5 Bases de Soporte

I.E.S. JUAN DE LA CIERVACFGM SOLDADURA Y CALDERERIA 2010/2011

MÓDULO: MONTAJE

5. BASES DE SOPORTES

BASES DE SOPORTES

INTRODUCCIÓN.

Las “bases” son elementos estructurales que tienen como objeto hacer que la transición del acero al hormigón (o eventualmente a la fábrica de ladrillo) se realice sin que en ningún punto se sobrepasen las tensiones admisibles en estos materiales.

El material que constituye el cimiento (casi siempre hormigón) es menos resistente que el acero, por lo que la base debe ampliar la sección del soporte de acero hasta conseguir una superficie adecuada de contacto con el hormigón o material de que se trate.

La base debe poseer una rigidez suficiente para que la transmisión de esfuerzos sea lo mas uniforme posible.

La base debe estar sujeta al cimiento mediante unos pernos de anclaje que quedan embebidos en el hormigón, y que al fraguar y endurecer este trabajan por adherencia.

Los elementos que constituyen una base del tipo generalmente utilizado en edificación son:

- Placa de base o de reparto.- Cartelas de rigidez.- Pernos de anclaje.

En la perspectiva siguiente se muestran estos elementos.

1 J.A.L. MODULO: MONTAJE 2010/2011


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FORMA DE TRABAJO DE LAS BASES

Salvo en el caso excepcional de que el pie del soporte sea articulado, los soportes se considerarán empotrados en la cimentación, lo que hace que la base deba prepararse para resistir los siguientes esfuerzos:

1. Esfuerzo axil de compresión (menos frecuente el de tracción).2. Momento flector según un eje principal de inercia, o según los dos ejes.3. Esfuerzo cortante según uno de los dos ejes.4. Mas raramente un momento torsor.

DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS DE UNA BASE.

Las tensiones admisibles en el acero son mucho mayores que las admisibles en el hormigón, y por eso, en las bases de los pilares, las fuertes fuerzas concentradas en sus delgadas paredes deben repartirse en una superficie mayor, a fin de no sobrepasar la tensión admisible en el hormigón, en la zona de las concentraciones. Para ello, en el extremo inferior de los pilares se pone una PLACA DE ASIENTO, también denominada placa base, placa de reparto o placa de anclaje, tal como se detalla en el dibujo siguiente.



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a) La presión sobre el hormigón bajo la placa de asiento de acero es menor en el borde y crece debajo del soporte hasta un máximo.

b) Para el cálculo estático se supone, en general, que la presión sobre el hormigón bajo la placa de asiento esté uniformemente repartida.

Problema de deformabilidad de la placa:

En la placa de asiento se producen esfuerzos de flexión. Por lo tanto, debe tener espesor suficiente para resistir dichos esfuerzos, o bien debe llevar los nervios, denominados cartelas de rigidización.

Cuando la tensión admisible sobre el hormigón sea tal que el espesor de placa necesario sea muy grande, la base puede resultar antieconómica, también puede llegar a ocurrir esto mismo cuando el fuste del soporte tenga una gran masa de acero concentrada en poco espacio. Entonces es conveniente disponer de rigidizadores.

Según sean las dimensiones a, b, c, y d, podrán ser necesarios también rigidizadores en la otra dirección o no.

Puede ocurrir que los trozos de chapa entre los rigidizadores y entre las esquinas se deformen, como se indica en la figura siguiente, lo que indicará que la chapa todavía no tiene suficiente rigidez



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En estos casos suele colocarse un reborde, como se indica en la misma figura, constituyendo uno de los tipos más corrientes de bases.

Placa de base.

Las placas de base se confeccionan a partir de chapas, cuyos espesores suelen ser de 18-20-22 mm., pudiendo utilizarse espesores mayores o menores, en función de las cargas, momentos, y esfuerzos que le lleguen a la placa.



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Pernos de anclaje.

Un empotramiento, además de la carga vertical, tiene que resistir un momento flector.

