IV. Técnica de refuerzo de pilares

Refuerzo de un pilar existente de fundición con un empresillado de acero

Los pilares de fundición se utilizaban a principios del siglo XIX para suplementar los elementos de carga tradicionales de madera, demasiado vulnerables a los ataques de la humedad en la base. El alma hueca o llena de diámetro reducido ofrecía una importante reducción de las dimensiones en comparación a la solución de mampostería, y también una velocidad de ejecución incomparable. La venta por catálogo de estos productos fabricados en serie por parte de fundiciones hace que vuelvan a estar disponibles estos pilares que soportan tanto estructuras de forjados de hierro como estructuras de forjado de madera.

Pierre Engel para www.constructalia.com

La modificación del uso de los edificios equipados con este tipo de pilares y el incremento de las cargas resultantes, exigen a menudo el refuerzo de los elementos de carga. Las ilustraciones muestran el principio del corsé metálico de dos medias U utilizadas para reforzar la sección del pilar. Debido a problemas de compatibilidad metalúrgica evidentes, la soldadura de los refuerzos sobre los pilares de fundición no es posible, por tanto se unen en la periferia dos U con presillas soldadas transversalmente.

El refuerzo modifica la esbeltez de la columna de fundición y aumenta la resistencia a la compresión. Según como sea la fijación del empresillado a la cabeza y a la base del pilar, el conjunto nuevo puede transmitir todos o parte de los esfuerzos de compresión aplicados a la estructura después de su colocación. La colocación del corsé metálico también ofrece la posibilidad de conectar vigas mediante una brida soldada sobre el alma de la U formando un nudo exclusivamente articulado.

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Refuerzo de los pilares metálicos existentes

1. Pilar original de acero o hierro 2. Bisagras. 3. Acceso al interior del pilar. 4. Refuerzos metálicos. 5. Perno de anclaje de fijación de los refuerzos. 6. Soldadura de los refuerzos. 7. Descenso del agua pluvial NB: A pesar de que la filosofía es la misma, el refuerzo de los pilares remachados de las construcciones es particular para cada caso.

Los pilares metálicos a reforzar, en ocasiones de fundición, pueden ser también de chapas de hierro remachadas como en el caso de las construcciones del siglo XIX. Incluso, desde comienzos del siglo XX, de perfiles de acero laminados o formados a base de chapas gruesas soldadas. El refuerzo de un pilar metálico puede ser necesario cuando se presenta una corrosión grave, pero el caso más frecuente es el del incremento considerable de carga o, como consecuencia de modificaciones de la estructura, un incremento de la esbeltez. Se trata por ejemplo del caso de un pilar inicialmente mantenido por viguetas en el plano de pandeo más débil y que se quitan después de la creación de una abertura.

El ejemplo detallado de la figura a) muestra un refuerzo de un pilar de la estructura del Casino de Monte Carlo llevado a cabo durante su renovación por el arquitecto jefe de monumentos históricos Alain Charles Perrault.

El ejemplo b) muestra algunas hipótesis de refuerzo de un pilar en I o H mediante anexión de placas de refuerzo o de perfiles soldados o bulonados. 

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Refuerzo y consolidación de los pilares de hormigón armado

La creación de un nivel doble mediante supresión de una parte del forjado de una estructura de hormigón armado presenta el problema de la resistencia de los pilares cuya longitud de pandeo se dobla debido a la desaparición de la losa. Si bien la reducción de cargas sobre el pilar por la supresión del forjado es un elemento favorable, no siempre es suficiente para compensar la esbeltez duplicada. Los diseñadores deben, en ese caso, reforzar el pilar para incrementar su radio de giro y respetar de este modo el nuevo estado estático de la construcción. Este nuevo estado también puede deberse a un incremento considerable de las cargas, debido a un simple cambio del uso del edificio.

Con mucha frecuencia, la solución de « cebado » de la columna existente por encofrado de una armadura complementaria no es adecuada. Por una parte, incrementa las dimensiones de columnas cuyas secciones son ya considerables, por otra parte, es complicada de llevar a cabo. El refuerzo mediante perfiles o placas de acero es económico y simple de llevar a cabo. Los elementos de refuerzo se llevan a la obra por tramos transportables a mano y se ensamblan en seco por bulonado, soldadura o encolado. ¡Es conveniente, en la medida de lo posible, no mezclar los métodos de fijación sin considerar las posibles consecuencias!

En el caso que se desee reducir la sección del pilar al mínimo, se puede apuntalar la estructura, quitar el pilar de hormigón armado y sustituirlo por una sección compacta,  tipo HEM, o simplemente por una columna de alma llena de acero de sección cuadrada o redonda como se muestra en la ficha siguiente.

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Consolidación de viga y losa mediante pilares metálicos

Los pilares metálicos de secciones I y H, de sección tubular y en ocasiones de alma llena son muy apreciados en la rehabilitación como elementos de apeo temporal o permanente de estructuras de piedra o de hormigón armado. Los pilares son fáciles de colocar y se fabrican al milímetro, tras tomar las medidas exactas en el edificio. Gracias al módulo de resistencia elevado del acero, estos pilares pueden tener una sección reducida y una gran esbeltez. Son discretos y fáciles de alojar y contribuyen así a maximizar el espacio disponible y a mejorar la estética arquitectural de las construcciones renovadas.

