sección y el menor uso de aceros corrugados (5) para el solape, en la línea de lo mencionado anteriormente en la descripción de la invención, al tener mayor sección transversal al llegar al nudo que el pilar de hormigón armado convencional de la figura 4 que le es equivalente, dibujos de las figuras 4 y 5 realizados a escala proporcional para poder compararlos y comprender el alcance de la invención.

Los pilares de hormigón armado (8) tradicionales, realizan su unión con las vigas del forjado y con otros pilares a través del solape (10) de sus armaduras interiores, normalmente en el interior del pilar superior del nudo estructural, tal y como se representa en la figura 6, de manera que las cargas verticales pasan de una planta a otra a través del hormigón (11) del nudo estructural y de las barras corrugadas (9) que lo atraviesan. En dicha figura se aprecian también los estribos transversales obligatorios por normativas.

En el nuevo pilar mixto las cargas verticales se reparten entre el tubo metálico exterior (2) y el hormigón de relleno interior (7), de manera que este último pasa su carga al hormigón del nudo estructural (12) directamente a desde el mismo. Pero las cargas del pilar superior que circulan por el tubo exterior (2), deben repartirse entre las barras interiores de acero corrugado (6), y la base o collarín (4) soldado externamente al tubo metálico (2), de manera que las primeras se solaparán dentro del pilar con las barras corrugadas (5) de la cabeza del pilar inferior que le llegan, y pasarán la carga por el nudo a través de dichas barras corrugadas (5) hasta el pilar inferior, mientras que las cargas que van al collarín exterior del pilar, pasarán su carga a través del hormigón más exterior del nudo estructural (12), para una vez traspasado dicho nudo, volver a ser recogidas por el collarín (3) de la cabeza del pilar inferior y devueltas por decirlo de alguna manera a las paredes del tubo metálico del pilar inferior. Del mismo modo las cargas que bajan por los aceros corrugados (5) son devueltas a las paredes del tubo del pilar inferior a través de sus soldaduras (13). Lógicamente aparte de esta transferencia de carga del pilar superior al inferior, las vigas que llegan al nudo transmiten sus cargas al pilar inferior sin son axiales, y a ambos pilares si son momentos flectores.

Como ya hemos señalado no toda la fuerza del tubo exterior (2) del pilar superior se transmite directamente por las barras corrugadas (5 y 6) de solape, sino que una parte de la fuerza pasa de un tubo a otro a través del hormigón perimetral del nudo (12). En la figura 8 se representa esta división de fuerzas, de manera que una parte que hemos llamado "Vc" se transferirá por la soldadura (13) del corrugado (5), y otra que hemos llamado "Vb" se transmite a través del voladizo a flexión del collarín. Al estar las dos fuerzas "Vb" fuera del mismo eje producen un par de fuerzas que debe ser compensado, para ello recurrimos a otro par de fuerzas formado por la fuerza de adherencia o rozamiento "Fr" entre el hormigón del nudo y el collarín metálico y a una fuerza de compresión horizontal "H" que el hormigón de relleno interior del pilar opone contra el collarín a través de las paredes del tubo, de manera que al estar más separadas estas dos últimas fuerzas su magnitud será bastante menor que las fuerzas "Vb". Si el pilar no estuviera relleno de hormigón, la fuerza horizontal "H" sometería a flexión las paredes del tubo exterior, lo cual sería inviable ya que dichas paredes del tubo vienen completamente agotadas por la carga vertical que baja por el pilar y no soportaría otro esfuerzo de flexión tan importante además, de ahí que en el diseño se ha buscado que las paredes del tubo solamente transmitirán la carga horizontal "H" al hormigón interior de relleno, que será quien soporte realmente dicha carga horizontal. Esta fuerza horizontal "H" que el collarín ejerce a su vez contra el hormigón interior del pilar por acción-reacción, nos vendrá muy bien para favorecer, por compresión radial, el solape entre las barras de acero corrugado que se da en estas zonas. Lógicamente la fuerza "Vb" se reparte UNIFORMEMENTE sobre toda la parte horizontal del collarín y la fuerza "H" se reparte de forma no uniforme sobre la parte más alta de la pared vertical del collarín, pero en todo caso de tal manera calculadas que en ambas situaciones no se sobrepasa la resistencia a compresión del hormigón sobre el que actúan por acción- reacción. Con todo lo dicho el sistema de fuerzas exteriores mencionado estará en perfecto equilibrio sin que sobrepasemos los límites elásticos del acero ni del hormigón.