Puede ocurrir que el momento flector sea pequeño respecto a la carga vertical, o que sea grande.

Cuando el momento flector es grande, en el borde de la placa de asiento se producen esfuerzos de tracción que deben ser absorbidos por los pernos de anclaje, tal como se muestran en la siguiente figura.

Es imprescindible hacer constar que la instrucción EAE prohíbe terminantemente la unión soldada entre pernos y placa de anclaje, cuando los pernos acaban en patilla y es precisamente esa patilla la que se suelda a la placa. Pese a ello, con el fin de que el concepto de “pernos de anclaje” quede entendido, se deja dicha figura, tal como esta detallada en el siguiente dibujo.



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Cuando el canto del cimiento no es suficiente para albergar el conjunto de pernos, o bien tiene que soportar ligeras tracciones, se colocan anclados a elementos embebidos en el macizo, como vemos en las dos figuras siguientes.

En las obras de construcción se utilizan pernos unidos a la placa metálica. Es muy importante que todo el conjunto sea capaz de soportar los esfuerzos que puedan llegarle. Por ello la chapa metálica debe ser de suficiente espesor y dimensión, los pernos deben ser de suficiente diámetro y longitud, finalmente el sistema de unión entre ambos debe ser el adecuado: una soldadura correcta o bien una unión atornillada bien ejecutada.

En los dibujos siguientes vemos una unión atornillada entre placa de anclaje y pernos, con tuercas niveladoras en la parte inferior y con tuerca de fijación en la parte superior. En la parte superior en lugar de una sola tuerca, pueden colocarse dos: tuerca y contratuerca.



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En las figuras siguientes se ven diferentes formas de efectuar la unión soldada de pernos a la placa de anclaje:

- Soldadura directa: pernos rectos y pernos con patilla. - Pernos rectos soldados directamente a la placa, auxiliados con angulares

metálicos soldados a perno y placa, para aumentar la longitud de soldadura.- Pernos rectos que atraviesan la placa de anclaje, con soldadura por la cara

inferior y por la posterior.- Pernos con mayor sección, tipo angular, cuadradillo, etc. Soldados

directamente a la placa.- Pernos del mismo tipo del apartado anterior, en cuya unión con la placa se

utilizan angulares metálicos para aumentar la longitud de la soldadura.

FORMAS DE EFECTUAR LA UNIÓN SOLDADA DE LOS PERNOS A LA PLACA.



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En las dos figuras siguientes se detalla la unión del perno con la placa de anclaje, atornillada o soldada, con las recomendaciones generales de tipos de acero, doblados, longitudes, soldadura, atornillado, etc. Siendo la longitud mínima recomendable del perno 80 cm.

DETALLE DE LA UNIÓN DEL PERNO DE ANCLAJE CON LA PLACA



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DETALLE DE LA UNIÓN DEL PERNO DE ANCLAJE CON LA PLACA

En función de la carga y esfuerzos que lleguen a la base del pilar y del espesor de la placa de anclaje, la unión puede efectuarse: sin cartelas, con cartelas de rigidización en una dirección y con cartelas de rigidización en dos direcciones, tal como se refleja en los siguientes detalles:



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En función del grado de empotramiento del pilar con la placa de cimentación, existen las tres tipologías que se muestran en las figuras siguientes:

Unión articulada, cuando solo se suelda total o parcialmente el contorno del pilar, sin cartelas.

Unión semi-rígida, cuando aparte del contorno del pilar, se sueldan cartelas en los laterales del pilar.

Unión rígida, en los casos en que además se sueldan cartelas en las esquinas del pilar.



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DISPOSICIONES Y RECOMENDACIONES GENERALES DE LAS BASES.

Las bases de los soportes podrán ser simples o dobles, ya que el soporte puede soldarse directamente sobre la base existente o bien tener en su extremo inferior otra placa soldada. Lo habitual es utilizar bases simples, que podrán disponerse con o sin cartelas, según sean sus dimensiones, espesor y carga que soportan.

