Libro Construccion Elementos Estructurales Concreto

CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

i El texto de Construcción de Elementos Estructurales en Concreto permite al lector las bases fundamentales en la comprensión y el aprendizaje del funcionamiento del concreto reforzado dentro del ambiente de la construcción; como herramienta el texto muestra las características y componentes de hormigón armado, la utilización y los procesos para la elaboración de las estructuras que permiten al hombre mejorar sus condiciones de habitabilidad y de optimización de los espacios, además de visualizar al lector acerca del comportamiento interno de cada uno de los materiales y compuestos puestos en el suelo definitivo donde se ubicará cada estructura elaborada. 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.

(UNIMINUTO-IEVD, 2010)

AUTOR TITULO / AUTOR. Bogotá : Corporación Universitaria Minuto de Dios. UNIMINUTO. Instituto de Educación Virtual y a Distancia, 20XX. XX p. CDD XX ISBN XXXXX

Publicación de la Corporación Universitaria Minuto de Dios. UNIMINUTO; Cámara Colombiana de la Construcción. CAMACOL; Ladrillera Santa Fe; Secretaría de Educación de Bogotá; Alcaldía del municipio de Girardot; Sena; Colsubsidio; Soluciones Inmobiliarias;Triada Ltda; IED Colsubsidio las Mercedes; Institución Educativa Manuel Elkin Patarroyo. Convenio de Asociación para el Fortalecimiento de la Educación Técnica y Tecnológica del sector de la Construcción. CONSTRUCTEC. Con el apoyo de Pavco S.A.; Aprocof; Eternit; ICPC. Autor Jennie Evelingh Perez Ortega Director académico Padre Pablo Velázquez Abreu, cjm. Director Unidad Académica Heberto Rincón Rodríguez Coordinador Académico Heberto Rincón Rodríguez Revisión Académica Ender Jhobany Orduz Duarte Editor Rocío del Pilar Montoya Chacón Corrección de estilo Aurora Fandiño C. Diseño Fernando Alba Guerrero Iván gómez Ilustraciones Martha Ligia Jiménez Tilaguy Fotografía Jhobany Orduz Duarte Portada Mauricio Ortiz Solorzano

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Construcción de elementos estructurales en concreto ISBN: Corporación Universitaria Minuto de Dios UNIMINUTO Instituto de Educación Virtual y a Distancia Calle 81 C #72 B -05 Bogotá, D.C. Teléfono: (57-1) 2525030 – 2528849 Fax: (57-1) 2237031 Celular: 320 313 1732 Línea nacional gratuita: 01 8000 93 66 70 [email protected] http://virtual.uniminuto.edu Impreso: Talleres editoriales de El Espacio. Calle 64G N° 88A - 88 - Tel: 4362864

Bogotá, D. C., noviembre de 2010 Primera edición © Reservados todos los derechos a Convenio de Asociación para el Fortalecimiento de la Educación Técnica y Tecnológica del sector de la Construcción. CONSTRUCTEC. La reproducción parcial o total de esta obra, en cualquier medio, incluido el electrónico, solamente puede realizarse con permiso expreso del editor y cuando las copias no vayan a ser usadas para fines comerciales. Los textos son responsabilidad del autor y no comprometen la opinión del Convenio de Asociación para el Fortalecimiento de la Educación Técnica y Tecnológica del sector de la Construcción. CONSTRUCTEC.

CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Tabla de contenido

hTabla h de contenido Lista de figuras..............................................................................................................................5 Lista de tablas................................................................................................................................6 Introducción....................................................................................................................................7 Capítulo 1

PRINCIPALES ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE UNA EDIFICACIÓN

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Concreto..........................................................................................................................................9 Materiales componentes del concreto................................................................................... 10 Cemento Portland............................................................................................................... 10 Gravilla................................................................................................................................ 11 Arena................................................................................................................................... 12 Agua.................................................................................................................................... 12 Características esenciales del concreto................................................................................. 12 Fabricación de concreto..................................................................................................... 12 Transporte de concreto......................................................................................................... 14 Preparación de las formaletas.............................................................................................. 15 Colocación y manipulación del concreto.............................................................................. 16 Curado de concreto............................................................................................................... 16 Estructura en concreto............................................................................................................... 17 Principales elementos estructurales de una edificación...................................................... 18 Estructura con muros en concreto reforzado............................................................................ 19 Cimentaciones profundas............................................................................................................. 20 Pilotes..................................................................................................................................... 22 Caisson.................................................................................................................................... 24 Cimentaciones superficiales......................................................................................................... 24 Placas flotantes...................................................................................................................... 25 Zapatas................................................................................................................................... 26 Cimentaciones corridas.......................................................................................................... 28 Columnas, vigas, placas............................................................................................................... 28 Columna.................................................................................................................................. 29 Viga ..................................................................................................................................... 30 Placa ..................................................................................................................................... 30 Muros en concreto reforzado...................................................................................................... 31 Escalera........................................................................................................................................ 32

