INTRODUCCION

Trabe y columna es un sistema estructural el cual distribuye cargas a soportes a través de la disposición de miembros verticales y horizontales. Los miembros verticales están referidos a postes o columnas y resisten principalmente fuerzas compresivas. Los miembros horizontales están referidos a vigas o trabes y resisten el volteo y dan equilibrio. Los postes son muy comunes en la naturaleza. Un típico ejemplo son las piernas del hombre, los troncos de los árboles y el tallo de las flores. En contraste, las vigas horizontales y por lo tanto el sistema de viga y columna, es prácticamente inexistente en la naturaleza. Hay muchas formas en la naturaleza que asemejan el sistema de vigas y columnas, sin embargo la forma de las vigas es curvilínea. Estas vigas conformas curvilíneas no distribuyen ninguna de las cargas de tensión o compresión con un pequeño o casi ningún giro.

Se denomina muro de contención a un tipo estructura de contención rígida, destinada a contener algún material, generalmente tierras. Se utilizan para detener masas de tierra u otros materiales sueltos cuando las condiciones no permiten que estas masas asuman sus pendientes naturales. Estas condiciones se presentan cuando el ancho de una excavación, corte o terraplén está restringido por condiciones de propiedad, utilización de la estructura o economía.

Por ejemplo, en la construcción de vías férreas o de carreteras, el ancho de servidumbre de la vía es fijo y el corte o terraplén debe estar contenido dentro de este ancho. De manera similar, los muros de los sótanos de edificios deben ubicarse dentro de los límites de la propiedad y contener el suelo alrededor del sótano

Trabes o vigas

Son elementos horizontales de carga que soportan elementos de entrepiso o de cubierta, y pueden ser de concreto armado, prefabricadas, acero etc.

Las trabes son elementos que soportan la mayor parte de la carga y los mayores esfuerzos de torsión. Están constituidos por al menos cuatro varillas de acero corrugado dispuesta en los extremos de un cuadrado alrededor de 25 x 25 cm, con una serie de anillos de fijación o estribos, que forman el armazón dependiente De la forma en que se requiera; posteriormente han de rellenarse estas estructuras o armazones con concreto, para darle mayor rigidez y fuerza.

Podemos clasificar a las trabes como:

1.- Contratrabe o Cadenas de liga: Se utilizan enclavadas en el terreno natural y sobre las cuales descansan los muros y los castillos También pueden estar sobre la superficie del terreno natural o parcialmente enclavadas.

2. Trabes de amarre: Las trabes de amarre son trabes que se emplean para soportar las cargas de los muros y de las losas, deben tener un grueso igual al del muro y una altura mínima de 15cm, una anchura mínima de 12cm y debe tener intersección con la columna. Estas trabes deberán colocarse a la altura del entrepiso para que queden embobinadas en la losa, a la altura de enrase de cubierta de la construcción. Otra función de las trabes de amarre es la de servir de soporte en huecos donde han de instalarse puertas o ventanas.

Existen varios tipos de trabes de acuerdo a sus apoyos es la siguiente:

Trabes simplemente apoyada o trabe simple Esta tiene apoyos cerca de sus extremos pero éstos solo restringen los movimientos verticales; es decir los extremos de la viga pueden rotar libremente cuando las cargas tienen una componente horizontal o cuando el cambio de longitud de la viga debido a la temperatura puede ser importante, los apoyos también tienen que evitar movimientos horizontales. En tal caso suele bastar con la restricción horizontal en uno solo de los apoyos. La distancia que hay entre los apoyos recibe el nombre de claro. La carga que tiene que soportar cada uno de los apoyos se denomina reacción.

Trabes con extremos empotrados y el otro simplemente apoyado. Cuando se coloca un apoyo simple bajo el extremo de una trabe en voladizo, el resultado es la trabe que tiene un extremo empotrado y el otro simplemente apoyado.

Trabe doblemente empotrada La trabe doblemente empotrada tiene ambos extremos empotrados y en ninguno de ellos puede haber rotaciones ni movimientos verticales. En la práctica es difícil lograr un extremo perfectamente empotrado, de modo que lo más usual es que se permita cierta rotación en los extremos de la trabe. Por consiguiente, casi todas las condiciones de apoyo son intermedias entre las de una trabe simple y las de una empotrada.

Trabe con voladizos Es una trabe que vuela más allá de sus apoyos simples. Los voladizos así formados, tienen un extremo libre, como las autenticas trabes en cantiliver, pero los apoyos permiten una libre rotación.