En las cuatro perspectivas siguientes vemos algunas disposiciones de las cartelas de rigidización.



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La máxima dimensión de la placa de base, así como la situación de los pernos de anclaje, siempre se colocarán en sentido de la máxima inercia del pilar, por ser éste el sentido en el que le vienen las máximas cargas y momentos.

CONSTRUCCIÓN Y MONTAJE DE UNA BASE DE PILAR.

La construcción de una base de pilar se puede efectuar, fundamentalmente, de tres formas diferentes:

a) Con placa simpleb) Con placa doble atornilladac) Con placa doble soldada

En cualquier caso es fundamental que la superficie del hormigón o mortero sobre la que se apoya la estructura metálica esté perfectamente nivelada.

A continuación vamos a analizar los tres sistemas de construcción de bases de pilar.

a) Con placa simple : con el sistema de placa simple, el proceso se realiza de la siguiente forma:

1. Se hormigona la zapata o muro dejando embebida en ella los pernos de anclaje, con la ayuda de una plantilla

2. Se colocan las tuercas de nivelado, de la parte inferior de la placa, con objeto de tener una base perfectamente horizontal

3. Se monta sobre ellos el pilar, que ya tiene su placa de base soldada4. Una vez fraguado el mortero, se colocan las tuercas y contratuercas5. Se inmoviliza la unión mediante picado de la tuerca o mediante soldadura



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El sistema de placa simple más utilizado es el de pernos soldados; es decir que las placas llegan a obra con los pernos soldados. Una vez hormigonada la zapata, la placa metálica debe quedar embebida en el hormigón del cimiento, enrasados por su cara superior. Para evitar que debajo de la placa queden coqueras, a ésta se le hace un orificio central para que por él expulse el aire y fluya el hormigón. Posteriormente, para evitar que queden coqueras debajo de la placa puede añadirse lechada de cemento, por el mencionado orificio de la placa.



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b) Con placa doble atornillada : el sistema de placa doble utiliza más material, pero es más cómoda su colocación.

La operación se realiza de la siguiente forma:1. Se hormigona la zapata o muro, dejando embebida en ella los pernos de

anclaje, con sus extremos preparados con rosca.2. Se nivela mediante un mortero rico la parte superior de la zapata3. Se coloca una primera placa de asiento, regularizando la posición de los

pernos sujetándolos en su posición con soldadura4. Se monta el pilar, con su placa de base taladrada, sobre la primera placa de

asiento, haciendo coincidir los taladros, para poderlas atornillar5. Se colocan la tuerca y contratuerca6. Se inmoviliza la unión mediante picado y soldado

c) Con placa doble soldada: se utiliza únicamente para pilares de tamaño medio o pequeño, sometidos a compresión simple, compresión compuesta o flexo-compresión de poca excentricidad.

La operación se realiza de la siguiente forma:



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1. Se hormigona el macizo de cimentación dejando embebidos en él los pernos de anclaje

2. Se nivela mediante un fratasado de mortero rico la parte superior de la zapata

3. Se coloca la primera placa de asiento y se sueldan los pernos, que la atraviesa, en su perímetro

4. Se corta el exceso de pernos que sobresale por la parte superior de la placa5. Se monta el pilar con su base, soldando ésta a la placa de anclaje sujeta a la

cimentación

Puede resultar más práctico y cómodo, que la primera placa de anclaje llegue a obra totalmente montada, con sus pernos soldados. Y sobre ella, posteriormente, se suelda el pilar con su base.

Con cualquiera de los sistemas de placa de anclaje que utilicemos, debemos tener en cuenta (al igual que vimos en estructuras de hormigón armado) que la zapata lleva su correspondiente parrilla, y vigas centradoras o zunchos de arriostramiento, tal como se detalla en el dibujo siguiente.