Capítulo 2

ENCOFRADO Y ACERO DE REFUERZO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE UNA EDIFICACIÓN

34

Definición de formaleta.............................................................................................................. 34 Tipos de formaleta...................................................................................................................... 35 Formaleta tradicional............................................................................................................. 35 Formaleta modular................................................................................................................ 36 Formaleta deslizante.............................................................................................................. 36 3

Tabla de contenido

Formaleta perdida................................................................................................................. 36 Uso de los encofrados................................................................................................................ 36 Partes de una formaleta............................................................................................................ 37 Partes de la formaleta para elaborar una columna........................................................... 37 Partes de una formaleta para elaborar una viga.............................................................. 37 Partes de una formaleta para elaborar una placa de entrepiso...................................... 37 Partes de una formaleta para elaborar un muro de concreto reforzado........................ 38 Procedimientos de armado de encofrados en los diferentes elementos constructivos........... 39 Armado de encofrado para columna................................................................................... 39 Armado de encofrado para viga.......................................................................................... 41 Armado de encofrado para placa de entrepiso.................................................................. 42 Armado de encofrado de muros de concreto..................................................................... 45 Interpretación de planos para encofrados........................................................................... 47 Normas de salud, higiene y seguridad industrial de la actividad........................................... 47 El acero de refuerzo................................................................................................................... 48 Características del refuerzo ................................................................................................. 49 Procedimientos de transporte de hierro.............................................................................. 50 Interpretación de planos, despiece y cartilla de hierros.................................................... 50 Corte y figurado del acero de refuerzo y uso de herramientas especiales para amarrar........................................................................................................ 52 NSR-98. Capítulo C.7 Detalles del refuerzo C.12 Desarrollo y empalmes del refuerzo...................................................................................................... 53 Normas de seguridad industrial........................................................................................... 54 Cemento y tipos de cemento..................................................................................................... 56 Capítulo 3

DOSIFICACIÓN DE CONCRETOS Y FUNDIDA DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

56

Proceso de fabricación del cemento.......................................................................................... 57 Agregados..................................................................................................................................... 58 Agregado grueso.................................................................................................................... 59 Agregado fino......................................................................................................................... 59 Aditivos......................................................................................................................................... 60 Uso de aditivos en la preparación de concretos................................................................ 60 Agua ............................................................................................................................................. 62 Concreto....................................................................................................................................... 63 Normatividad del concreto.................................................................................................... 63 Pruebas de laboratorio in situ a los concretos.................................................................. 64 Toma de núcleos......................................................................................................................... 67 Dosificación para diferentes tipos de concreto................................................................... 67 Transporte y vaciado del concreto....................................................................................... 68 Juntas y dilataciones del concreto....................................................................................... 70 Curado del concreto.............................................................................................................. 72 Glosario........................................................................................................................................ 75 Bibliografía................................................................................................................................... 79

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CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Lista de figuras y tablas

