libro construccion elementos estructurales concreto baja

8/9/2019 Libro Construccion Elementos Estructurales Concreto Baja

1/80

(UNIMINUTO-IEVD, 2010)

El texto de Construcción de Elementos Es-

tructurales en Concreto permite al lector

las bases fundamentales en la compren-sión y el aprendizaje del funcionamiento

del concreto reforzado dentro del ambien-

te de la construcción; como herramienta el

texto muestra las características y compo-

nentes de hormigón armado, la utilización y

los procesos para la elaboración de las es-

tructuras que permiten al hombre mejorar

sus condiciones de habitabilidad y de opti-

mización de los espacios, además de visua-

lizar al lector acerca del comportamientointerno de cada uno de los materiales y

compuestos puestos en el suelo denitivo

donde se ubicará cada estructura elabora-

da. Es el momento de iniciar una aventura

en el llamativo mundo de la construcción

en concreto como primer paso para el

ingreso a uno de los sectores productivos

más importantes de nuestro país.

i

CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOSESTRUCTURALES EN CONCRETO


2/80


3/80

Tabla de contenidoTabla de contenido

hTabla de contenido

Lista de guras .............................................................................................................................5Lista de tablas ........................ ....................... ........................... ....................... ....................... .......6

Introducción ...................................................................................................................................7

Capítulo 1PRINCIPALES ELEMENTOS ESTRUCTURALESDE UNA EDIFICACIÓN 9

El concreto.....................................................................................................................................9Materiales componentes del concreto ....................... ....................... ....................... ............. 10Cemento Portland ...................... ....................... ....................... ....................... ................... 10Gravilla ...................... ....................... ....................... ....................... ....................... ............. 11Arena ..................... ....................... ....................... ....................... ....................... ................. 12Agua ...................... ....................... ....................... ....................... ....................... ................. 12

Características esenciales del concreto ...................... ....................... ....................... ............ 12

Fabricación de concreto ........................ ....................... ....................... ....................... ....... 12

Transporte de concreto ........................ ....................... ....................... ....................... ........... 15Preparación de las formaletas ...................... ....................... ....................... ....................... .. 15Colocación y manipulación del concreto ....................... ....................... ....................... ........ 16Curado de concreto ...................... ....................... ....................... ....................... ................... 16

Estructura de concreto ....................... ....................... .......................... ....................... ............... 17Principales elementos estructurales de una edicación ..................... ....................... ......... 19

Estructura con muros en concreto reforzado ..................... ....................... ........................... ... 19Cimentaciones profundas ......................... ....................... .......................... ....................... ........... 21

Pilotes ...................... ....................... ....................... ....................... ....................... .................. 22Caisson ...................... ....................... ....................... ....................... ....................... ................. 24

Cimentaciones superciales ..................... ....................... ........................... ....................... .......... 25Placas otantes ..................... ....................... ....................... ....................... ....................... .... 25Zapatas ..................... ....................... ....................... ....................... ....................... ................. 26Cimentaciones corridas ..................... ....................... ....................... ....................... ............... 28

Columnas, vigas, placas ...................... ....................... ........................... ....................... ............... 29Columna ........................ ....................... ....................... ....................... ....................... ............. 29Viga ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ................. 30Placa ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ................. 30

Muros en concreto reforzado ..................................................................................................... 31Escalera ...................... ....................... ........................... ....................... ....................... ................. 32

Capítulo 2

ENCOFRADO Y ACERO DE REFUERZO DELOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE UNA EDIFICACIÓN 35

Denición de formaleta ...................... ....................... .......................... ....................... ............... 35Tipos de formaleta ...................... ....................... ........................... ....................... ...................... 36

Formaleta tradicional ..................... ....................... ....................... ....................... .................. 36Formaleta modular ....................... ....................... ....................... ....................... ................... 37Formaleta deslizante ...................... ....................... ....................... ....................... .................. 37


4/804

Tabla de contenido


Formaleta perdida................................................................................................................. 37Uso de los encofrados................................................................................................................ 37Partes de una formaleta ........................ ....................... ........................... ....................... .......... 38

Partes de la formaleta para elaborar una columna ...................... ....................... ............. 38Partes de una formaleta para elaborar una viga ........................ ....................... .............. 38

Partes de una formaleta para elaborar una placa de entrepiso ..................................... 38Partes de una formaleta para elaborar un muro de concreto reforzado ....................... 39

Procedimientos de armado de encofrados en los diferentes elementos constructivos .......... 40Armado de encofrado para columna ........................ ....................... ....................... ............ 40Armado de encofrado para viga ....................... ....................... ....................... .................... 42Armado de encofrado para placa de entrepiso .................... ....................... ...................... 43Armado de encofrado de muros de concreto ....................... ....................... ...................... 46Interpretación de planos para encofrados ..................... ....................... ....................... ....... 47

Normas de salud, higiene y seguridad industrial de la actividad ....................... ................... 48El acero de refuerzo ....................... ....................... .......................... ....................... ................... 49

Características del refuerzo ................................................................................................ 50Procedimientos de transporte de hierro ....................... ....................... ....................... ........ 51Interpretación de planos, despiece y cartilla de hierros ....................... ....................... ..... 51Corte y gurado del acero de refuerzo y uso deherramientas especiales para amarrar ...................... ....................... ....................... ............ 53NSR-98. Capítulo C.7 Detalles del refuerzo C.12Desarrollo y empalmes del refuerzo ..................... ....................... ....................... ................ 54Normas de seguridad industrial........................................................................................... 55

Capítulo 3

DOSIFICACIÓN DE CONCRETOS Y

FUNDIDA DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES 57Cemento y tipos de este producto ...................... ....................... .......................... .................... 57Proceso de fabricación del cemento ........................ ....................... ........................... ............... 58Agregados ........................ ....................... ........................... ....................... ....................... ............ 59

Agregado grueso ........................ ....................... ....................... ....................... ...................... 60Agregado no ........................ ....................... ....................... ....................... ....................... .... 60

Aditivos ........................ ....................... ........................... ....................... ....................... ................ 61Uso de aditivos en la preparación de concretos ....................... ....................... ................. 61

Agua ............................................................................................................................................ 62Concreto ....................... ...................... ........................... ....................... ....................... ................ 64

Normatividad del concreto ..................... ....................... ....................... ....................... ......... 64Pruebas de laboratorio in situ a los concretos ...................... ...................... ..................... 65

Toma de núcleos ...................... ....................... .......................... ....................... ....................... ... 68Dosicación para diferentes tipos de concreto ...................... ....................... ..................... 68Transporte y vaciado del concreto ..................... ....................... ....................... ................... 69

Juntas y dilataciones del concreto ..................... ....................... ....................... ................... 71Curado del concreto ....................... ....................... ....................... ....................... ................. 74

Glosario ........................ ....................... .......................... ....................... ....................... ................ 76Bibliografía ........................ ....................... .......................... ....................... ....................... ........... 80


5/80


6/806

Lista de guras y tablas


Figura 41. Formaleta o encofrado para viga ...................... ....................... ....................... ............ 38Figura 42. Formaleta o encofrado para placa de entrepiso ....................... ....................... .......... 38Figura 43. Accesorios para amarrar, ajustar y nivelar las formaletas..................... .................... 39Figura 44. Diversos pasos del encofrado de la columna .................... ....................... .................. 41Figura 45. Columna hormigoneada en la base ....................... ....................... ....................... ........ 41Figura 46. Armado de viga de cubierta ..................... ....................... ....................... ..................... 42Figura 47. Sistema hidrosanitario armado sobre encofrado de placa de entrepiso .................. 44Figura 48. Encofrado y armado de muros en concreto ..................... ....................... .................. 46Figura 49. Mallas y acero en obra ..................... ....................... ....................... ....................... ...... 50Figura 50. Juego de planos estructurales ....................... ....................... ....................... ................. 51Figura 51. Despiece de una columna y de una viga ..................... ....................... ...................... 52Figura 52. Amarre y corte de acero ...................... ....................... ....................... ....................... .. 52Figura 53. Ejemplo de cartilla de despiece .................... ....................... ....................... ................ 53Figura 54. Separadores de hierro-formaleta .................................................................................. 54Figura 55. Proceso de producción de cemento ...................... ....................... ....................... ........ 58Figura 56. Corte de la sección de un elemento estructural de hormigón ..................... ............ 59Figura 57. Efecto de la relación A/C en las resistencias a la compresión

y a la tensión por exión a los 28 días ....................... ....................... ..................... 63Figura 58. Cono de Abrams .................... ....................... ....................... ....................... .................. 64Figura 59. Toma de cilindros de concreto para realizar el ensayo de resistencia .................... 66Figura 60. Vibrado durante fundida de elementos de concreto ...................... ....................... ..... 69Figura 61. Junta en PVC en tanque de almacenamiento de agua ..................... ....................... . 71

hLista de tablas

Tabla 1. Dosicación de hormigones ...................... ....................... ....................... ....................... .. 10Tabla 2. Dosicación de hormigones en volumen ...................... ....................... ....................... .... 10Tabla 3. Dosicación de hormigones para un saco de cemento portland (50 kg)

y arena-grava en baldes (20 L de capacidad) ...................... ....................... ................. 10Tabla 4. Resistencias relativas del concreto como función del tipo de cemento ....................... 11Tabla 5. Componentes y resistencia de postes de hormigón armado.