Los collarines como observamos, están sometidos a un gran esfuerzo de flexión y pueden estar constituidos por angulares de lados iguales "L", de lados desiguales "LD", por perfil triangular especial diseñado y fabricado para soportar óptimamente estas cargas de flexión, o incluso pueden estar formados por combinación de pletinas soldadas entre si, etc., etc.

No puede faltar en esta exposición el mecanismo de transferencia de la fuerza concentrada "Vc" del acero corrugado (5) a la fuerza distribuida "Sc" de la pared del tubo (2) del pilar inferior, que se realiza a través de la soldadura (13) como hemos dicho, de tal manera que la carga se va entregando poco a poco por la soldadura abriéndose por la pared del tubo y quedando finalmente uniformemente distribuida sobre dicha pared a poca distancia de la soldadura. Dado que el límite elástico del acero corrugado y de la soldadura es mayor que el límite elástico de las paredes del tubo, mientras que sus módulos de deformación son iguales, la fuerza va transfiriéndose por plastificación entre ambos materiales, cuyo efecto se ha representado con la deformación exagerada del borde superior (2.1) y con las curvas de compresión (2.2) de ejes principales, sin que en ningún momento se produzcan concentraciones de esfuerzos que sobrepasen el límite de rotura de dichos aceros.

Una vez realizada la transferencia de fuerzas de las paredes del tubo al hormigón del nudo y a los aceros corrugados, tendremos en todo el canto del nudo estructural una sección propiamente dicha de hormigón armado con aceros corrugados distribuidos en su perímetro y sometida dicha sección a flexo-compresión biaxial al más puro estilo tradicional de una estructura de hormigón armado.

El solape (10) entre los aceros corrugados (5 y 6) puede realizarse en el interior del pilar superior como hemos visto, o bien puede realizarse en el interior del pilar inferior tal y como se representa en la figura 10, donde en este caso y aprovechando que el tubo del pilar puede estar formado por soldadura de angulares o pletinas, se nos ha permitido soldar (13) las barras corrugadas (5) del pilar inferior en sus dos extremos por ejemplo, todo ello antes de cerrar el tubo en su fabricación.

Otro lugar donde realizar el solape (10) de los aceros corrugados (5 y 6) puede ser en el hormigón del propio nudo estructural (12) tal y como se representa en la figura 11.

En cuanto al collarín (3) de cabeza del pilar inferior de la figura 12, podría estar constituido en lugar de por angulares por un palastro horizontal (14) que atraviese de lado a lado la base del pilar, debiendo diseñarse dicho palastro con un taladro central (15) que permita el hormigonado en obra del interior del pilar mixto. En este caso los aceros corrugados (5) son soldados "a tope" (13) sobre el palastro inferior y correctamente enfrentados verticalmente a las paredes del tubo del pilar mixto. Ciertamente para este caso el número de barras corrugadas debe ser mayor y su diámetro menor para que la transmisión de esfuerzos por plastificación se produzca correctamente entre los corrugados (5) y la pared (2) del tubo del pilar a través del palastro (14) de gran grosor. Si el solape se realizara en el interior del pilar inferior, el palastro horizontal podría colocarse en la base del pilar superior, y el collarín de angulares en la cabeza del pilar inferior, de forma inversa a lo anterior.

La parte horizontal de cada collarín puede quedar embebida en el hormigón del nudo estructural, tal y como se representa en la figura 11 ó 12.

Para ahorrar tiempos de montaje en obra podemos llevar dos pilares empalmados desde fábrica tal y como se observa en la figura 13, de manera que en el nudo central de ambos pilares, no habría ningún solape a realizar en obra pues las barras corrugadas (5) estarían soldadas (13) tanto al pilar inferior (1) como al pilar superior (1). En este caso el empalme del nudo central podría realizarse con dos palastros horizontales tal y como se representa en la figura 14, donde las barras corrugadas (5) estarían soldadas "a tope" (13) a ambos palastros y enfrentadas a las paredes de los tubos. Eso sí, al menos en el palastro inferior (14) habría que practicar un taladro (15) para hormigonar en obra el interior del pilar inferior a la vez que hormigonemos la planta de forjado intermedia.