Columnas

Las columnas representan el elemento vertical de soporte para la mayoría de las estructuras a base de marcos. La adecuada sección de su tamaño, forma, espaciamiento y composición influyen de manera directa en la capacidad de carga de las columnas; estas se deben referir al conjunto al que pertenecen, el sistema en el que trabajan, es decir, a las características generales del edificio en términos de la forma en que se encuentran definidas las partes integrantes. Estas partes se denominan marcos y son estructuras reticulares que contienen un cierto número de claros para una serie de niveles o entrepisos. Las columnas forman una unidad con las trabes o vigas de entrepiso y trabajan en conjunto, el cual es capaz de tomar momentos flexionantes y fuerzas cortantes, como resultado de la aplicación de cargas gravitacionales y accidentales, para distribuirlas a lo largo y ancho del marco y así obtener mejor equilibrio de fuerzas o acciones externas. Las características de altura y sección de la columna, al interactuar con las secciones de las trabes que llegan a un mismo nodo, producen un grado de altura efectiva de columna. Esto se traduce en

un factor de esbeltez, que permite determinar la capacidad real de una columna en función de la altura, su sección transversal y el número de elementos que le dan soporte lateral.

Las columnas y su grado de esbeltez (L /r): Es el cociente de la longitud entre puntos de apoyos laterales consecutivos y el radio de giro mínimo de la sección transversal de la columna, con respecto al eje centroidal alrededor del cual puede sufrir una flexión lateral o pandeo. Las columnas se clasifican de acuerdo a los siguientes criterios: por su grado de esbeltez, por su geometría y por el material del que están constituidas. A continuación se describirá cada uno de estos criterios.

Grado de Esbeltez • Columnas cortas: El grado de esbeltez es menor a 30. Estas columnas se rompen bajo una

carga axial que produce un esfuerzo unitario casi constante y que corresponde al punto crítico de elasticidad para materiales dúctiles o la resistencia a la ruptura por compresión para materiales frágiles. La carga crítica depende de área de la sección transversal y de la resistencia del material.

• Columnas largas: El grado de esbeltez es mayor a 150. Estas columnas fallan por pandeo. La carga crítica para una columna de este tipo depende de su rigidez, longitud y condiciones de apoyo lateral en los extremos a lo largo de la columna. Cuando se alcanza la carga crítica, la columna queda en equilibrio inestable y el más pequeño desplazamiento lateral al eje aumentará progresivamente hasta que el material falle en algunos de sus puntos, por los esfuerzos combinados de compresión y flexión.

• Columnas para edificios: El grado de esbeltez esta entre 30 y 120. Estas columnas componen una serie, que va desde las columnas cortas a las largas y algunos de cuyos tipos pueden tener las características de unas y otras, las columnas pueden fallar por compresión directa del material, si tienen características de las cortas, por flexión lateral o pandeo si tienen características de las largas o por un defecto local seguido de un pandeo.

Geometría La geometría que pueden adoptar las columnas de concreto reforzado son diversas, las empleadas más comúnmente son las cuadradas, rectangulares y circulares.

• Las cuadradas tienen la ventaja de presentar el mismo momento de inercia en ambas direcciones, con lo que su resistencia, se puede decir es igual tanto para el eje x como para el eje y. Presentando las mismas proporciones en ambas caras y son fáciles de modular en relación con otros elementos de la construcción.

• Las rectangulares se tienen momentos de inercia diferentes entre el eje mayor y el eje menor de la columna, Para este tipo de secciones es necesario calcular los momentos resistentes y su capacidad de carga para cada uno de sus ejes.

• Las circulares tienen características de simetría en sus ejes, los cuales se pueden suponer perpendiculares entre sí, hecho que las hace similares en su comportamiento a las cuadradas. La geometría circular requiere de consideraciones especiales de diseño en relación con las cuadradas y rectangulares.

Columnas de acuerdo a los materiales: • Columnas de tabique: Las columnas de tabique son aquellas que se constituyen a base de

ese material y las dimensiones de las columnas se logran acomodando el tabique en formas diferentes formas. El mortero usado para asentar tabique generalmente es (cemento / arena).