Para fatiga o trabajo del hormigón a 40 kg/cm2 ........................ ....................... ......... 22Tabla 6. Dimensionamiento de zapatas de hormigón armado,

según la resistencia del terreno en kg/cm

2 ....................... ....................... ..................... 27

Tabla 7. Dimensiones nominales de las barras de refuerzo(Diámetros basados en octavos de pulgada) ......................... ....................... ................. 49

Tabla 8. Usos y ventajas de los aditivos ....................................................................................... 61Tabla 9. Dosicación para mezclas de concreto por unidad de volumen

y para 1 m3 de mezcla ........................ ....................... ........................... ....................... . 67


7/80

IntroducciónIntroducción » Introducción

En Colombia, la industria de la construcción y de la infraestructura es un sectorque invierte constantemente grandes sumas de dinero en proyectos particularesy estatales, generando un altísimo volumen de empleo. Además, brinda la posi-

bilidad de ejecutar los procesos con mano de obra calificada formada en Colombia, paísque cuenta con innumerables instituciones educativas de prestigio y excelente calidad,

las cuales ofrecen una educación con la tecnicidad requerida para formar profesionalesen este campo.

Como el concreto es parte significativa del sector de la construcción, sector que suvez incide en el desarrollo nacional, es de vital importancia entonces formar profesio-nales en la construcción de elementos estructurales en concreto que conozcan y deter-minen los procesos constructivos de cada uno de los elementos que conforman la es-tructura de una edificación, y que también conozcan la normatividad nacional vigentereferente a los mismos, así como las características y especificaciones de cada uno delos componentes de la mezcla de hormigón.

En el presente texto se refieren los elementos estructurales en concreto, se detallanlos pasos que se deben seguir para construir la estructura de una edificación, así comocada uno de los elementos estructurales que conforman el pórtico de hormigón ar-mado; igualmente se determina cada uno de los materiales que conforman la mezclade concreto con un conocimiento claro, preciso, técnico y actualizado de los procesosconstructivos involucrados en la construcción de edificaciones en concreto armado.

El libro está dividido en tres capítulos, el primero de los cuales introduce al lector enla concepción de la estructura como un todo y su comportamiento como una unidadindivisible, considerando que cada uno de sus elementos se puede analizar por separa-do, partiendo de la cimentación y siguiendo con los tipos de fundación, las columnas,

vigas, placas de piso y de entrepiso, los muros en concreto y las escaleras.

En la construcción existe versatilidad de materiales para realizar las infraestructuras;sin embargo, el alcance del presente texto va hasta la ejecución de estructuras en con-creto armado.

En el segundo capítulo, se trata el tema de las formaletas o encofrados, cuya funciónes contener el concreto en estado plástico para obtener una forma determinada; esteresultado se logra una vez se inicia el endurecimiento de la mezcla. Es necesario, ade-


8/808

Introducción


más, que el concreto se asocie con el acero estructural y, de esta manera, entre los doselementos soporten las cargas a las cuales está sometida la estructura. Así, el concretoasume la resistencia a la compresión y el acero el de la resistencia a la tensión, estapareja logra una afinidad que permite dar a la estructura resistencia, durabilidad, aca-bado, apariencia, estabilidad y forma. De aquí la importancia de ejercitarse en la lectura

de planos estructurales y de encofrados, establecer las cartillas de hierros, conocer lascaracterísticas, especificaciones, diámetros y tipos de hierro de uso en la construcción.

Es fundamental reconocer cada uno de los componentes del concreto, sus caracterís-ticas, su función dentro de la mezcla, así como el comportamiento particular del hormi-gón, tema que se tratará en el tercer capítulo del libro, haciendo énfasis en los aditivos,material de uso muy común en grandes proyectos, así como en la normatividad vigenteen Colombia y en las pruebas de laboratorio in situ, que nos permiten aprobar o desa-probar una mezcla en obra.

Una vez adquiridos estos conocimientos, se estará en capacidad de desarrollar plena-

mente el ejercicio profesional en la construcción de estructuras de hormigón armado.


9/80

Principales elementos estructurales de una edicación

1

CAPÍT

Principales elementosestructurales de una edicación

El concreto es un material que se ha usado tradicionalmente en

obras de infraestructura en Colombia. El desarrollo que ha tenido

el país en los últimos dos siglos ha evidenciado la frecuente utili-

zación del concreto estructural en miles de obras de infraestruc-

tura, que han dado origen a grandes ciudades, las cuales revelan

un avance vertiginoso en construcciones de todo tipo (estatales,

privadas, comerciales, industriales y viales). Cada pórtico o estruc-

tura de concreto está formado por elementos básicos de concretoestructural, que van desde la cimentación hasta el último nivel del

proyecto, conformando así el cuerpo que recibe la mampostería, las

redes y los acabados en general.

i

hEl concreto

La estructura de una edificación se puedeconsiderar como la armadura del edificio, elsoporte general, la columna vertebral que,

una vez construida, recibirá las instalaciones hi-

drosanitarias, eléctricas y de gas, el cerramiento

de la estructura con muros, ventanas, puertas,

cubiertas y, por último, los acabados como pañe-

tes, estuco, pintura, pisos y enchapes.

El concreto es un elemento de gran versatili-

dad, que permite a quienes diseñan estructurasconsiderar formas variables y optar por iniciati-

vas en la ejecución de cada uno de los elemen-

tos que componen una estructura de concreto.

Además, el concreto ofrece una gran resistencia

al fuego y al agua y un excelente comporta-

miento a la intemperie; igualmente, brinda una

relación de beneficio-costo y resistencia-costo

ideal para una gran cantidad de edificaciones.

El concreto se define como la mezcla de cin-

co elementos: agua, agregado, arena, cemento

portland y aire (especificados en el apartado“Materiales componentes del concreto” de este

mismo capítulo). Esta mezcla se realiza manual-

mente y/o mecánicamente hasta obtener una

composición homogénea, plástica, que permite

ser moldeada y que debe ser transportada e ins-

talada en un área, dentro de una formaleta, don-

de adoptará la forma del elemento contenedor.

El período plástico de la mezcla permanece,

en este estado, durante las primeras horas deelaboración de la misma y se va fraguando a

medida que el cemento portland reacciona quí-

micamente con el agua, de manera que aproxi-

madamente a las siete horas de efectuada la

mezcla, ésta ya no se debe intervenir, ni se debe

pretender moverla o reinstalarla o cambiarle la

forma que adoptó por el concreto, puesto que

ya ha perdido la plasticidad y se corre el riesgo


10/8010CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS

ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Tabla 2. Dosificación de hormigones en volumen

DosificaciónCemento

kgArena

m3Grava

m3Agua

l

(1) 1: 3 : 6 250 0,430 0,870 185

(2) 1: 2 : 4 300 0,400 0,820 195

(3) 1 : 2 : 3 350 0,390 0,780200

134 (seco)

Notas: 1) Empleado para rellenos.2) Empleado en masa y para armado de muros de carga.3) Empleado en estructuras armadas.

Fuente: Igoa,1986.

Tabla 1. Dosificación de hormigones

Dosificación en kgde cemento

por m3 dehormigón

Tipo de dosificación

Cemento Arena Grava

150 kg 1 4 8

200 kg 1 3 6

250 kg 1 2,5 5

300 kg 1 2 4

350 kg 1 2 3

400 kg 1 1,5 3

Notas: 1) La parte sólida de la mezcla se da en volumen: la arena másla grava forman el 60% , mientras que el 40% restante son huecos.

El cemento se da en kilogramos.El agua supone el 12% del volumen de suscomponentes.

2) Como puede apreciarse, en los áridos la grava sueleser el doble de la arena.

Fuente: Igoa,1986.

Tabla 3. Dosificación de hormigones para un saco decemento portland (50 kg) y arena-grava en baldes (20 L de

capacidad)

DosificaciónCemento

kg/m3Arenacestos

Gravacestos

Agual

1: 4 : 8 150 8 16 74

1: 3 : 6 200 4,5 9 45

1 : 2,5 : 5 250 4 9 45

1 : 2 : 4 300 4 8 45

1 : 2 : 3 350 3,5 7 33

1 : 1,5 : 3 400 3 6 33

Fuente: Igoa,1986.

de no obtener la resistencia final que se esperadel concreto.

El concreto puede instalarse acompañado deparrillas o canastillas de hierro, obteniéndose asíun concreto estructural. En este caso, el concre-to aporta una resistencia a la compresión de lascargas a las cuales está sometida la estructura,mientras que el acero asume la resistencia a latensión; este dúo (concreto y acero) logra unacompenetración que permite dar a la estructuraresistencia, durabilidad, acabado, apariencia, es-tabilidad y forma.

La proporción establecida en peso y/o volu-men de cada uno de los elementos que com-ponen el concreto, establece la resistencia del

mismo. Igualmente, el cálculo de la relaciónagua-cemento incide en la plasticidad y resisten-cia de la mezcla de concreto.

En las tablas 1, 2 y 3 se relaciona la dosificaciónde hormigones en peso y en volumen.

Las tablas de dosificación son una fuente deprimera mano, tanto en las obras que se cons-truyen en las ciudades como en las del campo,teniendo en cuenta que en las zonas urbanas se

dispone de las centrales de mezclas que remitenel concreto requerido directamente a la obra,

mientras que en las área rurales generalmente sedebe producir el concreto con la ayuda del equi-po humano de la obra y las mezcladoras de unoo dos bultos.