hLista h de figuras Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura

1. Almacenamiento correcto del cemento portland........................................................... 11 2. Agregado grueso.............................................................................................................. 11 3. Arena................................................................................................................................ 12 4. Mezcladora de tipo manual............................................................................................ 12 5. Mezcla de concreto a mano en vía, para elaborar concreto de 2.000 psi................ 13 6. Mezcla de concreto con uso de mezcladora para construir placa huella en vía....... 14 7. Prueba de slump al concreto que llega de la central de mezclas............................. 14 8. Toma de cilindros al concreto que llega de la central de mezclas............................ 15 9. Mixer descargando concreto en la obra........................................................................ 15 10. Mixer y bomba, colocando concreto en placa de entrepiso....................................... 16 11. Transmisión de cargas en un pórtico tradicional....................................................... 18 12. Sección de viga y columna con la distribución de acero.......................................... 18 13. Sección de estructura con viga continua, sometida a momentos flectores............... 18 14. Ubicación del acero que absorbe momentos negativos en viga................................ 18 15. Elementos de un pórtico.............................................................................................. 19 16. Flecha y contraflecha de una viga.............................................................................. 19 17. Esquema de estructura en muros de concreto reforzado.......................................... 20 18. Diferentes secciones transversales de muros estructurales......................................... 20 19. Sección de un pilote y pandeo del pilote................................................................... 23 20. Hincado de pilote.......................................................................................................... 23 21. Distribución de superficie de carga sobre un pilote.................................................. 24 22. Ejecución de caisson...................................................................................................... 24 23. Placa flotante con las cargas de la estructura y las presiones de contacto del sustrato.............................................................................. 25 24. Zapata cuadrada vista en planta................................................................................. 26 25. Planta de cimentación combinada............................................................................... 26 26. Zapata excéntrica vista en planta................................................................................ 27 27. Cimentación corrida....................................................................................................... 28 28. Diversas secciones de columna con el acero de diseño............................................. 29 29. Condiciones de columna corta y columna larga sometidas a una carga.................. 29 30. Diversas secciones de vigas con el acero de diseño.................................................. 30 31. Vigas de sección I y T en concreto.............................................................................. 30 32. Planta de una placa armada en dos direcciones....................................................... 31 33. Aligeramiento en icopor para placa de entrepiso....................................................... 31 34. Pórtico construido con muros en concreto reforzado................................................ 32 35. Corte de escalera en uno y dos tramos..................................................................... 32 36. Escaleras de diferentes tramos..................................................................................... 33 37. Formaleta y aceros de placa de escalera de entrepiso.............................................. 33 38. Formaletas varias de madera....................................................................................... 35 39. Armado de vigas embebidas en placa aligerada......................................................... 36 40. Formaleta o encofrado para columna.......................................................................... 37

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Lista de figuras y tablas

Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura

41. Formaleta o encofrado para viga................................................................................. 38 42. Formaleta o encofrado para placa de entrepiso......................................................... 38 43. Accesorios para amarrar, ajustar y nivelar las formaletas......................................... 39 44. Diversos pasos del encofrado de la columna.............................................................. 41 45. Columna hormigoneada en la base.............................................................................. 41 46. Armado de viga de cubierta......................................................................................... 42 47. Sistema hidrosanitario armado sobre encofrado de placa de entrepiso................... 44 48. Encofrado y armado de muros en concreto............................................................... 46 49. Mallas y acero en obra................................................................................................. 50 50. Juego de planos estructurales....................................................................................... 51 51. Despiece de una columna y de una viga................................................................... 52 52. Amarre y corte de acero.............................................................................................. 52 53. Ejemplo de cartilla de despiece................................................................................... 53 54. Separadores de hierro-formaleta................................................................................... 54 55. Proceso de producción de cemento............................................................................. 58 56. Corte de la sección de un elemento estructural de hormigón.................................. 59 57. Efecto de la relación A/C en las resistencias a la compresión y a la tensión por flexión a los 28 días.................................................................... 63 58. Cono de Abrams............................................................................................................ 64 59. Toma de cilindros de concreto para realizar el ensayo de resistencia..................... 66 60. Vibrado durante fundida de elementos de concreto................................................... 69 61. Junta en PVC en tanque de almacenamiento de agua.............................................. 71

hLista h de tablas Tabla 1. Dosificación de hormigones.............................................................................................. 10 Tabla 2. Dosificación de hormigones en volumen......................................................................... 10 Tabla 3. Dosificación de hormigones para un saco de cemento portland (50 kg) y arena-grava en baldes (20 L de capacidad)............................................................... 10 Tabla 4. Resistencias relativas del concreto como función del tipo de cemento........................ 11 Tabla 5. Componentes y resistencia de postes de hormigón armado. Para fatiga o trabajo del hormigón a 40 kg/cm2......................................................... 22 Tabla 6. Dimensionamiento de zapatas de hormigón armado, según la resistencia del terreno en kg/cm2.................................................................... 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........................................................................................ 61 Tabla 9. Dosificación para mezclas de concreto por unidad de volumen y para 1 m3 de mezcla................................................................................................... 67

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CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Introducción

