Introducción

El esfuerzo de punzonamiento se produce en una pieza por tracciones debidas a tensiones tangenciales provocadas por una carga o reacción localizada en una superficie pequeña de un elemento bidireccional de hormigón (alrededor del soporte).

Por tanto, el punzonamiento se puede considerar como el efecto que produce un elemento estructural de naturaleza puntual sobre su plano de apoyo, siendo el ejemplo más representativo el encuentro de los pilares con forjados, elementos de cimentación superficial, vigas planas, etc.

Hay que destacar el comportamiento frente a punzonamiento de los forjados reticulares y las losas macizas, por lo que principalmente procederemos a analizar este esfuerzo en los elementos mencionados.
 
Descripción de los daños

En este tipo de forjados el daño se caracteriza por una rotura de la placa alrededor del pilar en el que apoya de forma troncopiramidal o troncocónica (según el pilar sea rectangular o circular) cuya directriz es el área cargada.

La superficie de rotura es la superficie crítica de punzonamiento, que arranca del perímetro donde apoya la losa y se eleva con una inclinación de 30º - 45º (figura 1). El área crítica se define, según la EHE art. 46.1, a una distancia igual a 2d desde el perímetro del área cargada o del soporte (d = canto útil de la losa).

^{Fig. 1.- Aspecto esquemático de fisuras de punzonamiento.
Sección o vista lateral y plantas de pilar central y de borde.}

Las roturas se producen bruscamente, sin previo aviso, con consecuencias verdaderamente trágicas, habiéndose producido numerosos hundimientos de forjados, muchas veces originados por no poder apreciarse a tiempo la aparición de fisuras al quedar oculto por el pavimento. Por tanto si se detecta un riesgo de punzonamiento se deberán tomar inmediatamente medidas de apuntalamiento.

Al igual que en los forjados, en las cimentaciones se pueden producir fisuras de ancho variable, entre los 0.3 y 0.5 mm, con un plano de rotura que sigue una forma troncopiramidal variando el ángulo entre los 30º- 35º, pudiendo el plano no arrancar de la intersección del pilar con la zapata, sino algo más separado.
 
Origen de los daños

La rotura de punzonamiento se produce por las tracciones que se generan perpendicularmente a las bielas internas de compresión que siguen la dirección de la superficie crítica de rotura, por las tensiones tangenciales que se generan debido a las cargas que soporta la losa.

Puede deberse a:

• Aumento de cargas que ha de soportar la losa, no previsto, superando la sobrecarga para la que ha sido calculada.
• Presencia de huecos en zonas próximas a los pilares
• Cálculo incorrecto.
• Planteamiento previo en proyecto de las armaduras incorrecto: escasez o ausencia de armadura de punzonamiento, etc.
• Defectos de ejecución: colocación de estribos, anclajes, recubrimientos, fallos de soldadura de los elementos metálicos en conexión con las losas de hormigón, etc.
• Falta de resistencia del hormigón
• Corrimiento de la armadura de punzonamiento
• Valoración inadecuada de los posibles momentos flectores (infravaloración).

La presencia de huecos en las proximidades de los pilares aumenta las deformaciones de las placas y aunque éstas tengan los cantos adecuados para las luces que disponen se producirían daños en las tabiquerías. Estos huecos reducen la capacidad resistente de la placa frente a los esfuerzos de punzonamiento y también de flexión, ya que disminuyen los empotramientos y el perímetro crítico y aumentan las deformaciones.

^{Fig. 2.- Perímetro crítico en soportes interiores.}

^{Fig. 3.- Perímetro crítico en soportes de borde y esquina (art. 46.1 EHE)}

Prevención de daños

Para prevenir los daños originados por este tipo de solicitación se ha de realizar un planteamiento o diseño en proyecto adecuado, sin quitarle importancia a la fase de ejecución, ya que ha de reflejar fielmente las ideas prefijadas en el proyecto, por lo que vamos a describir algunas pautas a tener en cuenta tanto en la fase de proyecto como en la de ejecución:

Usualmente se emplean cantos en los forjados tipo losas que no necesiten armaduras de punzonamiento en la inmensa mayoría de pilares. Se podría ejecutar con un canto comprendido entre L/24 y L/20, siendo L la luz entre ejes de pilares.

Si no es posible, por una economía restrictiva, realizar un canto de losa que permita absorber los esfuerzos de punzonamiento con la capacidad resistente del hormigón, se deberá cuidar al máximo la disposición de estribos y barras inclinadas, tanto a nivel de proyecto como de ejecución.

En caso de tener que disponer de armaduras transversales para absorber el cortante éstas serán mediante:

• barras inclinadas a 45º, normalmente se dispone un conjunto de barras de diámetro 10 mm.