Materiales componentes del concretoEn general, los materiales que componen el

concreto deben cumplir las siguientes caracte-

rísticas para que se pueda obtener un productofinal de calidad y con las especificaciones técni-cas requeridas:

Cemento PortlandEstá formado por cuatro componentes prin-

cipales: silicato tricálcico (C3S), silicato dicálcico

(C2S), aluminato tricálcico (C

3A) y aluminoferrita


11/80 1


Figura 1. Almacenamiento correcto del cemento Portland. (Pérez, 2010).

Tabla 4. Resistencias relativas del concreto como funcióndel tipo de cemento

Tipos de cementoPortland

Resistencia a la compresión, %del concretocon cemento Portland tipo I

3 días 28 días 3 meses

I. Usos generales 100 100 100

II. Modificado 80 85 10

III. Alta resistencia inicial 190 130 115

IV. Bajo calor 50 65 90

V. Resistente al sulfato 65 65 85

Fuente: Merritt, 1987.

Figura 2. Agregado grueso. (Pérez, 2010).

tetracálcica (C4AF). El cemento es un polvo finoque, una vez entra en contacto con el agua, pre-

senta una reacción química y actúa como un

ligamento de los materiales que componen la

mezcla de concreto.

En el mercado existen cinco tipos de cemento

Portland, entre los cuales el de uso más frecuen-

te para producir concretos estructurales es el ce-

mento tipo I (véase Tabla 4).

En cuanto a la forma de almacenar el cemento,

lo ideal es ponerlo sobre tablillas de madera, en

arrumes de 14 bultos como máximo, para evitar

la humedad (véase Figura 1). Su almacenamiento

no debe ser mayor a 30 días y se debe usar tan

pronto llega a la obra. Si al abrir un bulto, el ce-

mento presenta grumos o endurecimiento, éste

no debe usarse. Es fundamental revisar el peso

del bulto de cemento que se compra con el finde determinar la dosificación de uso.

GravillaEs un material pétreo y duro, puede provenir

de cantera y/o río; su tamaño se establece deacuerdo con el tipo de concreto que se va a pro-ducir y debe venir libre de arcilla, limo, materialorgánico, tierra y suciedad. En la mezcla, la gra-

villa puede alcanzar hasta el 75% del volumentotal de la misma. El material no debe contenerformas redondeadas, dado que no representauna adherencia adecuada de éste con la mezclacompleta, de ahí que sea importante que éstevenga fracturado (véase Figura 2). En caso deque la gravilla se lave en la obra, se debe deter-minar la cantidad de agua de la mezcla, ya queel agregado absorbe parte del agua de lavado,cambiando la relación agua-cemento.

Una de las características que debe desarrollarel agregado grueso es la capacidad para resistirel desgaste, de acuerdo con la Norma TécnicaColombiana NTC 174, por ello, el material debeser duro y tenaz (habilidad del material para ab-sorber energía durante la deformación plásticay soportar esfuerzos ocasionales superiores alesfuerzo de fluencia sin que se produzca fractu-ra). En la mezcla de concreto deben considerarse




Figura 3. Arena. (Pérez, 2010).

características de los agregados que afectan lacondición final del concreto, como: densidad es-pecífica, contenido de humedad, granulometría,peso unitario y absorción de agua.

ArenaSe denomina también grava fina y se reco-mienda la arena de río para realizar el concreto.Una característica técnica importante es consi-derar su módulo de finura (índice de granulome-tría que da la medida del grosor o finura del ma-terial) de acuerdo con lo requerido en el diseñode la mezcla. La arena debe llegar libre de ma-terial orgánico, arcillas, limos y suciedad (véaseFigura 3). Un factor relevante que se debe teneren cuenta es el grado de humedad de la misma

en el momento de efectuar la mezcla de concre-to, en proporción a la relación agua-cemento dela mezcla.

Es fundamental tener en cuenta que el excesode agua afecta y debilita la resistencia final delconcreto. Aunque la arena puede ser de río o demar, se recomienda la del primer tipo y no la demar, puesto que contiene, entre otros, elemen-tos salinos que afectan la resistencia y durabili-dad del concreto.

AguaEste componente debe estar muy limpio, no se

debe utilizar el agua que está retenida ni la quepresente color amarillo o rojo, como tampoco la

que tenga grandes cantidades de hierro, limos oarcillas. Se deben desechar las hojas, las raíces yen general el material orgánico. Nunca se debeusar agua servida ni agua reciclada.

La cantidad de agua es fundamental en lamezcla y debe ser la correcta, acorde con eldiseño, porque el exceso de este líquido dis-minuye la resistencia del concreto, y su déficitdificulta la homogeneidad y compactación delmismo y al colocar la mezcla en la formaletaquedan hormigueos que, además de dar unmal aspecto al terminado, disminuyen la resis-tencia del concreto.

Características esenciales del concretoEl concreto, en todo su proceso de fabricación,

transporte, colocación, manipulación y curado,debe contar con procedimientos claros, especí-ficos y normativos que conlleven a obtener unproducto final determinado, de calidad y acordecon el objeto del proyecto.

Fabricación de concretoEste proceso se puede realizar in situ o en fá-

bricas de premezclados. La central de mezclas re-cibe el pedido de concreto con las características

requeridas, como: resistencia, color, durabilidad,slump (prueba para medir la manejabilidad delconcreto, una vez realizada la mezcla), y con estosdatos se procede a fabricar el material que se soli-cita. Es importante determinar la forma de entregay de recibido del concreto, si se va a recepcionaren obra, si se va a bombear y si requiere caracte-rísticas especiales, como retardante de fraguado,concreto acelerado, concreto impermeabilizado,entre otros, lo que se logra con el uso de aditivos,debidamente calculados por el especialista que

determina el diseño de la mezcla.

Si el concreto es para bombear, para su fabri-cación se utiliza agregado de partículas hasta demedia pulgada y debe ser fluido. Los concretosde color diferente al gris, por ejemplo concretoocre o salmón, requieren el uso de agregados dedeterminado color y el uso de cemento blanco yde elementos que conformarán el color del con-


13/80 1


Figura 4. Mezcladoral. (Pérez, 2010).

Figura 5. Mezcla de concreto a mano en vía, para elaborar concreto de 2.000 psi. (Pérez, 2010).

creto solicitado, es decir que el diseño de estasmezclas es diferente al de un concreto gris.

Cuando se elabora el concreto in situ, es im-portante considerar varios factores como: con-tar con un diseño de mezclas acorde a los ma-teriales de la región, almacenar los materialesdebidamente, proteger el cemento de la hume-dad, cubrir con plástico la grava y la arena paraevitar excesos de agua y/o que la exposición alsol reseque y evapore el contenido normal dehumedad de los agregados y proveer el agua endepósitos muy limpios y muy cercanos al áreade mezcla.

La mezcla puede hacerse tanto manual comomecánicamente; lo importante en ambos casos

es obtener una mezcla homogénea, utilizandolas proporciones de peso y/o volumen de ma-teriales en las cantidades requeridas. No se re-comienda mezclar concretos a mano para ele-mentos cuyas resistencias sean mayores a 2.000

psi (libra por pulgada cuadrada). Para fabricarconcretos de estructuras de edificaciones, vías,puentes, estructuras especiales, se debe contarcon el diseño de mezcla realizado por un pro-fesional especializado y con mezcladoras quegaranticen la homogeneidad de ésta, como se

observa en las figuras 4 y 5.

Cuando se elabora el concreto a mano (véase

Figura 5), se deben seguir los siguientes pasos:

•

Tener los materiales requeridos de acuerdo conla dosificación para batir un bulto de cemento.

• Tener las herramientas requeridas para reali-

zar la mezcla.

• Alistar la superficie de mezclado, la cual debe

estar limpia y ser plana y no absorbente.

• Regar la arena sobre una superficie lim-

pia, plana y no absorbente, con un espesor

aproximado de 15 a 20 cm.

• Abrir el bulto de cemento y regarlo en forma

circular sobre la arena.

• Revolver con pala homogéneamente la are-

na y el cemento y esparcir esta mezcla sobre

la superficie.

• Sobre toda el área de la mezcla, agregar la

grava y nuevamente revolver con pala, vol-teando de un lado para otro la mezcla para

darle homogeneidad.

• Finalmente, hacer un montón con todo este

material y en el centro abrir un hueco, en el

que se va agregando gradualmente el agua,

batiendo toda la mezcla hasta que se adicio-

ne el total del agua del diseño.




Figura 6. Toma de cilindros al concreto que llega de la central de mezclas.(Pérez, 2010).

Figura 7. Mezcla de concreto con uso de mezcladora para construir placa.(Pérez, 2010).

de medir la resistencia del concreto a los siete, ca-

torce y veintiocho días, que es cuando se alcanza laresistencia final; el cuarto cilindro se guarda comotestigo, cuando el concreto es elaborado en obrade forma mecánica (véase Figura 7). Si el concretoes elaborado en central de mezclas, una vez lleguea la obra se deben realizar las dos pruebas citadas.