»» Introducción

E

n Colombia, la industria de la construcción y de la infraestructura es un sector que invierte constantemente grandes sumas de dinero en proyectos particulares y estatales, generando un altísimo volumen de empleo. Además, brinda la posibilidad de ejecutar los procesos con mano de obra calificada formada en Colombia, país que cuenta con innumerables instituciones educativas de prestigio y excelente calidad, que ofrecen una educación con la tecnicidad requerida para formar profesionales en este campo. Como el concreto es parte significativa del sector de la construcción y éste a su vez incide en el desarrollo nacional, es de vital importancia formar profesionales en la construcción de elementos estructurales en concreto, que conozcan y determinen los procesos constructivos de cada uno de los elementos que conforman la estructura de una edificación, que también conozcan la normatividad nacional vigente, referente a las mismas, así como las características y especificaciones de cada uno de los componentes de la mezcla de hormigón. En el presente texto se refieren los elementos estructurales en concreto, se detallan los pasos que se deben seguir para construir la estructura de una edificación, así como cada uno de los elementos estructurales que conforman el pórtico de hormigón armado; igualmente se determina cada uno de los materiales que conforman la mezcla de concreto con un conocimiento claro, preciso, técnico y actualizado de los procesos constructivos involucrados en la construcción de edificaciones en concreto armado. Además, se introduce el conocimiento de la conformación y comportamiento de la estructura como un todo, como una unidad indivisible y de cada uno de sus elementos, partiendo de la cimentación, 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 concreto armado. En el segundo capítulo, se trata el tema de las formaletas o encofrados, cuya función es contener el concreto en estado plástico para obtener una forma determinada; este resultado se logra una vez se inicia el endurecimiento de la mezcla. Es necesario, además, que el concreto se asocie con el acero estructural y de esta manera, entre los dos

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Introducción

elementos soporten las cargas a las cuales está sometida la estructura. Así, el concreto asume la resistencia a la compresión y el acero asume la resistencia a la tensión, esta pareja logra una afinidad que permite dar a la estructura: resistencia, durabilidad, acabado, 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 las características, especificaciones, diámetros y tipos de hierro de uso en la construcción. Es fundamental reconocer cada uno de los componentes del concreto, sus características, su función dentro de la mezcla, así como el comportamiento particular del hormigón, tema que se tratará en el tercer capítulo del libro, enfatizando en los aditivos, material de uso muy común en grandes proyectos, así como la normatividad vigente en Colombia y las pruebas de laboratorio in situ, que nos permiten aprobar o desaprobar una mezcla en obra. Una vez adquiridos estos conocimientos, se estará en capacidad de desarrollar plenamente el ejercicio profesional en la construcción de estructuras de hormigón armado.

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CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Principales elementos estructurales de una edificación

CAPÍTULO

Principales elementos estructurales de una edificación

1 i

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 utilización del concreto estructural en miles de obras de infraestructura, que han dado origen a grandes ciudades, las cuales revelan un avance vertiginoso en cuanto a construcciones de todo tipo (estatal, privadas, comerciales, industriales y viales). Cada pórtico o estructura de concreto está formado por elementos básicos en concreto estructural, 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.

hConcreto h

L

a estructura de una edificación se puede considerar como la armadura del edificio, el soporte general, la columna vertebral que, una vez construida, recibirá las instalaciones hidrosanitarias, eléctricas y de gas, el cerramiento de la estructura con muros, ventanas, puertas, cubiertas y por último los acabados como pañetes, estuco, pintura, pisos y enchapes. El concreto es un elemento de gran versatilidad, que permite a quienes diseñan estructuras, considerar formas variables y permite optar por iniciativas en la ejecución de cada uno de los elementos que componen una estructura de concreto. Además, el concreto ofrece una gran resistencia al fuego y al agua y un excelente comportamiento a la intemperie; igualmente, ofrece una relación de beneficio-costo y resistencia-costo ideal para una gran cantidad de edificaciones.

El concreto se define como la mezcla de cinco elementos: agua, agregado, arena, cemento portland y aire (especificados en el apartado “Materiales componentes del concreto” de este mismo capítulo). Esta mezcla se realiza manualmente y/o mecánicamente hasta obtener una composición homogénea, plástica, que permite ser moldeada y que debe ser transportada e instalada en un área, dentro de una formaleta, donde adoptará la forma del elemento contenedor. El período plástico de la mezcla permanece, en este estado, durante las primeras horas de elaboración de la misma y se va fraguando a medida que el cemento portland reacciona químicamente con el agua, de manera que aproximadamente a las siete horas de efectuada la mezcla, ésta ya no se debe intervenir, ni se debe pretender moverla o reinstalarla o cambiar la forma que adoptó por el concreto, puesto que ya ha perdido la plasticidad y se corre el riesgo