Una disposición en forma de rehilete producirá a la columna, una pequeña cavidad central. En la parte de la cavidad se coloca una varilla de acero, para estar reforzada, esta columna se acepta como mínimo 16 pulg. De ancho. • Columnas de concreto: Son elementos de apoyo vertical en una estructura. Las columnas de

concreto quedan comprendidas de las siguientes categorías: 1. Cuadradas con refuerzo (zunchado) 2. Redondas con refuerzo (Espiral)

Las columnas zunchadas: El refuerzo se mantiene en su lugar mediante anillos hechos de varilla de refuerzo. Este tipo de refuerzo puede adoptar con facilidad otras formas así como cuadradas, rectangulares etc. Las columnas espiral: Son aquellas en las que el refuerzo se coloca dentro de un círculo, con el grupo completo de varillas encerrado por un espiral cilíndrico hecho de varilla de acero o alambrón.

El tipo de apoyo de una columna determina su longitud libre de pandeo, su esbeltez o su grado de restricción de tal manera que al trabajar en voladizo, para efectos de diseño su altura se duplica. Este comportamiento provoca una reducción en la capacidad de carga de la columna. Tradicionalmente se han clasificado las columnas según su esbeltez, en largas y cortas.

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Muros de Contencion

Los muros de contención tienen como finalidad resistir las presiones laterales ó empuje producido por el material retenido detrás de ellos, su estabilidad la deben fundamentalmente al peso propio y al peso del material que está sobre su fundación. Los muros de contención se comportan básicamente como voladizos empotrados en su base. En general los empujes son producidos por terrenos naturales, rellenos artificiales o materiales almacenados.

Hasta finales del siglo XIX, se construían muros de mampostería y piedra, a partir del siglo XX se comenzó a construir muros de concreto en masa y de concreto armado, desplazando en muy buena parte a los materiales anteriormente utilizados.

Se construyen de dos tipos:

- Mampostería- Concreto Armado

Para proyectar muros de sostenimiento es necesario determinar la magnitud, dirección y punto de aplicación de las presiones que el suelo ejercerá sobre el muro.

El proyecto de los muros de contención consiste en:

a- Selección del tipo de muro y dimensiones.

b- Análisis de la estabilidad del muro frente a las fuerzas que lo solicitan. En caso que la estructura seleccionada no sea satisfactoria, se modifican las dimensiones y se efectúan nuevos cálculos hasta lograr la estabilidad y resistencia según las condiciones mínimas establecidas.

c- Diseño de los elementos o partes del muro.

El análisis de la estructura contempla la determinación de las fuerzas que actúan por encima de la base de fundación, tales como empuje de tierras, peso propio, peso de la tierra, cargas y sobrecargas con la finalidad de estudiar la estabilidad al volcamiento, deslizamiento, presiones de contacto suelo-muro y resistencia mínima requerida por los elementos que conforman el muro

El tipo de empuje que se desarrolla sobre un muro esta fuertemente condicionado por la deformabilidad del muro. En la interacción muro-terreno, pueden ocurrir en el muro deformaciones que van desde prácticamente nulas, hasta desplazamientos que permiten que el suelo falle por corte. Pueden ocurrir desplazamientos de tal manera que el muro empuje contra el suelo, si se aplican fuerzas en el primero que originen este efecto.

Si el muro de sostenimiento cede, el relleno de tierra se expande en dirección horizontal, originando esfuerzos de corte en el suelo, con lo que la presión lateral ejercida por la tierra sobre la espalda del muro disminuye gradualmente y se aproxima al valor límite inferior, llamado empuje activo de la tierra.

Si se retira el muro lo suficiente y pierde el contacto con el talud, el empuje sobre él es nulo y todos los esfuerzos de corte los toma el suelo.

Si el muro empuja en una dirección horizontal contra el relleno de tierra, como en el caso de los bloques de anclaje de un puente colgante, las tierras así comprimidas en la dirección horizontal originan un aumento de su resistencia hasta alcanzar su valor límite superior, llamado empuje pasivo de la tierra. Cuando el movimiento del muro da origen a uno de estos dos valores límites, el relleno de tierra se rompe por corte.

Si el muro de contención es tan rígido que no permite desplazamiento en ninguna dirección, las partículas de suelo no podrán desplazarse, confinadas por el que las rodea, sometidas todas ellas a un mismo régimen de compresión, originándose un estado intermedio que recibe el nombre de empuje de reposo de la tierra,

Se puede apreciar que los empujes de tierra se encuentran fuertemente relacionados con los movimientos del muro o pared de contención. Dependiendo de la interacción muro-terreno se desarrollaran empujes activos, de reposo o pasivos, siendo el empuje de reposo una condición intermedia entre el empuje activo y el pasivo.