Antes de recibir el concreto en obra, a cadavehículo que llegue de la central de mezclas se

Todos los concretos elaborados deben tener una

inspección en obra y cumplir de esta manera conla normatividad vigente (NSR 10). Una vez fabrica-do el concreto, se realiza la prueba de slump (conel cono de Abrams (que se explica en el apartado“Pruebas de laboratorio in situ a los concretos” –capítulo 3–), y se determina la plasticidad del con-creto referido en el asentamiento del mismo; ense-guida se deben tomar cilindros de concreto (véaseFigura 6), cuatro unidades por cochada, con el fin


15/80 1


Figura 8. Prueba de slump al concreto que llega de la central de mezclas.(Pérez, 2010).

Figura 9. Mixer descargando concreto en la obra. (Pérez, 2010).

Bogotá, es necesario programar con la fábrica, losdesplazamientos de los vehículos, desde la zonade la planta hasta el sitio de la obra, pues se de-ben coordinar las horas de salida y los horarios dedespacho de la planta con los horarios de pico yplaca ambiental y áreas de desplazamiento. Sedebe prever la recepción del concreto en obra,construyendo un cajón sobre un área plana librede impurezas o instalando un plástico que separeel suelo del concreto; el cajón puede construirsecon perfiles de madera o de metal, debidamentereforzados en los ángulos para evitar que se abrany se salga la mezcla. Adicionalmente, la capacidaddebe ser acorde con la cantidad de metros cúbi-cos de concreto que se va a recibir.

Por último, debe considerarse también que la

recepción del concreto se haga en un sitio dondeel mixer se pueda estacionar sin afectar la movili-dad del área y previendo los riesgos que puedancorrer el personal de obra y el personal ajeno a alproyecto de construcción (véase Figura 9).

Preparación de las formaletasTodas las formaletas y encofrados deben estar

previamente revisados por el inspector, ingenie-ro y/o arquitecto residente o director de obra, asícomo los hierros, si es que se va a fundir concreto

le debe tomar una muestra de concreto en unboggie y con el cono de Abrams realizar el ensa-

yo de slump para verificar si el asentamiento pro-medio determinado previamente con la centralde mezclas se cumple o no; luego de esto, se dao no el visto bueno para recibir el concreto (véa-se Figura 8).

En algunos casos, cuando la mezcla llega en-durecida, los funcionarios de la central de mez-clas deben comunicarse con los técnicos quevan a hacer entrega del concreto, quienes danindicaciones precisas a su personal, para aplicar

aditivos en este momento. Después de esto, serealiza nuevamente el ensayo de slump y el inge-niero o arquitecto encargado de la obra determi-na el recibo o no del concreto.

Transporte de concretoEl concreto fabricado en central de mezclas se

transporta en carros tipo mixer , con capacidadesde tres a siete metros cúbicos. En ciudades como




Figura 10. Mixer y bomba colocando concreto en placa de entrepiso. (Pérez,2010).

estructural. Las formaletas deben estar debida-mente reforzadas, apuntaladas y niveladas, yaque el concreto una vez instalado en la cimbra,se va a moldear y va a tomar la forma del enco-frado, por lo que se debe evitar que se deforme yque el concreto o el agua de la mezcla se salgande la formaleta.

Es importante destacar que el peso del con-creto es aproximadamente dos veces y medioel del agua, esto significa que la formaleta va arecibir un gran peso en dirección vertical y ho-rizontal; por lo tanto, el adecuado reforzamien-to de la formaleta garantiza que se construya elelemento de concreto estructural requerido. Laformaleta se puede construir con madera, metal,PVC, icopor y muchos otros materiales; se requie-

re usar pasadores en el reforzamiento y, previoa la instalación del concreto, mojar la formaletainternamente con desmoldante para facilitar elretiro de las mismas y su reutilización.

Colocación y manipulación del concretoUna vez fabricado el concreto, se debe trans-

portar y colocar en la formaleta que va a ocupar.Si se fabrica en sitio, debe ser llevado en boggies con llantas de goma hasta el sitio de disposiciónfinal, pero si se trae de la central de mezclas,

se debe depositar en el contenedor de la obra,transportándolo igualmente en boggies con llan-tas de goma. Si el concreto es para bombear, elmixer y la bomba se instalan en un sitio aledañoa la obra, previamente seleccionado por el inge-niero de la obra, y se coloca directamente en laformaleta; este tipo de concreto se usa para fun-dir placas y elementos a gran altura (véase Figu-ra 10). El concreto no se debe colocar dejándolocaer desde grandes alturas hacia la formaleta,porque se puede presentar segregación de la

mezcla, es decir, se separan los tamaños.

Para que esto no ocurra, se utilizan vibradoresy vibradores de aguja eléctricos o de gasolinay mazos de goma. A medida que el concreto sedeposita en la formaleta se vibra dentro de éstay se golpea externamente con el mazo de goma.Con una buena vibración, se evita la segregaciónde la masa de concreto, se logra la integración del

concreto con el hierro estructural, sobre todo enlos nudos de elementos estructurales, donde enalgunas ocasiones existe una alta densidad de

acero, se evita el hormigoneo y se logra un buenacabado. Para concreto bombeado es mejor uti-lizar el vibrador de aguja, aplicándolo en la partesuperior de la mezcla, porque así se obtiene unamuy buena compactación de la masa de concreto.

Curado de concretoEntre los múltiples factores que inciden en la

resistencia, durabilidad y acabado del concreto, se


17/80 1


encuentra el curado, una fase que es tan impor-tante como lo son las de fabricación, instalación,manipulación, formaleteado y descimbrado.

El curado del concreto se inicia después de ochohoras de fundido el elemento estructural o depen-diendo de las condiciones propias del entorno,cuando la mezcla haya alcanzado la dureza sufi-ciente para no perder sus condiciones por excesode humedad. Si se trata de placas, éstas no debenencharcarse hasta que haya transcurrido el tiemposuficiente para que el agua en exceso no se mezclecon el concreto y le haga perder sus característicasrequeridas en el diseño de la mezcla. Debe tenerseen cuenta que el fraguado del concreto se alcan-za después de siete horas, de ahí que si en estasprimeras siete horas se llega a cambiar la relación

agua-cemento, muy probablemente las condicio-nes finales de mezcla, así como su resistencia y du-rabilidad, se pueden ver alteradas.

El curado consiste en mantener húmedo elelemento estructural fundido, considerando queel viento y el sol evaporan el agua contenida enla mezcla de concreto. Por esta razón, duranteuna semana, los elementos fundidos deben re-garse continuamente con agua, se pueden co-locar, al rededor de los mismos, sacos de fique

humedecidos o sacos con arena mojada o usarcuradores de los que existen en el mercado. Lacantidad de agua o el número de veces que sedebe regar el elemento estructural fundido estárelacionado con el estado del tiempo; por ejem-plo, si la zona tiene sol incandescente o si soplanvientos continuos, se debe mantener la hume-dad de la estructura.

Se recomienda realizar el descimbrado de loselementos estructurales como vigas y columnas

a los tres días de fundido el elemento, y la des-formaleteada de placas, tres semanas despuésde fundidas.

hEstructura de concreto

Las estructuras de concreto son de gran varie-dad y versatilidad y de gran uso en la ingeniería

civil y en el mundo en general. Con ellas se hacenobras de gran envergadura (viales, eléctricos, al-cantarillados, teléfonos, acueductos, almacena-miento y tratamiento de aguas, presas) y todotipo de edificaciones. La estructura de concretoes un conjunto de piezas o elementos que seunen entre sí y forman el esqueleto, es decir, elsoporte de la edificación.

Las estructuras de los edificios, en su gran ma-yoría, se hacen en concreto estructural, conside-rando el excelente comportamiento del hormigónarmado, los buenos materiales de que se dispo-nen, la relación beneficio-costo, el conocimientodel comportamiento sísmico, la gran versatilidadde formas y figuras y los elementos que se pue-den construir, así como su durabilidad, resisten-

cia a la intemperie y a las cargas vivas y muertasa que se somete la estructura; además, se cuentacon mano de obra calificada y especializada, unconjunto de características que garantiza el mejorcomportamiento y ejecución de las mismas.

Es un reto y una responsabilidad para el inge-niero y el arquitecto considerar y definir la es-tructura adecuada, la más conveniente, la másversátil, de acuerdo con las cargas, con el tipo deedificación por construir, con el área por utilizar,

con el mejor y más rápido procedimiento cons-tructivo y con la mejor propuesta económica-que responderá en forma excelente a las necesi-dades totales del dueño del proyecto.

Los procedimientos constructivos para erigiruna estructura se deben articular y planificar, pues-to que cada actividad tiene acciones predecesorasque sólo se pueden realizar cuando se ha cum-plido su antecesora. Por ejemplo, cada piso serásubsiguiente al piso anterior; una vez fundidas co-

lumnas, vigas y placa del primer nivel, se puedenconstruir las columnas de segundo nivel. Hasta queno estén construidos los elementos que forman laestructura del primer piso, no se pueden ejecutarlos elementos estructurales del segundo piso, y asíconsecutivamente hasta llegar a la cubierta.

El pórtico en concreto está conformado por ele-mentos estructurales de concreto y acero (véase




Figura 11. Transmisión de cargas en un pórtico tradicional. (UNIMINUTO Vir-tual y Distancia, 2010).

