¿En qué influye agrupar o desagrupar los elementos 'pantalla' en los forjados de un modelo de edificio?

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La influencia del modo en el que se modelizan los núcleos de los edificios es mínima en los resultados que se obtienen en los forjados. Presentamos a continuación un pequeño análisis donde se comprueba que, efectivamente, esto es así. 

Los elementos 'muro', existentes en el módulo de losa aislada, son denominados como 'pantalla' en el módulo de edificios.

Cuando se introduce un modelo 'losa', los muros son introducidos como lados de un polígono. Un muro consiste en uno o más segmentos del mismo. Mientras que la subdivisión de los muros en segmentos para la introducción de la losa se lleva a cabo de acuerdo con criterios de eficiencia de los datos introducidos y sin influencia en el análisis del modelo, para el modo de actuación de los muros en el modelo de edificio se necesita más información. En el modelo de edificio estos elementos reciben el nombre de pantalla y son descritos de la siguiente forma:

• Una pantalla consiste en uno o mas segmentos de muro. El usuario determina cuáles se agruparán en una pantalla y cuáles no. Una pantalla puede definirse a partir de segmentos de muro pertenecientes a diferentes polígonos.
• Por defecto, todos los segmentos de muro son pantallas.

El modo en el que agrupar o desagrupar elementos pantalla afecta a los modelos radica en la rigidez frente a acciones horizontales. Influirá tanto en el dimensionamiento de los propios elementos verticales como el el dimensionamiento de las losas en las zonas de conexión con los mismos.

Vamos a considerar el siguiente ejemplo:

Se trata de una losa que constituye la planta tipo del siguiente edificio:

En el edificio existe un núcleo de comunicaciones que se presenta en la losa como un muro poligonal:

Se va a analizar el comportamiento de la losa en base a agrupar los tres segmentos que componen el núcleo o a considerarlos independientes.

• DEFORMACIONES POR CARGAS GRAVITACIONALES

Si se atiende al comportamiento de la losa en cuanto a las deformaciones debidas a cargas gravitacionales se obtienen los siguientes resultados:

A) ELEMENTOS AGRUPADOS

B) ELEMENTOS DESAGRUPADOS

Se observa que la forma de considerar los elementos del núcleo no influye en las deformaciones verticales de la losa, puesto que la rigidez del mismo aumenta frente a acciones horizontales si se consideran los elementos agrupados. 

• DEFORMACIONES EN EL PLANO DE LA LOSA POR CARGAS HORIZONTALES DE VIENTO

A) ELEMENTOS AGRUPADOS

B) ELEMENTOS DESAGRUPADOS

En este caso, al contrario en el apartado anterior, se observa de una forma clara una influencia de la rigidez del conjunto que conforma el núcleo. Las lineas de nivel se juntan alrededor de la zona más rígida que existe en el primer caso donde se han agrupado los elementos. 

• TENSIONES EN EL PLANO DE LA LOSA POR CARGAS HORIZONTALES DE VIENTO

A) ELEMENTOS AGRUPADOS

B) ELEMENTOS DESAGRUPADOS

Atendiendo al análisis de las tensiones en el plano de la losa es donde más se identifica el efecto de la agrupación de los elementos del núcleo. En el primer caso se observa una concentración de compresiones en la parte izquierda del conjunto y una tracciones en la derecha con un límite claro en forma lineal aproximadamente en el centro de gravedad de la "U". En el segundo caso las concentraciones de tensiones se identifican en zonas puntuales justo en los extremos de los elementos dispuestos en dirección horizontal según la figura, esto se debe a que para la acción que se analiza (viento horizontal de izquierda a derecha) estos segmentos son más rígidos que el segmento vertical. Este comportamiento es el mismo que se observa el las pantallas situadas en los bordes de la losa, donde vemos que las pantallas de los bordes que presentan rigidez frente a este viento son la superior e inferior.

• ARMADURA DE POSITIVOS DE LA LOSA (DIRECCIÓN HORIZONTAL)

A) ELEMENTOS AGRUPADOS

B) ELEMENTOS DESAGRUPADOS

Si se analizan los resultados de la cuantía de armadura obtenida en las zonas de momentos positivos de la losa (armadura de refuerzo inferior) en sentido horizontal, se observan unos valores menores en el caso en que se tienen los elementos del núcleo agrupados. La mayor rigidez del núcleo hará que se produzca una redistribución de los momentos, reduciéndose los momentos positivos e incrementándose los negativos justo en la pantalla. Esto se debe a que habrá una migración de la carga de la losa a las pantallas o, dicho de otra forma, "las pantallas agrupadas tirarán más de la losa" por su mayor rigidez.

 ARMADURA SUPERIOR DE CONEXIÓN LOSA-PANTALLAS (DIRECCIÓN HORIZONTAL)

A) ELEMENTOS AGRUPADOS

B) ELEMENTOS DESAGRUPADOS

En relación a lo comentado en el apartado anterior, la rigidez del núcleo influirá en la armadura que corresponde a la conexión para el momento negativo que existirá en las zonas adyacentes a las pantallas del núcleo. El tener un grupo de elementos más rígido hace que la carga de la losa migre hacia el mismo y que, por lo tanto, se reduzca la cuantía de armadura de momentos positivos en detrimento de esta armadura de conexión por negativos.

En este artículo se ha evaluado únicamente qué efecto genera agrupar o desagrupar pantallas sobre el comportamiento de las losas. Es importante tener en cuenta que un edificio se comporta como un "todo" y que "los elementos de hormigón se comportan como se arman", lo cual quiere decir que si agrupamos los elementos generando un conjunto más rígido descargaremos los elementos que constituyen el forjado, pero ese elemento rígido habrá que armarlo en consecuencia. En conclusión, habrá que dimensionar el núcleo como una sección completa en "U" con los esfuerzos correspondientes y no cada elemento que lo compone de forma independiente.

Para mayor información sobre el dimensionamiento de núcleos de edificios en función de cómo se modelicen puede leerse el artículo de referencia pinchando aquí.