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Precisiones técnicas y detalles de consolidación con pilares metálicos

Las bases de los pilares de apeo son normalmente articuladas para no transmitir momentos parásitos a la losa. Conviene en cualquier caso comprobar la resistencia al punzonamiento de la losa y, en caso de que sea necesario, repartir el esfuerzo o prever un bloque macizo de cimentación. Las cabezas de los pilares se diseñan en función de la estructura a soportar, una placa fijada por clavijas con superficie suficiente para losa o un dispositivo de unión para una viga de hormigón. En determinados casos, cuando los esfuerzos de compresión son importantes, es necesario prever dispositivos de apoyo especiales para transmitir la carga y dos articulaciones que se materializan mediante un sistema de ensamblaje que garantiza por si sólo la transmisión de cargas sin transmisión de momentos perjudiciales.

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Refuerzos y consolidación de monumentos históricos

Los edificios de patrimonio cultural a menudo están sujetos a cambios estructurales debidos al estrago que provoca el paso del tiempo. Los problemas de consolidación de estas construcciones son múltiples. Por una parte, las operaciones de apoyo deben garantizar una nueva integridad estructural, por otra parte, deben respectar escrupulosamente los monumentos y ser lo más discretas posibles. Deben ser capaces de soportar el paso del tiempo y evitar los daños debidos a la corrosión. Esta función de apoyo se logra mediante construcciones adecuadas de acero que se pintan y/o galvanizan o incluso se fabrican de acero inoxidable. El módulo de resistencia del acero, su atractivo coste y su gran ligereza de fabricación ofrecen muchas posibilidades a los restauradores y arqueólogos encargados de consolidar las construcciones.

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Consolidación de apoyos de ladrillo o de piedra de cerchas metálicas del siglo XIX

Las cerchas metálicas de grandes vanos, combinadas con elementos de carga tradicionales de piedra o ladrillo, se usaron ampliamente en el siglo XIX como sustitución de las estructuras de madera menos eficaces. Con el paso del tiempo, los apoyos de mampostería, sufren daños causados por las transmisiones de cargas indirectas de las cerchas que generan reacciones más elevadas. Construida por Pétrus Berlage hacia 1898, la Bolsa de Amsterdam ha sufrido este tipo de daños en los pilares de los tragaluces del patio central. Las estructuras han sido reforzadas mediante la aplicación de un corsé metálico destinado a transmitir directamente los esfuerzos verticales en los pilares de ladrillo. Las estructuras evitan así los esfuerzos parásitos y corrigen la transmisión de las cargas. Pierre Engel para www.constructalia.com

Eliminación de pilares de fachada para alargar el vano y aumentar la transparencia

Construida en Neuilly/Seine hacia 1960, la antigua sede social del grupo PSA fue objeto de una renovación en 2003 por parte de los arquitectos Valode y Pistre para el fondo de pensiones Whitehall. Aparte de añadir 9000 m² y la adaptación a las normas en vigor de los 35 000 m² ya existentes, el objetivo de la renovación fue crear superficie libre de pilares para agregar vastas áreas que se pudieran acondicionar libremente. La obra requirió la eliminación de 2400 pilares metálicos y el desplazamiento de otros 1200 para permitir la creación de estas superficies diáfanas. Como ejemplo de esta obra, la reestructuración de las fachadas y la eliminación de pilares del edificio principal consistió en eliminar cuatro de cada cinco pilares y aumentar la anchura del forjado en 600 mm para poner un muro cortina. Cada pilar de fachada conservado (espaciado de 7 metros) se reforzó mediante anexión de elementos longitudinales. Los pilares existentes eliminados se remplazaron por una viga cajón continua armada que se apoyaba sobre perfiles en T. Estos últimos estaban invertidos, soldados entre los pilares conservados. Según el principio de “grapas”, se soldaron perfiles bajo los perfiles formados por soldadura y permitían soportar el forjado existente. La colocación de perfiles en ménsula posibilitó el incremento de anchura. Pierre Engel para www.constructalia.com

Refuerzo de un pilar mediante un relleno de acero

La mayor parte de las columnas de fundición son huecas con fustes más o menos trabajados. Las columnas de los almacenes eran simplemente cilíndricas, mientras que las de los edificios más nobles incluían molduras en forma de toros, o incluso estaban esculpidas. Cuando se desea conservar el patrimonio estético, una posible solución consiste en equipar la columna con un relleno de acero en forma de barras de alma llena, redonda o cuadrada. La ejecución de esta transformación requiere el desmontaje de la columna y la transformación, tal como se muestra más arriba. La capacidad de carga de la nueva columna está limitada a la capacidad de carga de la barra de acero introducida en el fuste.

La composición puede ser de acero con límite elástico muy elevado para aumentar la carga crítica del pilar. Cuando no se logra de este modo una capacidad de carga suficiente, el diseñador no tiene otra opción que sustituir la columna original por una compuesta por una barra de acero de alma llena o por un tubo de pared gruesa y de sección suficiente sobre el que se pueden hacer soldar toros o añadir elementos de fundición fabricados específicamente.

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