COLUMNA

Estribos

EstribosN.3 C/20 cm

N.6 C/15 cm

6 N.8 8 N

. 4

0.30 m

0.40 m

0.25 m

VIGA

Figura 12. Sección de viga y columna con la distribución de acero. (UNIMI-NUTO Virtual y Distancia, 2010).

Columna

Viga

contínua

Columna

Momentos positivos

Momentos negativos

Columna

VigaContinua

Columna

Hierros a 45°

Figura 14. Ubicación del acero que absorbe momentos negativos en viga.(UNIMINUTO Virtual y Distancia, 2010).

Figura 13. Sección de estructura con viga continua, sometida a momentosflectores. (UNIMINUTO Virtual y Distancia, 2010).

Figura 11); las dimensiones de cada uno de estoselementos se obtienen al realizar: a) el cálculo decargas vivas y cargas muertas que soportará la es-tructura, b) la capacidad portante del terreno don-de se afirma la estructura y c) la cantidad de acerocalculada por el profesional especialista acordeal requerimiento de cada uno de los elementos,a los esfuerzos sometidos, a la actuación de losnudos de vigas y columnas y a la transmisión decargas (véase Figura 12). Las cargas se transmiten

de la cubierta hacia los pisos inferiores, a través delas vigas de cubierta hacia las columnas, en cadapiso inferior se transmiten las cargas de placas avigas y a columnas hasta llegar a la cimentación.En Colombia, se cuenta con la normatividad quedebe cumplirse en el diseño y cálculo de pórticosy elementos estructurales de concreto, y que co-rresponde a la norma sismorresistente NSR-98,hoy NSR-10.

En el dúo formado por el concreto estructural,el concreto absorbe los esfuerzos a compresión,y el acero absorbe los esfuerzos a tensión. Las vi-gas están sometidas a cargas que actúan en for-ma diferente a las cargas a las que son sometidaslas columnas, de aquí la importancia del cálculodel acero para asumir los momentos flectores de

dichos elementos estructurales. El acero insta-lado en la parte inferior de una viga absorbe losmomentos positivos de la misma, puesto que elconcreto absorbe los esfuerzos de compresión, yel acero instalado en la parte superior de la sec-ción de una viga absorbe los esfuerzos negativosa los que se ésta se ve sometida en las esquinas oextremos (véanse figuras 13 y 14).

Los esfuerzos o momentos flectores a los quese somete una estructura son absorbidos por el

dúo: la sección de concreto y el acero estructural;de esta manera se establece un equilibrio entrela cantidad de concreto y acero requerido paracada elemento estructural.

La estructura, además, está sometida a esfuer-zos en los apoyos, en los nudos y los esfuerzos cor-tantes que se presentan en vigas continuas de va-rios tramos. Este esfuerzo es absorbido con acero


19/80 1


Viga de

cubierta

Vigas

Vigas de

cimiento

Zapata

aislada

Zapata

excentrica

Placa de

piso

Placas de

entrepiso

Placa de

cubierta

Columnas

Figura 15. Elementos de un pórtico. (UNIMINUTO Virtual y Distancia, 2010).

Viga

Pórtico

Flecha

ColumnaContraflecha

Figura 16. Flecha y contraflecha de una viga. (UNIMINUTO Virtual y Distan-cia, 2010).

estructural, en algunos casos se instalan estribosen las vigas o barras longitudinales que absorbenestos cortantes y las posibles grietas del concreto.

Principales elementos estructuralesde una edificación

Las edificaciones pueden construirse con pór-ticos, como estructura, con muros de carga, conuna combinación de pórticos y muros de carga ocon muros estructurales.

El sistema constructivo tipo pórtico, denomina-do también estructura tradicional, consta de lossiguientes elementos básicos (véase Figura 15):

h Cimentación• Zapatas•

Pilotes• Caisson

• Placas flotantes h Vigas

• Vigas de amarre• Vigas aéreas

h Columnas h Placa

• Placa de contrapiso• Placa de entrepiso• Placa de cubierta

Todos los elementos que forman parte delpórtico son requeridos para el correcto compor-tamiento de la estructura y para que cumpla losobjetivos de la misma. Cada uno de estos ele-

mentos estructurales tiene una función y se en-marcan en una normatividad, tienen un diseñoespecífico y se encuadran en el proceso construc-tivo correspondiente. La estructura debe contarcon una cimentación que soporta la estructura ytransmite las cargas de la misma al suelo de fun-dación; cuenta con vigas y columnas que formanla armadura de la edificación, las placas de con-trapiso, entrepiso y cubierta, si es el caso.

El acero también resiste esfuerzos de compre-sión, de esta manera el calculista lo utiliza para re-cibir comprensión en vigas y columnas y así redu-cir la sección de dichos elementos estructurales(véase Figura 16). El acero cumple igualmente conotros fines en la estructura: controla la deforma-ción o flecha admisible que se presenta en vigas y

placas de entrepiso ocasionada por las cargas a lasque está sometido el elemento estructural; estaflecha es el descenso o desplazamiento máximode la línea horizontal inferior de la sección del ele-mento viga y/o placa y se presenta generalmenteen el punto medio del elemento estructural; sesuele controlar con el encofrado de la viga y laplaca, el cual se construye con una contraflechaque absorbe la deformación, una vez fundido ydescimbrado el elemento estructural.

hEstructura con muros enconcreto reforzado

La estructura con muros en concreto refor-zado es un conjunto estructural en el que los




Figura 17. Esquema de estructura en muros de concreto reforzado. (Pérez,2010).

Figura 18. Diferentes secciones transversales de muros estructurales. (UNIMINUTOVirtual y Distancia, 2010).

elementos verticales (muros) se diseñan pararesistir los esfuerzos de cargas verticales y hori-zontales. El sistema industrializado, de estructuracon muros en concreto reforzado, consta de mar-cos con muros que son llenados con concreto ysujetan en su interior parrillas de acero o mallaelectrosoldada. Se caracterizan por crear marcossimétricos donde los muros divisorios de cargareciben las losas de entrepiso (véase Figura 17).

El diseño de la estructura con muros reforza-

dos considera resistir la variación del cortantey resistir el momento que produce compresiónen un extremo y torsión en el extremo opues-to; asimismo, el muro debe resistir las cargas decompresión y el diseño de la cimentación deberesistir el cortante y los momentos máximos quepueden desarrollarse en la base del muro; es poresto que se busca que la planta de la estructurasea simétrica, de esta manera, la distribución de

la rigidez en planta es igualmente simétrica y laconfiguración torsional estable (véase Figura 18).

Este tipo de estructura ofrece varias ventajasen relación con el pórtico tradicional; en zonasde riesgo sísmico, tienen mayor rigidez que lasestructuras de concreto reforzado, lo cual lespermite un comportamiento adecuado ante sis-mos moderados y poseen una buena capacidad

de deformación (ductilidad) que permite resistirsismos con alguna intensidad.

La sección transversal de los muros estructura-les presenta diferentes formas, algunos de ellostienen elementos en los extremos que permitenel anclaje adecuado de vigas transversales, paracolocar el refuerzo a flexión y para dar estabili-dad a muros con almas angostas; de esta maneratambién se proporciona a la articulación plásticaun confinamiento más efectivo.

Los muros estructurales pueden tener aber-turas para puertas y ventanas o ser completos;estos últimos pueden ser tratados como unaviga-columna; por lo tanto, en el diseño de estosmuros se considera el tratamiento de esbeltez omuro corto, como se calcula en las columnas. Serecomienda instalar los muros con aberturas enforma regular en la estructura, de esta manera segarantiza un buen comportamiento sísmico dela estructura.

La formaleta ideal para fundir los muros es-tructurales es la metálica porque ofrece, entreotras características, las siguientes: tiene mayoruso que la formaleta de madera, es más resisten-te al empuje que proporciona el concreto en elmomento de la fundida, los paneles metálicosson más fáciles de instalar a grandes alturas (porejemplo, cuando se construyen estructuras de


21/80 2


edificaciones de apartamentos) y proporcionanmejores acabados al desformaletear.

hCimentaciones profundas

La cimentación de una estructura de concreto

es el elemento estructural sobre el que se sostie-ne la edificación y el que recibe las cargas totales

transmitidas por la estructura, así como los es-fuerzos de tensión y compresión que la mismatransmite hasta los cimientos, los cuales transmi-

ten y distribuyen dichas cargas en el terreno.

La cimentación debe ser calculada y diseñada

por un especialista, quien debe tener en cuentavarios factores para determinar dicho cálculo, al-gunos de los cuales son:

• Previo al diseño de la cimentación: se debecontar con estudios de suelos que permitanverificar el tipo de suelo a diferentes profundi-dades, la capacidad portante del mismo, com-presión confinada, contenido de humedad,características y propiedades del suelo por-tante, nivel freático y tipo de suelos adyacen-tes al área donde se construirá la estructura.

•

Determinar la profundidad del estrato resis-tente, para soportar allí la cimentación.

• Determinar si los terrenos son consolidadoso no consolidados.

• Calcular las cargas vivas, muertas y sísmicasde la estructura de concreto.

• Pever las tensiones por viento que soportarála estructura de concreto.

• Calcular la capacidad de asentamiento dife-rencial y total de la estructura.

Es el profesional calculista quien determina si

la cimentación que se va a efectuar debe ser pro-funda, lo cual se establece básicamente despuésde analizar las características obtenidas en los

estudios de suelos y de hacer un efectivo análisis

del tipo de estructura de concreto y de sus pro-piedades particulares.