En pilares mixtos de gran tamaño como la representada en perspectiva en la figura 15 donde se muestra solamente la mitad superior de un pilar grande, el número de barras corrugadas (5) puede ser elevado, por supuesto podrán estar situadas también por el centro de las caras laterales del pilar, y todas ellas soldadas como siempre por el interior del tubo. A su vez el tubo puede ser una combinación de perfiles tipo "UPN" o de angulares "L" (2.1) o de angulares "LD", y/o incluso de pletinas (2.2) verticales, soldados entre ellos por pequeños tramos de soldadura (16) cada cierta distancia. Por último los collarines pueden estar constituidos por pletinas (17) soldadas entre sí, y soldadas también al propio pilar.

Así pues y con todo lo dicho, no alteran la esencialidad de esta invención variaciones en materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos componentes del sistema, descritos en esta memoria de manera orientativa y no excluyente de otros medios equivalentes, y bastando ésta descripción para que un experto pueda proceder a la reproducción de la invención.

Claims (5)

1. Pilar mixto para la edificación, del tipo que está formado por un tubo de acero exterior de pared delgada y un núcleo central de hormigón, caracterizado porque comprende;

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dos collarines metálicos (3 y 4) soldados por el exterior del tubo metálico (2) uno en la base del pilar y otro en la cabeza estando constituidos por perfiles tipo angular, pletinas (17) o palastros (14) que reparten parte de la carga que baja por el tubo metálico al hormigón perimetral del nudo estructural (12) para volver a recoger dicha carga en el collarín de cabeza (3) del pilar inferior,

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unas barras cortas (5 ó 6) de acero corrugado soldadas con cordón (13) al interior de cada tubo metálico, unas en la cabeza y otras en la base de cada pilar, y que atraviesan con su carga el nudo (12) recibiendo o entregando la otra parte de la carga que baja por el tubo exterior (2) y que no recogieron los collarines anteriores,

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una unión entre pilares (1) de plantas consecutivas y el nudo estructural a través del solape (10) de las barras corrugadas (5 ó 6) anteriores, realizado en el seno del hormigón interior (7) de los pilares o bien en el nudo (12), de manera que dicho solape (10) se localiza en el interior de la base del pilar superior, en el propio canto del forjado o en el interior de la cabeza del pilar inferior.

2. Pilar mixto para la edificación, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el tubo estructural metálico exterior (2) está constituido por perfiles tipo angular (2.1) y/o pletinas (2.2), o incluso UPN, soldados todos entre sí por cordones de soldadura (16) cada cierta distancia o de forma continua.

3. Pilar mixto para la edificación, según reivindicaciones 1ª ó 2ª, caracterizado porque bien el collarín (4) de la base del pilar o el collarín (3) de la cabeza del pilar es sustituido por un palastro horizontal metálico (14) de gran espesor con los aceros corrugados soldados "a tope" (13) en el palastro y enfrentados verticalmente con las paredes del tubo metálico (2) del pilar, pudiendo tener el palastro un taladro central (15).

4. Pilar mixto para la edificación, según reivindicaciones 1ª ó 2ª ó 3ª, caracterizado porque se fabrican dos pilares unidos entre sí soldando (13) las barras corrugadas (5) del pilar inferior a la base del pilar superior en ambos casos por el interior de los tubos metálicos, o en el caso de utilizar dos palastros horizontales (14) como collarines, soldando "a tope" (13) los aceros corrugados (5) a dichos palastros.

5. Pilar mixto para la edificación, según al menos una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el pilar mixto incorpora aceros corrugados interiores extras longitudinales de arriba a abajo y solapados en la base o en la cabeza del pilar o en el canto del forjado, pudiendo estar sueltas o soldadas dichas barras corrugadas al tubo metálico exterior, e incorporar o no estribos interiores.