^{Fig. 4.- Disposición de la armadura de punzonamiento.}

• barras sueltas verticales, tienen menor eficacia que las anteriores, debiendo esmerar la ejecución. Se recomienda utilizar al menos dos planos de armaduras verticales como mínimo, adoptando un diseño tipo U.
• con estribos convencionales sobre pilares, aprovechando parte de la armadura de montaje de los ábacos que suele concentrarse sobre los apoyos se puede estribar la misma para hacer frente al punzonamiento con los estribos verticales de la misma.

^{Fig. 5.- Disposición de cruceta estribada.}

• existen otros sistemas para resistir el punzonamiento, mediante conectadores unidos a una platabanda metálica, almas metálicas con formas determinadas, etc., de diferentes casas comerciales.

^{Fig. 6.- Perímetro crítico en soporte interior y distancia hueco-pilar.}

^{Fig. 7.- Solución inadecuada en la colocación de la bajante.}

Los pilares no penetrarán en las losas, para ello los encofrados se deberán situar por encima o a nivel de la cara superior del pilar terminado pero nunca por debajo.

Las losas se diseñarán intentando que descansen totalmente sobre los soportes y procurando que se consideren como interiores.

Si no es posible soportar la totalidad de los esfuerzos de punzonamiento no deberán absorberse exclusivamente con armadura de cortante, deberá aumentarse el espesor de la losa descolgando los ábacos o introduciendo una cruceta de perfiles metálicos.


Se han de definir de forma precisa los espesores y pesos de los pavimentos, durante la fase previa al proyecto para definir las cargas adecuadas que se incluyan en el análisis estructural. En caso de reformas sucesivas de la vivienda o local de que se trate, se tendrá precaución a la hora de añadir pavimento sobre pavimento (u otro tipo de cargas no contempladas), al aumentar el peso del forjado, pudiendo llegar a sobrepasar la sobrecarga disponible en el mismo.

Se deberá estudiar cuidadosamente (o no realizarse) el empleo de rulos compactadores o las cargas dinámicas de tráfico en estructuras que no fueron diseñadas para soportarlas ni fueron previstas en sus cálculos, como el caso de realizar compactación dinámica vibrante de los pavimentos que se colocan sobre las estructuras.

En el caso de placas de poco espesor, realizar un ferrallado correcto, con recubrimientos y anclajes adecuados en las armaduras.

En caso de emplear piezas metálicas en conexión con las losas de hormigón, se prestará atención a las mismas, para que realice una correcta ejecución, para evitar que resulten insuficientes o el fallo de las soldaduras.
 
Reparación de los daños

En cuanto se observen síntomas de punzonamiento, se deberá proceder a un apuntalamiento eficaz y de forma inmediata, situando un puntal por, aproximadamente, metro cuadrado de zona afectada.

La solución más rápida, eficaz y económica sería introduciendo una cruceta metálica o un capitel metálico (o de hormigón) unidos al pilar mediante conectores, cajeando ligeramente el pilar, empleándose como medio auxiliar de unión resina epoxi, anclajes mecánicos o anclajes químicos (estos elementos se consideran como de refuerzo pasivo, el refuerzo no depende totalmente de la efectividad de estos elementos).

^{Fig. 8.- Cruceta metálica como refuerzo a punzonamiento.}

Se emplearán perfiles metálicos tales como UPN o pletinas con rigidizadores cuya unión al forjado se podría realizar mediante tacos y anclajes mecánicos o anclajes químicos.

Si no queremos dejar la solución vista, se pueden utilizar placas metálicas en forma de corona que rodea al pilar, que se adhieren al hormigón mediante resina epoxi y anclajes mecánicos o químicos. Las placas que forman los collarines que rodearán al pilar tendrán suficiente rigidez, para aumentar el perímetro a punzonamiento, sujetándose con resina epoxi y posteriormente con taladros. Se colocan placas en la cara superior e inferior del forjado y se pasan barras a través del ábaco que se soldarán a éstas (rellenando el orificio con resina epoxi antes de introducirlas, para que se adhieran al hormigón). En caso de ser necesario reforzar el ábaco en el perímetro de la placa se pueden realizar taladros en los que se introducen estribos a los que se doblan los extremos (pudiendo unirlos mediante soldadura) y rellenándose de mortero epoxi.

^{Fig. 9.- Refuerzo a punzonamiento mediante placas metálicas rodeando el pilar.}

NOTA: la resina epoxi pierde sus características mecánicas expuesta a temperaturas superiores a las que garantizan su correcto funcionamiento, como puede ser las producidas por un incendio, además de requerir unas condiciones de ejecución y mano de obra especializada.


Bibliografía:

- Instrucción del Hormigón Estructural EHE
- “Patologías de estructuras de hormigón armado y pretensado”. J. Calavera.
- “Prevención y soluciones en patología estructural de la edificación”. Manuel Muñoz Hidalgo.
- “Cortante y punzonamiento: teoría y práctica”. Florentino Regalado Tesoro.

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