Se opta por una cimentación profunda en los

siguientes casos:

•

Si se requiere transmitir las cargas de la es-tructura y los esfuerzos de tensión y com-presión a los sustratos aptos y resistentes del

suelo, se determina si se usa muro pantalla,pilotes o caissons.

• Cuando los suelos superficiales no tienen la

capacidad portante para resistir las cargas ylos esfuerzos transmitidos por la estructurade concreto.

• Cuando los suelos superficiales sufren varia-ciones grandes por hinchamiento y retrac-ciones que no garantizan la estabilidad de laestructura de concreto. Esta propiedad, porejemplo, la tienen los suelos arcillosos, loscuales en presencia de agua sufren hincha-mientos considerables, y ante la presencia

de sol, sufren reducciones enormes.

• Cuando se está en presencia de terrenos noconsolidados, por ejemplo, rellenos, buscan-do el terreno consolidado con la capacidad

portante solicitada para soportar la estructu-ra de concreto.

• Si la proyección del cimiento superficial que-

dase con sustratos próximos inmediatamen-te inferiores que puedan causar asentamien-tos diferenciales a la estructura de concreto.

• Si las condiciones de la estructura especi-

fican colosales alturas y ésta se encuentrasometida a grandes tensiones debido a lascargas de viento, se recomienda realizar estetipo de cimentación y garantizar la estabili-dad de la estructura para que permanezcafirme, sin ninguna alteración, garantizando

que aún cuando las tensiones admisibles delterreno sean inferiores a las de los materialesde la estructura, los cimientos transmitan las




Tabla 5. Componentes y resistencia de postes de hormigón armado para fatiga o trabajo del hormigón a 40 kg/cm2

Lados delposte

cm

Sección delposte

cm2

Secciónarmadura al 1%

delhormigón

cm2

Altura máxima delposte sin pandeo(1)

m

Resistencia a 40kg/cm2

Tn

Calibrehierro

redondo en mm

20 x 2025 x 2530 x 3035 x 3540 x 40

400625900

1.2251.600

4,006,259,00

12,2516,00

3,003,754,505,256,00

1625364964

4 de 124 de 144 de 184 de 204 de 22

45 x 45

50 x 5055 x 5560 x 60

2.025

2.5003.0253.600

20,25

25,0030,2536,00

6,75

7,508,259,00

81

100121144

8 de 18

8 de 208 de 228 de 24

Notas:1) La altura máxima para que no haya pandeo es de 15 veces el lado menor.2) Para éstos, los estribos son de 6 mm cada 20 cm. Estos postes pueden armarse igualmente con ocho redondos; es decir,

en las esquinas del cuadrado y en la mitad de los lados, siempre que los ocho hierros redondos den por sección en cm2 losseñalados en la tabla.

3) Para éstos, los estribos son de 8 mm cada 20 cm. El solape de hierros en el empalme de los postes es igual a 40 veces eldiámetro y nunca menos de 60 cm. Para el manejo del hierro en estos postes de sección grande se colocan ocho hierrospor poste en vez de cuatro.

Fuente: Igoa, 1986.

acciones del edificio dentro de ciertos límitesque permitan la seguridad de la estructura.

• Es fundamental que el profesional a cargodel diseño de la cimentación interprete conprudencia los resultados de ensayos y deinvestigación del suelo portante, conside-rando que éstos pueden tener variaciones ycambios bruscos en pequeñas áreas, puedenpresentar declives, los estratos pueden variarde espesor y deformarse de diferente mane-ra, bajo las mismas condiciones de carga endistintas partes del área de estudio.

Las cimentaciones profundas están compues-tas por diferentes estructuras, las cuales se deta-llan a continuación.

PilotesMerrit (1987) expone: “Los pilotes son colum-

nas esbeltas subterráneas, generalmente colo-cados en grupos. Pueden soportar sus cargas através de una reacción, en la punta, fricción a lolargo de sus costados, adherencia al suelo o unacombinación de estos medios. Así, el comporta-miento de una cimentación de pilote dependede la resistencia de los pilotes y de las capacida-des de carga y de resistencia del esfuerzo cortan-

te del suelo” (pp. 7-29).

El pilote es un sistema de cimentación profun-

da, relativamente costosa, por lo general es un

elemento prefabricado, construido de diferen-

tes formas, tamaños y materiales (como made-

ra, concreto, concreto reforzado o acero); debe

tener una relación entre la longitud y el área de

sección del pilote con el fin de evitar el pandeode este; de acuerdo con la norma, la longitud

total del pilote dividido por el lado menor de la

sección del mismo no debe ser mayor a 15, o de

otra manera, la longitud del poste no debe ser

superior a 15 veces el lado menor del pilote; si

esta relación no se mantiene, el poste presenta-

rá una flexión lateral y/o pandeo del elemento

de cimentación, que afecta el buen desempeño

del mismo (véase Figura 19).

Para calcular el pandeo de un pilote, se multi-

plica la sección del mismo por 40, considerando

que el acero del concreto reforzado del pilote

no tenga un recubrimiento mayor a 1.5 cm. Por

ejemplo, si la sección del pilote es de 20 cm x

20 cm, los 400 cm2 por cada 40 kg/cm2 resisten

16 toneladas. En la Tabla 5 se detalla, además, la

sección del pilote y la altura máxima del mismo

sin pandeo. El pilote puede tener una sección

cuadrada, rectangular o redonda; la relación que

aquí se expone se establece en el caso de que el


23/80 2


Pandeo

Pilote con

pandeoPilote hincado

sin pandeo

Figura 19. Sección de un pilote y pandeo del pilote. (UNIMINUTO Virtual yDistancia, 2010).

P

Figura 20. Hincado de pilote. (UNIMINUTO Virtual y Distancia, 2010).

i i i i i i il

Superficie de cargaincidente sobre pilote

Figura 21. Distribución de superficie de carga sobre un pilote. (UNIMINUTOVirtual y Distancia, 2010).

por fricción, estableciendo una resistencia alcorte entre el suelo y el pilote.

El pilote se puede instalar aislado o en grupos,

puede ser nuevo en un área, puede apoyar unacimentación existente o reforzarla o ampliarla. El

hincado de pilotes se realiza generalmente conmartinete, y a medida que se va hincando el pi-

lote, el suelo se va desplazando, empujándolohacia el fondo o hacia los lados (véase Figura 20);

en algunos casos, el martinete sobre un segun-do pilote puede causar daño por vibración a un

primer pilote hincado; es importante entoncestener en cuenta estas consideraciones al decidir

la instalación. Al martinete se le pueden instalardiferentes pesos (ligeros o pesados), dependien-do del tipo de suelo.

Los pilotes se pueden hincar también con

plantas, unidades especializadas o grúas, plu-mas, gatos o vibradores de alta y baja frecuencia,

y se pueden instalar en forma vertical o inclina-da, según el diseño realizado por el especialista.

La superficie de carga que incide sobre un

pilote se establece del área del pórtico de la es-tructura (véase Figura 21). Sobre la mitad de las

luces alrededor de cada pilote se forma una figu-ra geométrica, la cual constituye lo que se deno-

mina la superficie de carga. Un pilote distribuyecarga sobre un área suficientemente grande de

un suelo débil, para soportar con seguridad di-chas cargas, o transmite en la punta las cargas

recibidas de la estructura al suelo de fundación.La carga que distribuye el pilote al suelo de fun-

dación depende de la ubicación de éste respectoal pórtico de la estructura; así, se establecen tres

tipos de pilotes:

pilote tenga una sección rectangular, con la me-nor dimensión de la sección.

Según el trabajo que realicen, hay dos tipos depilotes:

h Pilotes de punta: estos van hincados hasta

encontrar estratos de gran soporte para laestructura de concreto, y el pilote adquierela capacidad de carga del estrato que se en-cuentra en la punta del mismo y transmitedirectamente la carga de la estructura al es-trato de apoyo.

h Pilotes de fricción: obtienen la capacidadde carga del material que rodea la superficiedel pilote; por esta razón, él mismo trabaja


24/80


25/80 2


Acero en dos direcciones

P

Figura 23. Placa flotante con las cargas de la estructura y las presiones de contacto del sustrato. (UNIMINUTO Virtual y Distancia, 2010).

hCimentaciones superficiales

La cimentación superficial está representadapor los elementos estructurales, que reciben lascargas de la estructura de concreto y las transmi-ten al suelo en grandes áreas. Este suelo es su-perficial, se encuentra entre 1 y 4 metros de pro-fundidad y tiene la capacidad portante requeridapara recibir y soportar las cargas transmitidas.