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de no obtener la resistencia final que se espera del concreto. El concreto puede instalarse acompañado de parrillas o canastillas de hierro, obteniéndose un concreto estructural. En este caso, el concreto aporta una resistencia a la compresión de las cargas a las cuales está sometida la estructura, mientras que el acero asume la resistencia a la tensión; este dúo (concreto y acero) logra una compenetración que permite dar a la estructura resistencia, durabilidad, acabado, apariencia, estabilidad y forma. La proporción establecida en peso y/o volumen de cada uno de los elementos que componen el concreto, establece la resistencia del mismo. Igualmente, el cálculo de la relación agua-cemento incide en la plasticidad y resistencia de la mezcla de concreto. En las tablas 1, 2 y 3 se relaciona la dosificación de hormigones, en peso y en volumen. Las tablas de dosificación son una fuente de primera mano, tanto en las obras que se construyen en las ciudades como en las del campo, considerando que en las zonas urbanas se dispone de centrales de mezclas que remiten el concreto requerido directamente a la obra, mientras que Tabla 1. Dosificación de hormigones Dosificación en kg de cemento por m3 de hormigón

Tipo de dosificación

Dosificación

Cemento kg

Arena m3

Grava m3

Agua 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

0,780

200 134 (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 3. Dosificación de hormigones para un saco de cemento portland (50 kg) y arena-grava en baldes (20 L de capacidad) Dosificación

Cemento kg/m3

Arena cestos

Grava cestos

Agua l

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.

en las área rurales generalmente se debe producir el concreto con el equipo humano de la obra y las mezcladoras de uno o dos bultos.

Cemento

Arena

Grava

150 kg

1

4

8

Materiales componentes del concreto

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

En general, los materiales que componen el concreto deben cumplir las siguientes características para que se pueda obtener un producto final de calidad y con las especificaciones técnicas requeridas:

Notas: 1)La parte sólida se da en vólumen: La arena más la grava forman el 60%, siendo el 40% restante huecos. El cemento se da en kilógramos. El agua supone el 12% del volumen de sus componentes. 2) Como puede apreciarse, en los áridos la grava suele ser el doble de la arena. Fuente: Igoa,1986.

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Tabla 2. Dosificación de hormigones en volumen

Cemento Portland Está formado por cuatro componentes principales: silicato tricálcico (C3S), silicato dicálcico (C2S), aluminato tricálcico (C3A) y aluminoferrita tetracálcica (C4AF). El cemento es un polvo fino CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Principales elementos estructurales de una edificación

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

Tabla 4. Resistencias relativas del concreto como función del tipo de cemento Resistencia a la compresión, % del concreto Tipos de cemento con cemento Portland tipo I Portland 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.

que, una vez entra en contacto con el agua, presenta 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 frecuente para producir concretos estructurales, es el cemento 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. 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 cemento presenta grumos o endurecimiento, éste no debe usarse. Es fundamental revisar el peso del bulto de cemento que se compra con el fin de determinar la dosificación de uso.

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

Gravilla Es un material pétreo y duro, puede provenir de cantera y/o río; su tamaño se establece de acuerdo con el tipo de concreto que se va a producir y debe venir libre de arcilla, limo, material orgánico, tierra y suciedad. La gravilla puede alcanzar, en la mezcla, hasta el 75% del volumen total de la misma. El material no debe contener formas redondeadas, de ahí que sea importante que éste venga fracturado. En caso de que la gravilla se lave en la obra, se debe determinar la cantidad de agua de la mezcla, ya que el agregado absorbe parte del agua de lavado, cambiando la relación agua-cemento. Una de las características que debe desarrollar el agregado grueso es la capacidad para resistir el desgaste, por ello, el material debe ser duro y tenaz (habilidad del material para absorber energía durante la deformación plástica y soportar esfuerzos ocasionales superiores al esfuerzo de fluencia sin que se produzca fractura). En la mezcla de concreto deben considerarse características de los agregados que afectan la condición final del concreto, como las siguientes: densidad específica, contenido de humedad, granulometría, peso unitario y absorción de agua.

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la homogeneidad y compactación del mismo, y al colocar la mezcla en la formaleta, quedan hormigueos que, además de dar un mal aspecto al terminado, disminuyen la resistencia del concreto.

Características esenciales del concreto

Figura 3. Arena. (Pérez, 2010).