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Si los pernos de anclaje tienen suficiente longitud para apoyar sobre la parrilla de cimentación, no es necesario colocarle armadura de espera o enanos a los pilares, que enlacen la parrilla con los pernos. En caso contrario sí que conviene colocarlos, para enlazar parrilla y pernos de anclaje.

TIPOLOGÍA DE BASES DE SOPORTES

Según sea la forma de trabajo del soporte, así como las cargas y momentos que puedan llegar e a su base, éstas se clasifican en los siguientes tipos:

- Bases de soportes en compresión- Bases de soportes en tracción- Bases de soportes en flexión- Bases de soportes articuladas

Bases de soportes en compresión

Según sea el material sobre el que descanse un soporte, es decir, según sea su tensión admisible, las dimensiones de la placa de base serán distintas, ya que cuanto más resistente sea dicho material, menor dimensión podrá tener la mencionada base.



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En este tipo de bases, la placa metálica está sometida a una carga concentrada por la cara superior (soporte), y a otras tensiones uniformemente repartidas por su cara inferior (hormigón). Debemos procurar que la placa no tenga deformabilidad en su zona central, con el fin de evitar que lleguen tensiones diferentes al macizo de hormigón existente en la parte inferior de la placa. Al principio de este tema ya vimos la forma de rigidizar la placa para evitar deformaciones.

En función de la carga que le llega a las bases, éstas se clasifican en tres grupos: bases a compresión para cargas pequeñas, para cargas medianas y para cargas grandes.



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Cuando se trate de grandes compresiones y sea necesaria una mayor superficie de apoyo, puede adoptarse una disposición como la que se especifica a continuación, en la que mediante perfiles metálicos UPN soldados a la placa y al pilar se realiza una distribución de cargas sobre una superficie mayor.



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Bases de soportes en tracción

Con relativa frecuencia se presenta el caso de tener que anclar un soporte que está sometido permanentemente o eventualmente a un esfuerzo de tracción. En estos casos es necesario buscar un sistema de anclaje que transmita dicha tracción a la zapata de cimentación.

En las figuras siguientes se realiza este anclaje por adherencia entre el acero y el hormigón, utilizando pilares empresillados. También puede aumentarse dicha adherencia, para tener un mayor coeficiente de seguridad soldando a la porción de fuste que se introduce en el hormigo unos perfiles transversales (en una o en dos direcciones) a modo de conectores, los cuales pueden ser: angulares, perfiles UPN, redondos, etc. soldados al pilar metálico.

Cuando las tracciones sean muy importantes, es imprescindible comprobar que el macizo de cimentación, con sus arriostramientos, es capaz de soportar dichas tracciones.



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Bases de soportes en flexión

La base de un soporte flexado, que normalmente también está sometido a compresión, puede estudiarse como una sección de hormigón armado que tuviera la misma forma que la planta de la base del soporte.

Suele interesar alargar este tipo de bases en la dirección del momento para aumentar el brazo mecánico, reduciendo así los esfuerzos de anclaje y, consiguientemente, los redondos o elementos de tracción, como puede verse en la figura siguiente.



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En las dos figuras siguientes se representan algunos de los tipos más comunes de bases de soportes en flexión. Cuando las tracciones sean importantes se colocarán mayor número de pernos y de mayor resistencia.



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Cuando por alguna razón la profundidad del macizo de cimentación no sea suficiente para poder anclar por adherencia los pernos para las tracciones, se recurre a disponer de unos perfiles cruzados en el fondo de la zapata, soldados a los pernos de anclaje, como podemos observar en la siguiente figura.



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Especialmente en este tipo de base a flexión, es muy importante que, tanto la mayor dimensión de la placa como el máximo número de pernos de anclaje, estén colocados en el sentido de la máxima inercia del pilar, que coincidirá con la dirección de las máximas flexiones.

Bases de soportes articulados

Cuando nos interese que en la base del pilar exista una cierta movilidad o articulación, la unión del mismo con la placa de base la efectuaremos de cualquiera de los sistemas que se detallan a continuación.



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