Es importantísimo que el profesional especia-lista que diseña la cimentación de la estructurade concreto cuente con los elementos requeri-dos para seleccionar y diseñar la cimentaciónmás adecuada, y objetivamente la de mejorescostos para el proyecto. Por lo tanto, el estudiode suelos es imprescindible, así como el análisis

y la determinación cuidadosa que realice el cal-culista de los resultados de suelos. En este tipode cimentación es fundamental que el diseño delos elementos estructurales se apoye en suelosdonde no se causen asentamientos diferencialesconsiderables, porque, de lo contrario, la esta-bilidad de la estructura corre riesgos. Todos lossuelos, cuando se someten a cargas, sufren com-presiones considerables y causan asentamientosa la estructura de concreto; por esta razón, esfundamental que el asentamiento total de la es-

tructura esté calculado y limitado a una cantidadtolerable para la seguridad de la estructura y quelos asentamientos diferenciales sean nulos. Estosasentamientos se limitan así:

h Los cimientos deben transmitir la carga dela estructura hasta el estrato de suelo, con la

capacidad portante requerida para absorberlas cargas y los esfuerzos de la estructura deconcreto.

h La carga de la estructura de concreto debeser distribuida uniformemente sobre un áreagrande y suficiente para minimizar las pre-siones de contacto con el suelo.

La cimentación superficial es más económicaque la cimentación profunda, es también diver-sa, fácil de construir y, entre otras, se destacan lasplacas flotantes, las zapatas y las cimentacionescorridas.

Placas flotantesEstos elementos estructurales se construyen en

toda el área de terreno que ocupa la edificación;deben ejecutarse sobre el suelo de cimentaciónconsolidado que admite las cargas uniformestransmitidas por la estructura de concreto. Lasplacas flotantes son losas de cimentación apoya-das directamente sobre el terreno y sometidas aesfuerzos de flexión, primordialmente (véase Fi-gura 23). Se construyen en concreto y tienen en suinterior refuerzo de acero en las dos direcciones.

El profesional especializado determina el

cálculo y diseño de la placa flotante, y con ellose obtiene el espesor de la misma, el cual estárelacionado con los momentos flectores queactúan sobre la placa, las cargas vivas y muertastransmitidas por la estructura de concreto ylas propiedades y características del suelo decimentación. Se debe considerar también, en




Figura 25. Planta de cimentación combinada. (Pérez, 2010).Figura 24. Zapata cuadrada vista en planta. (Pérez, 2010).

este caso, las propiedades elásticas del concretoestructural de la placa flotante, y se requiereestimar la distribución de las presiones decontacto que actúan sobre la placa flotantecomo cargas hacia arriba y así determinarasentamientos o deformaciones.

Considerando que la placa flotante tienecontacto total del área de cimentación con elárea que ocupa la estructura de concreto, esprioritario considerar el análisis del elemen-to estructural con propiedades relativamenteflexibles o rígidas; en caso que la losa de ci-mentación sea rígida, se puede suponer quelos asentamientos en todos los sitios de la ci-mentación van a ser básicamente iguales, en-tonces, la presión de contacto o reacción de la

subrasante será también igual. Esto se deter-mina si el eje de la cimentación coincide con laresultante de las cargas.

ZapatasSon elementos estructurales de cimentación,

construidos en concreto estructural, cuya fun-

ción es cimentar la estructura y recibir a travésde las columnas las cargas de la misma y trans-mitirlas al suelo de fundación, proporcionandoestabilidad y seguridad a la estructura. La zapa-ta es el tipo de cimentación superficial de usomás común en suelos con capacidad razonablede carga (véase Figura 24).

Las zapatas, de acuerdo con su desempeño, seclasifican en:

h Aisladas: cada zapata se construye inde-pendiente de las demás de la estructura.

h Combinadas: son zapatas aisladas, amarra-das por viga de cimiento y/o combinadas conmuros de contención y muros estructurales,

como la que se muestra en la Figura 25.

h Continua bajo los muros: es igual de largaa los muros de mampostería y a los murosestructurales que soporta.

h Continua bajo las columnas: se construyea lo largo y debajo de una fila de columnas.

h Arriostradas: a las zapatas aisladas se lesda continuidad con las riostras que las unen

dentro de la estructura.

Se requiere que las zapatas reciban las cargasde los muros y las columnas en forma concéntri-ca con el fin de evitar su inclinación, si el suelo


27/80 2


Figura 26. Zapata excéntrica vista en planta. (Pérez, 2010).

Tabla 6. Dimensionamiento de zapatas de hormigón armado, según la resistencia del terreno en kg/cm2

Sección de poste, queactua en la zapata

lado en cm

Carga queaguanta

Tm

Secciónzapata

lado en m

Altura útilcm

Alto totalparrilla

cm

Secciónde hierroredondo

cm2

Coeficiente detrabajo del terreno

0,20 kg/cm2

15 x 1520 x 2025 x 2530 x 3035 x 3540 x 40

102025405060

2,24 x 2,243,17 x 3,173,54 x 3,544,50 x 4,505,00 x 5,005,48 x 5,48

48617896

100111

536678

100105115

4,8510,4012,4019,5024,0030,00

Coeficiente de

trabajo del terreno 2kg/cm2

25 x 2530 x 30

35 x 3540 x 4045 x45

2040

506080

1,00 x 1,001,42 x 1,42

1,60 x 1,601,75 x 1,752,00 x 2,00

3051

495367

3555

545872

4,7610,30

11,7214,3018,12

Coeficiente detrabajo del terreno

2,5 kg/cm2

25 x 2530 x 3035 x 3540 x 4045 x 45

2040506080

0,90 x 0,901,10 x 1,101,20 x 1,201,55 x 1,551,80 x 1,80

2637434767

3042485272

4,386,337,27

12,8316,65

Nota: La profundidad de los pozos donde se van a apoyar las zapatas debe ser hasta alcanzar el terreno apto para soportar el coeciente de trabajo.

Si el terreno rme está próximo a la supercie, caso raro, la profundidad mínima debe ser de un metro (1 m), para que la tierra no se vea afectada

por las heladas.

En todo caso, el terreno debe ser analizado en un laboratorio.

Fuente: Igoa, 1986.

Según su dimensión, las zapatas se clasifican

en: rígidas y flexibles.

El profesional calculista diseña las dimensio-

nes de las zapatas de acuerdo con las cargas

de servicio y presiones de suelo o presiones

de contacto admisibles, estableciendo que elelemento estructural de cimentación tenga la

capacidad precisa para resistir los momentos

cortantes y otras acciones internas que produ-

cen las cargas aplicadas (véase Tabla 6). De esta

manera, se denominan zapatas rígidas aquellas

cuyo vuelo es menor o igual que la altura, mien-

tras que las zapatas flexibles son aquellas en las

que el vuelo es mayor que la altura. Las zapatas

en general presentan forma cuadrada, rectan-

gular, circular y poligonal, la forma la determina

el profesional calculista diseñador.

El proceso constructivo de la zapata es

el siguiente:

h Localización del elemento estructural en elterreno.

h Realización de la excavación teniendo encuenta los niveles y, considerando la profun-

transmite presiones de contacto mayores de unlado que del otro. Si la columna soportada no esconcéntrica con el área de la zapata o si la co-lumna transmite carga y momento flector, estazapata se denomina excéntrica (véase Figura26). Cuando el pórtico de la estructura colindacon otras construcciones, en estos linderos delpórtico, las zapatas se deben diseñar y construirexcéntricas, de tal manera que el elemento es-tructural se sitúe sobre el terreno pertenecienteal proyecto.




Figura 27. Cimentación corrida. (Pérez, 2010).

didad de la excavación, aumentar en cincocentímetros para el solado.

h Si se necesita sobreexcavar alrededor delárea de la zapata, se requiere la formaletapara la misma. En general, el terreno sirve deformaleta.

h Fundición del solado con concreto pobre. h Protección de las paredes de la excavación

con polietileno.

h Armado e instalación de la parrilla de acerode refuerzo.

h Armado e instalación del acero de la colum-na (los flejes longitudinales quedarán ama-rrados a la parrilla de la zapata) e instalar losflejes de la columna.

h

Fundición de la zapata con el concreto esta-blecido en el diseño.

h Realización del curado del concreto del ele-mento estructural.

El constructor realiza una programación deejecución de obra, en la cual se integra la pro-gramación de ejecución de la cimentación. Seestablece compra de materiales, mano de obra,equipos y construcción. En algunas ocasiones, se

requiere realizar las excavaciones con retroexca-vadora, ya sea por la profundidad de los cimien-tos, por la topografía del terreno o por la ampli-tud de la obra. En general, para la cimentación seutiliza concreto premezclado. Sólo en obras pe-queñas o en sitios fuera del alcance de la centralde mezclas se elabora el concreto in situ.

Es fundamental dentro de la programaciónde la cimentación considerar el clima, nivel freá-tico y tipo de suelo, puesto que estas variables

implican procesos constructivos diferentes, puesiniciar una cimentación en época de invierno im-plica costos mayores, puesto que se deben pro-teger las excavaciones para evitar derrumbes in-ternos; implica también limpiar el agua y el barrodentro de las excavaciones antes de fundir, usarmotobombas cuando la acumulación de agua esgrande y en presencia de lluvias se evita el fundi-do del elemento hasta que no haya precipitación.

Cimentaciones corridasSon elementos estructurales de cimentación

que sirven como apoyo a dos o más columnas,a muros de concreto reforzado y/o muros demampostería estructural, tal como se obser-va en la Figura 27. Estos elementos tienen unagran longitud si se comparan con el ancho de lasección transversal. Se consideran como un ele-mento de cimentación rígido, por lo tanto susasentamientos son generalmente iguales, no sepresentan diferenciales. En algunos casos, las za-patas de diseño pueden resultar muy juntas unaa la otra o incluso traslaparse, en estos casos, elprofesional calculista determina si se realiza unazapata continua.

