Analizaremos los dos elementos que “compiten” en CYPECAD, Pantallas y Muros de edificación.
Pantallas:
Están pensadas para ser lo que realmente indica su nombre: soportes verticales de forma cualquiera que han de resistir, como razón principal de su diseño, acciones verticales y fundamentalmente acciones horizontales. En la terminología inglesa “shear wall”, muros de cortante o núcleos rígidos.
No cabe duda de que cumplirán su función si se diseñan y predimensionan adecuadamente, siempre que la distribución arquitectónica lo permita.
Premisas de diseño para pantallas en CYPECAD:
- En planta es una figura formada por segmentos o tramos rectos que se unen en sus vértices. Podemos crear cualquier forma siempre que sea un conjunto de segmentos interconectados, tanto si forman una poligonal abierta como cerrada.
- La forma en planta es constante en toda su altura. No puede desaparecer un lado, ni siquiera para convertirse en un pilar apeado.
- No puede solaparse con otro soporte, ya sea pilar o muro.
- El espesor de los lados puede disminuir en cada planta a lo largo de toda su altura.
- No permite huecos. Si pretendemos ponerle puertas no es posible, sólo podrán unirse sus extremos por los elementos del forjado horizontal a nivel de cada planta, como por ejemplo una viga.
Discretización realizada en pantallas por CYPECAD:
- Se trata de un modelo compuesto por elementos finitos de lámina gruesa triangulares con seis nodos (tres vértices más tres puntos medios de los lados) y seis grados de libertad por nodo. Los triángulos son siempre regulares e iguales en cada planta.
- En el encuentro con la planta se genera una barra, cuyo ancho es igual al del lado de la pantalla, y cuyo canto es de 20cm como mínimo o el canto de la losa que le toca.
Esa barra tiene como nudos los de los triángulos que le tocan, y los de las barras que le llegan del forjado, siendo esta barra la que conecta los elementos verticales con los horizontales, lógicamente transmitiendo los esfuerzos por flexión y torsión entre ambos. Si es la última obra calculada, es interesante pasar a la pestaña Resultados (opción Envolventes>Modelo 3D), ver la forma de la discretización en triángulos y consultar sus propiedades geométricas y mecánicas.
Criterios de armado de CYPECAD para pantallas:
- Una pantalla es un elemento superficial sometido a los 6 esfuerzos correspondientes. Dispondrá de una armadura vertical y horizontal en cada cara que será constante en cada planta para que sea constructiva. Puede ser diferente en cada lado o tramo.
- Las armaduras se obtienen de unas tablas ordenadas secuencialmente. El programa comprueba la armadura con los esfuerzos existentes en cada nodo, de manera que se aumenta la misma hasta que cumplan todos los nodos de cada cara para cada posición de armadura.
- El cumplimiento de todos los nodos puede reducirse a un determinado % definido en las opciones del programa, mediante lo que hemos llamado “factor de cumplimiento” (Menú Obra > Datos generales > botón Por posición del apartado Acero para barras > botón Opciones de pilares > Factor de cumplimiento exigido en muros y pantallas).
Cada nodo tiene un área tributaria. Si el factor de cumplimiento es el 90% (valor normal por defecto), significa que el armado que coloca el programa cumple al menos para el 90% de la superficie de la cara donde está el armado. El resto de la superficie puede no cumplir alguna comprobación. En este caso se indica el porcentaje de cumplimiento. Por ejemplo, si el 95.6% cumple, queda un 4.4% que no cumple.
Si se selecciona la opción “Dimensionar” (pestaña de Entrada de pilares > menú desplegable Introducción > Pilares, pantallas y arranques) y se marca una pantalla, aparece un cuadro de diálogo donde se pueden ver los armados dispuestos en la pantalla y los nodos que no cumplen en color rojo.
Si se pulsa sobre el botón “Ver refuerzos” del diálogo mencionado, los nodos rojos cambian de color y pueden ser seleccionados, en cuyo caso, se muestra un listado en pantalla que indica cuál es el armado que no cumple (vertical u horizontal izquierdo o derecho, o transversal), el factor de cuantía de cada armado (relación entre la cuantía necesaria y la cuantía dispuesta) y una propuesta de armadura de refuerzo.
Comprobaciones que CYPECAD realiza en pantallas por tratarse de una lámina gruesa:
Para cada combinación de hipótesis se comprueba:
- Para el hormigón: Sus tensiones y deformaciones unitarias.
- Para el acero: Tensiones y deformaciones en cada posición de armadura dispuesta y en cada cara, ya sea horizontal o vertical.
Además, CYPECAD comprueba los límites que establece la norma seleccionada (diámetros mínimos y máximos, separaciones, cuantías, criterios y opciones de armado de CYPE Ingenieros, S.A. que se han implementado), e indica si no se cumple alguno de ellos.
En la pestaña Resultados > menú Envolventes > opción Esfuerzos pilares y pantallas, se pueden ver la discretización, los esfuerzos, los desplazamientos y las tensiones por hipótesis.
El programa obtiene también un listado (menú Archivo > Imprimir > Listados de la obra > Esfuerzos en pilares, pantallas y muros) donde figuran los esfuerzos por hipótesis de la resultante en cada planta aplicada en el centro geométrico de la pantalla, y las combinaciones pésimas (aquellas que no cumplen con el armado anterior de la tabla, pero cumplen con el último armado dispuesto finalmente).