Arena Se denomina también grava fina y se recomienda la arena de río para realizar el concreto. Una característica técnica importante es considerar su módulo de finura (índice de granulometría que da la medida del grosor o finura del material) de acuerdo con lo requerido en el diseño de la mezcla. La arena debe llegar libre de material orgánico, arcillas, limos y suciedad. Un factor relevante que se debe tener en cuenta es el grado de humedad de la misma en el momento de efectuar la mezcla de concreto, en proporción a la relación agua-cemento de la mezcla. Es fundamental recordar que el exceso de agua afecta y debilita la resistencia final del concreto. Aunque la arena puede ser de río o de mar, se recomienda la del primer tipo y no la de mar, puesto que contiene, entre otros, elementos salinos que afectan la resistencia y durabilidad del concreto.

El concreto, en todo su proceso de fabricación, transporte, colocación, manipulación y curado, debe contar con procedimientos claros, específicos y normativos que conlleven a obtener un producto final determinado, de calidad y acorde al objeto del proyecto.

Fabricación de concreto Este proceso se puede realizar in situ o en fábricas de premezclados. La central de mezclas recibe el pedido de concreto con las características requeridas, como: resistencia, color, durabilidad, slump (prueba para medir la manejabilidad del concreto, una vez realizada la mezcla), y con estos datos se procede a fabricar el material que se solicita. Es importante determinar la forma de entrega y de recibido del concreto, si se va a recepcionar en obra, si el concreto se va a bombear y si requiere características especiales, como retardante de fraguado, concreto acelerado, concreto impermeabilizado, entre otros, lo

Agua Este componente debe ser muy limpio, no se debe utilizar el agua que está retenida ni la que presente color amarillo o rojo, como tampoco la que presente grandes cantidades de hierro, limos o arcillas. Se deben desechar las hojas, raíces y en general el material orgánico. Nunca se debe usar agua servida ni agua reciclada. La cantidad de agua es fundamental en la mezcla y debe ser la correcta, acorde al diseño, porque el exceso de este líquido disminuye la resistencia del concreto, y su déficit dificulta

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Figura 4. Mezcladora de tipo manual. (Pérez, 2010).

CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Principales elementos estructurales de una edificación

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 fabricación se utiliza agregado de partículas hasta de media pulgada y debe ser fluido. Los concretos de color diferente al gris, por ejemplo concreto ocre o concreto salmón, requieren el uso de agregados de determinado color y el uso de cemento blanco y de elementos que conformarán el color del concreto solicitado, de tal manera que el diseño de estas mezclas es diferente al diseño de un concreto gris. Cuando se elabora el concreto in situ, es importante considerar varios factores como: contar con un diseño de mezclas acorde a los materiales de la región, almacenar los materiales debidamente, proteger el cemento de la humedad, cubrir con plástico la grava y la arena para evitar excesos de agua y/o que la exposición al sol reseque y evapore el contenido normal de humedad de los agregados y proveer el agua en depósitos muy limpios y muy cercanos al área de mezcla. La mezcla puede hacerse tanto manual como mecánicamente; lo importante en ambos casos es obtener una mezcla homogénea, utilizando las proporciones de peso y/o volumen de materiales en las cantidades requeridas. No se recomienda mezclar concretos a mano para elementos cuyas resistencias sean mayores a 2.000 psi (libra por pulgada cuadrada). Para fabricar concretos de estructuras de edificaciones, vías, puentes, estructuras especiales, se debe contar con el diseño de mezcla realizado por un profesional especializado y con mezcladoras que garanticen la homogeneidad de ésta. Cuando se elabora el concreto a mano, se deben seguir los siguientes pasos: •

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

•

Tener las herramientas requeridas para realizar la mezcla.

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

•

Alistar la superficie de mezclado, la cual debe ser limpia, plana y no absorbente.

•

Regar la arena sobre una superficie limpia, 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 arena 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, volteando 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 adicione el total del agua del diseño.