Para la construcción de muros de concreto es-

tructural es usual realizar cimentaciones corridasque generalmente tienen una sección rectangu-lar; sin embargo, pueden variar de acuerdo conel concepto del calculista diseñador. El cálculodel cimiento corrido se relaciona directamentecon: las características del suelo de fundación, lascargas transmitidas por la estructura, la resisten-cia a la compresión del suelo y la presión admisi-ble sobre el terreno. Si la altura del cimiento en eldiseño es muy grande, el calculista puede optarpor realizar una cimentación escalonada, consi-

derando el ángulo de reparto de las presiones.

Cuando se construye la cimentación corrida,se puede dar la posibilidad de que la fundida delmismo se deba interrumpir en algunas ocasio-


29/80 2


Figura 28. Diversas secciones de columna con elacero de diseño. (Pérez, 2010).

Columna

poco esbelta

Falla por

aplastamiento

P

P

Columna

esbelta

Falla por

pandeo

Figura 29. Condiciones de columna corta y columna larga sometidas a una carga. (UNIMINUTO Virtual y Distancia, Pérez, 2010).

nes por procedimientos constructivos; en estoscasos, se consideran las juntas para el concreto,según lo establecido por la norma.

hColumnas, vigas, placas

Las columnas, vigas y placas, son elementosestructurales que forman parte del pórtico; cadauno tiene una función dentro del mismo y unascaracterísticas de diseño y construcción. De igualforma, se deben construir en un orden predece-sor, acorde a los procedimientos constructivos,partiendo del punto de cimentación hacia el pri-mer nivel de la estructura; una vez fundidos loscimientos, se arman y funden las columnas, en-seguida se arman y funden las vigas y por últimola placa. En algunas ocasiones, las vigas quedan

embebidas dentro de la placa; en este caso, searman viga y placa y luego se funden los dos ele-mentos en el mismo momento.

ColumnaEs un elemento estructural vertical sometido

principalmente a compresión por el soporte decargas que provienen de las vigas del pórtico,

transmitidas por la estructura. La columna se di-seña por un profesional especialista, involucran-do en su cálculo la posición que ésta ocupa en laestructura y las cargas a las que está sometida; suforma es versátil, en general se construye la co-lumna cuadrada, rectangular o redonda (véaseFigura 28). Las dos primeras formas se arman conrefuerzo vertical longitudinal, mínimo cuatro va-rillas con flejes que amarran las varillas longitu-dinales cada cierto espacio, determinado por elcálculo; la columna redonda amarra las varillaslongitudinales en dos formas: con flejes espacia-dos o con espiral continúo alrededor del acero.

Sin embargo, debido a la versatilidad de for-mas que permite crear el concreto, la columnaes un de los elementos que usan los arquitectos

para sus diseños. Y considerando que la columnageneralmente es un elemento visible del pórtico




Figura 31. Vigas de sección I y T en concreto. (UNIMINUTO Virtual y Distan-cia, Pérez, 2010).

Figura 30. Diversas secciones de vigas con el acero de diseño. (Pérez, 2010

de esta manera, el profesional calculista diseña

el elemento cumpliendo con la normatividad de

la NSR-98, hoy NSR-10, y determina la sección

de concreto de la viga, el acero longitudinal, los

flejes y los aceros requeridos para absorber mo-mentos y cortantes (véase Figura 30).

La viga, por lo general, se construye en con-

creto reforzado o también en acero o en made-

ra. La sección de la viga está determinada por el

diseño, generalmente es cuadrada o rectangular,

aunque existen otras formas, gracias a la versati-

lidad de las representaciones que permite elabo-

rar el acero y el concreto (véase Figura 31).

PlacaEs un elemento estructural que forma parte

de la estructura y es por lo general el elemento

horizontal construido sobre las vigas sostenidas

por las columnas. Cuando la placa es de cubierta,

puede construirse en forma inclinada, pero en

algunos casos puede construirse directamente

apoyada sobre las columnas.

que enmarca espacios, fachadas y puede formarparte de los acabados y de la decoración, éstase puede construir en formas, secciones y ma-teriales inimaginables. Entre los materiales más

comunes para construir columnas se tienen lossiguientes: concreto, acero y madera.

Para el profesional calculista es fundamentalrealizar un análisis del tipo de columna que se va adiseñar, ya que de acuerdo con las dimensiones deésta y la relación que hay entre la sección y la lon-gitud de la misma, se denomina columna corta ocolumna larga. El objetivo del diseño es que el ele-mento estructural ofrezca equilibrio, resistencia,funcionalidad y estabilidad y que soporte las car-

gas que recibe, con un diseño que cumpla lo esta-blecido por la norma NSR-98, hoy NSR-10. En unacolumna poco esbelta o corta la falla ocurre poraplastamiento, en tanto que los elementos másesbeltos fallan por pandeo, tal como puede obse-rarse en la Figura 29. Es así como la resistencia de lacolumna sometida a compresión por las cargas dela estructura presenta dos límites que deben ab-sorber: el de resistencia para columnas cortas y elde estabilidad para columnas largas determinadasen las dimensiones de cálculo de las columnas.

VigaEs un elemento estructural que forma parte

del pórtico y que se encuentra sometido princi-palmente al esfuerzo de compresión, momentosflectores, esfuerzos de reacción en los apoyos y aesfuerzos cortantes. Todos estos esfuerzos y mo-mentos deben ser absorbidos por el elementoestructural para no poner en riesgo la estructura;


31/80 3


Figura 32. Planta de una placa armada en dos direcciones. (Pérez, 2010).

Figura 33. Aligeramiento en icopor para placa de entrepiso. (Pérez, 2010).

La placa puede ser maciza o aligerada, puedeconstruirse en una o en dos direcciones (véaseFigura 32) . La placa maciza contiene parrilla deacero armada en dos direcciones, acorde al cálcu-lo del profesional, y su uso depende del diseño.La placa aligerada también se puede construir enuna o dos direcciones, y el cálculo determina ladisposición de las viguetas, la sección de éstas y lasección de las vigas principales. El aligeramientoutilizado es de una gran diversidad de materialesy formas, son usuales los tabelones de arcilla y deconcreto (un tabelón es un bloque hueco que seusa como aligeramiento para losas de entrepiso ode cubierta), igualmente son usuales los aligera-mientos de icopor (véase Firgura 33), de guadua(son muy comunes y en la actualidad no se reco-miendan por protección a la naturaleza), de PVC,

prefabricados de concreto y una gran diversidadde elementos construidos con ceniza provenien-te del carbón, cascajo de arroz, cisco de café conPVC, entre muchos otros materiales.

El proceso constructivo de una placa es com-plejo y requiere una planeación muy completa.Previamente al inicio de esta actividad, se requie-re realizar un plano de la formaleta, el despiecede esta, los elementos a utilizar, así como el des-piece de aligeramientos tanto en placas reticula-

res como de otras formas. Este material se debesolicitar con un tiempo determinado y planificarel inicio de ejecución de la placa. Los pasos quedeben seguirse son:

h Localización de la formaleta para la placa. h Instalación de tableros y parales debida-

mente nivelados.

h Armado del acero de vigas. h Armado del acero de viguetas. h Armado y tendido de redes eléctricas. h Armado y tendido de redes hidrosanitarias. h Armado y tendido de redes de gas.

h Instalación de la formaleta perimetral. h Instalación de malla de acero para la tortainferior.

h Instalación preliminar del aligeramiento. h Refuerzo general de la formaleta. h Revisión total de niveles y limpieza general

de la formaleta. h Aplicación del desformaleteante. h Fundición de la placa.El proceso de curado de la placa debe ser muy

cuidadoso; es importante que en la obra se desti-

ne a un encargado para que realice esta actividadcon el fin de que la ejecución de este elementosea exitosa. Si no se usan aditivos en la placa, niacelerantes de fraguado, una vez realizado el fra-guado y curado el total de la placa, se procede adescimbrar procurando dejar los parales debajode las vigas y en puntos críticos mientras se eje-cutan los pisos superiores. Los aceros de las co-lumnas del piso siguiente se empiezan a armar alos dos días de fundida la placa, luego se puedecontinuar el proceso de fundida de columnas y

armado y fundida de vigas.

hMuros en concreto reforzado

Son elementos estructurales calculados y cons-truidos como una pared y se diseñan para resistircargas verticales, horizontales y sísmicas. El pórti-co lo conforman el cimiento, los muros estructura-les y las placas. El pórtico de una estructura arma-




Figura 34. Muros en concreto reforzado. (Pérez, 2010).

da con muros en concreto reforzado no contienecolumnas ni vigas (véase Figura 34).

En la actualidad, en construcciones de vivien-

da, es muy usual utilizar las estructuras fabricadascon muros de concreto reforzado, la ejecuciónde éstos se realiza continuamente y es una acti-vidad muy rápida en relación con la construccióndel pórtico tradicional de columna-viga-placa.

El profesional calculista determina el diseño delos muros, la cantidad de acero y/o malla internay el espesor de concreto de éstos en relación conlas fuerzas horizontales, de viento y sísmicas queactúan sobre la edificación, así como las cargas

horizontales que actúan sobre la estructura. Losmuros que rodean la zona de las escaleras y lazona del ascensor son diseñados para que ac-túen como muros de cor

libro construccion elementos estructurales concreto baja

Documents