En los planos de despiece de pilares y pantallas, se muestra el despiece de la armadura de cada pantalla en cada planta, con una sección transversal, su medición y resumen de medición.
Muros de edificación:
Nacen con el objetivo de tener en su diseño más flexibilidad que las pantallas.
Premisas de diseño para muros en CYPECAD:
- No necesitan conservar su forma en toda la altura, de hecho cada tramo o lado es independiente.
- Pueden atravesar otros soportes tales como pilares, y se permite que en cualquier planta nazcan pilares apeados en muros, o que un muro nazca apeado en varios pilares.
- Puede contener tierras con nivel freático a una determinada cota aplicando empujes al reposo horizontales en una cara o en ambas.
- El material no es sólo hormigón armado. Puede ser de fábrica genérica, en la que definimos sus características, o de bloque de hormigón. Si el material es bloque de hormigón, se aplicará la norma seleccionada (CTE o Eurocódigo 5) y, de modo opcional, puede armarse con armadura horizontal de tendel y armadura vertical, si fuese necesario comprobarlo como fábrica armada.
- Permite definir huecos en sus caras, como puertas o ventanas.
- Asociado al muro puede definir su cimentación mediante viga flotante o zapata corrida sin vinculación exterior.
Discretización realizada en muros por CYPECAD:
- Al igual que sucede en las pantallas, el modelo de discretización es por elementos finitos de lámina gruesa triangulares con seis nodos (tres vértices más tres puntos medios de los lados) y con seis grados de libertad por nodo. En contraposición con las pantallas, en los muros el mallado lo decide el propio programa, y se compone de triángulos irregulares de dimensión variable que refinan su malla para adaptarse a los nudos de sus bordes y a las irregularidades de la geometría. Por ejemplo, el programa hace coincidir los nudos de las barras de los forjados con los nodos de los triángulos del mallado. Esto es razón suficiente para que los resultados obtenidos por el programa sean distintos si se coloca un muro o una pantalla en la misma estructura, si bien serán similares.
- Dado que existe el diafragma rígido en los forjados, es claro que a nivel de planta los grados de libertad quedan restringidos, como también ocurre en pantallas, si bien aquí es importante destacarlo dado que si apeamos en dos pilares un muro (cosa que no se puede hacer con las pantallas), la viga de apeo a nivel de esa planta será dimensionada a flexión, pero no se dimensionará a esfuerzos axiles como tirante inferior de tracción, caso que puede darse cuando metemos muros que trabajen como viga-pared o viga de gran canto.
Criterios de armado y comprobaciones de CYPECAD en los muros de edificación:
- Tanto en muros como en pantallas no debe perderse de vista que estamos armando una lámina gruesa con armadura uniforme en ambas caras, no puedo concentrar armadura de forma arbitraria, ya sea en los extremos o en las esquinas de encuentro con otros lados. Esto puede suponer un incremento de cuantía si se compara con otras soluciones manuales en las que se concentra armadura vertical en esos puntos o zonas de borde donde se sabe positivamente que son más necesarias.
Para los muros puede mejorarse esta situación en algunos casos colocando pilares en esquinas y extremos y cuyos lados tengan dimensiones iguales al espesor de los lados del muro. Esto no es posible con pantallas.
En estos casos, el programa da, por una parte, el armado de los lados del muro con sus alzados; y, por otra, el de los pilares en el cuadro de pilares. Por tanto, conviene completar manualmente los planos del muro mediante detalles de la sección por planta que incluyan el armado de los pilares embebidos en el muro para ofrecer un ferrallado conjunto. - El dimensionamiento de secciones es el mismo que el de las pantallas. La única diferencia es que se consultan con la opción “Editar muros” del menú Vigas / muros (pestaña Resultados).
- En la memoria de cálculo del programa se describen casos habituales, y las consideraciones y limitaciones a tener en cuenta para hacer un buen uso de CYPECAD de acuerdo con el modelo empleado.
Por ejemplo, si se activa el empuje de tierras, se aplican las cuantías mínimas de armadura horizontal que fija la EHE o la norma correspondiente para muros, pues es de suponer que si tiene tierras es un muro de sótano. Si no se activa ese empuje, el programa aplica la mitad de dicha cuantía mínima, ya que debe de ser un muro con función de soporte, es decir, una pantalla.
Consideraciones a tener en cuenta en el empleo de pantallas y muros de edificación
No debemos olvidar que la inclusión de pantallas y muros en una estructura aumenta el tiempo de cálculo, debido al enorme incremento de grados de libertad que supone su discretización. Este incremento de tiempo es sustancialmente mayor en los muros que se encuentran con losas, reticulares o con plantas muy grandes; los que tienen muchos huecos de ventanas y puertas; o los que se ven afectados por pequeños desniveles en la misma planta; puesto que generan un mallado de discretización con triángulos muy pequeños.
Conviene recordar también que estamos haciendo un cálculo lineal en primer orden y que el modelo es una aproximación a la realidad, por lo que el grado de precisión, aunque suficiente, no puede ser grande y debemos aceptar las imperfecciones del modelo y del método. Por tanto, el hecho de ser excesivamente meticuloso con la geometría a introducir e incluir hasta el último detalle (quiebro, pequeño hueco, etc.), no va a dar mayor precisión a los resultados globales y locales.