Todos los concretos elaborados deben tener una inspección en obra y cumplir de esta manera con la normatividad vigente. Una vez fabricado el concreto, se realiza la prueba de slump, con el 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 concreto referido en el asentamiento del mismo; enseguida se deben tomar cilindros de concreto,

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Figura 7. Prueba de slump al concreto que llega de la central de mezclas. (Pérez, 2010).

le debe tomar una muestra de concreto en un boggie y con el Cono de Abrams realizar el ensayo de slump para verificar si el asentamiento promedio determinado previamente con la central de mezclas se cumple o no; luego de esto, se da o no el visto bueno para recibir el concreto (véase Figura 7). Figura 6. Mezcla de concreto con uso de mezcladora para construir placa huella en vía. (Pérez, 2010).

cuatro unidades por cochada, con el fin de medir la resistencia del concreto a los siete, catorce y veintiocho días, que es cuando se alcanza la resistencia final; el cuarto cilindro se guarda como testigo. Si el concreto es elaborado en central de mezclas, una vez llegue a la obra se deben realizar las dos pruebas citadas. Antes de recibir el concreto en obra, a cada vehículo que llegue de la central de mezclas se

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En algunos casos, cuando la mezcla llega endurecida, los funcionarios de la central de mezclas deben comunicarse con los técnicos que van a hacer entrega del concreto, quienes dan indicaciones precisas a su personal, para aplicar aditivos en este momento. Después de esto, se realiza nuevamente el ensayo de slump y el ingeniero o arquitecto encargado de la obra determina el recibo o no del concreto.

Transporte de concreto El concreto fabricado en central de mezclas se transporta en carros tipo mixer, con capacidades CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Principales elementos estructurales de una edificación

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

plana libre de impurezas o instalando un plástico que separe el suelo del concreto; el cajón puede construirse con perfiles de madera o de metal, debidamente reforzados en los ángulos para evitar que se abran y se salga la mezcla. Adicionalmente, la capacidad debe ser acorde con la cantidad de metros cúbicos de concreto que se va a recibir.

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

Por último, debe considerarse también que la recepción del concreto se haga en un sitio donde el mixer se pueda estacionar sin afectar la movilidad del área y previendo los riesgos que puedan correr el personal de obra y el personal ajeno a al proyecto de construcción.

Preparación de las formaletas de tres a siete metros cúbicos. En ciudades como Bogotá, es necesario programar con la fábrica, los desplazamientos de los vehículos, desde la zona de la planta hasta el sitio de la obra, pues se deben coordinar las horas de salida y los horarios de despacho de la planta con los horarios de pico y placa ambiental y áreas de desplazamiento. Se debe prever la recepción del concreto en obra, construyendo un cajón sobre un área

Todas las formaletas y encofrados deben estar previamente revisados por el inspector, ingeniero y/o arquitecto residente o director de obra, así como los hierros, si es que se va a fundir concreto estructural. Las formaletas deben estar debidamente reforzadas, apuntaladas y niveladas, ya que el concreto una vez instalado en la cimbra, se va a moldear y va a tomar la forma del encofrado, por lo que se debe evitar que se deforme y

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que el concreto o el agua de la mezcla se salgan de la formaleta. Es importante destacar que el peso del concreto es aproximadamente dos veces y medio el del agua, esto significa que la formaleta va a recibir un gran peso en dirección vertical y horizontal; por lo tanto, el adecuado reforzamiento de la formaleta garantiza que se construya el elemento de concreto estructural requerido. La formaleta se puede construir con madera, metal, PVC, icopor y muchos otros materiales; se requiere usar pasadores en el reforzamiento y, previo a la instalación del concreto, mojar la formaleta internamente con desmoldante para facilitar el retiro de las mismas y su reutilización.

Colocación y manipulación del concreto Una vez fabricado el concreto, se debe transportar 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 disposición final, pero si se trae de la central de mezclas, se debe depositar en el contenedor de la obra, transportándolo igualmente en boggies con llantas de goma. Si el concreto es para bombear, la mixer y la bomba se instalan en un sitio aledaño a la obra, previamente seleccionado por el ingeniero de la obra, y se coloca directamente en la formaleta; este tipo de concreto se usa para fundir placas y elementos a gran altura. El concreto no se debe colocar dejándolo caer 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 vibradores y vibradores de aguja eléctricos o de gasolina y mazos de goma. A medida que el concreto se deposita en la formaleta se vibra dentro de ésta y se golpea externamente con el mazo de goma. Con una buena vibración, se evita la segregación de la masa de concreto, se logra la integración del concreto con el hierro estructural, sobre todo en los nudos de elementos estructurales, donde en algunas ocasiones existe una alta densidad de acero, se evita el hormigoneo y se logra un buen acabado. Para concreto bombeado es me-

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

jor utilizar el vibrador de aguja, aplicándolo en la parte superior de la mezcla, porque así se obtiene una muy buena compactación de la masa de concreto.

Curado de concreto Entre los múltiples factores que inciden en la resistencia, durabilidad y acabado del concreto, se encuentra el curado, una fase que es tan importante como lo son las de fabricación, instalación, manipulación, formaleteado y descimbrado. CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Principales elementos estructurales de una edificación

El curado del concreto se inicia después de ocho horas de fundido el elemento estructural. Si se trata de placas, éstas no deben encharcarse hasta que haya transcurrido este tiempo. Debe tenerse en cuenta que el fraguado del concreto se alcanza después de siete horas, de ahí que si en estas primeras siete horas se llega a cambiar la relación agua-cemento, muy probablemente las condiciones finales de mezcla, así como su resistencia y durabilidad, se pueden alterar. El curado consiste en mantener húmedo el elemento estructural fundido, considerando que el viento y el sol evaporan el agua contenida en la mezcla de concreto. Por esta razón, durante una semana los elementos fundidos deben regarse continuamente con agua, se pueden colocar, al rededor de los mismos, sacos de fique humedecidos o sacos con arena mojada o usar curadores de los que existen en el mercado. La cantidad de agua o el número de veces que se debe regar el elemento estructural fundido está relacionado con el estado del tiempo; por ejemplo, si la zona tiene sol incandescente o si soplan vientos continuos, se debe mantener la humedad de la estructura. Se recomienda realizar el descimbrado de los elementos estructurales como vigas y columnas a los tres días de fundido el elemento y la desformaleteada de placas tres semanas después de fundidas.

hEstructura h en concreto Las estructuras en concreto son de gran variedad y versatilidad y de gran uso en la ingeniería civil y en el mundo en general. Con ellas se hacen obras de gran envergadura (viales, eléctricos, alcantarillados, teléfonos, acueductos, almacenamiento y tratamiento de aguas, presas) y todo tipo de edificaciones. La estructura en concreto es un conjunto de piezas o elementos que se unen entre sí y forman el esqueleto, es decir, el soporte de la edificación. Las estructuras de los edificios, en su gran mayoría, se hacen en concreto estructural, con-

siderando el excelente comportamiento del hormigón armado, los buenos materiales de que se disponen, la relación beneficio-costo, el conocimiento del comportamiento sísmico, la gran versatilidad de formas, figuras y los elementos que se pueden construir, así como su durabilidad, resistencia a la intemperie, resistencia a las cargas vivas y muertas a que se somete la estructura; además, se cuenta con mano de obra calificada y especializada, un conjunto de características que garantiza el mejor comportamiento y ejecución de las mismas. Es un reto y una responsabilidad para el ingeniero y el arquitecto considerar y definir la estructura adecuada, la más conveniente, la más versátil, de acuerdo con las cargas, con el tipo de edificación por construir, con el área por utilizar, con el mejor y más rápido procedimiento constructivo y con la mejor propuesta económicaque responderá en forma excelente a las necesidades totales del dueño del proyecto. Los procedimientos constructivos para erigir una estructura se deben articular y planificar, puesto que cada actividad tiene acciones predecesoras que sólo se pueden realizar cuando se ha cumplido su antecesora. Por ejemplo, cada piso será subsiguiente al piso anterior; una vez fundidas columnas, vigas y placa del primer nivel, se pueden construir las columnas de segundo nivel. Hasta que no estén construidos los elementos que forman la estructura del primer piso, no se pueden ejecutar los elementos estructurales del segundo piso, y así consecutivamente hasta llegar a la cubierta. El pórtico en concreto está conformado por elementos estructurales de concreto y acero; las dimensiones de cada uno de estos elementos se obtienen al realizar: a) el cálculo de cargas vivas y cargas muertas que soportará la estructura, b) la capacidad portante del terreno donde se afirma la estructura y c) la cantidad de acero calculada por el profesional especialista acorde al requerimiento de cada uno de los elementos, a los esfuerzos sometidos, a la actuación de los nudos de vigas y columnas y a la transmisión de cargas.

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FIGURA 11. Transmisión de cargas en un pórtico tradicional. Fig 13. Sección de estructura con viga continua, sometida a momentos flectores. Momentos negativos

Viga contínua Momentos positivos

Columna

Columna

Figura 13. Sección de estructura con viga continua, sometida a momentos Fig 14. Ubicación acero que absorbe momentos negativos en viga. flectores. (Pérez, del 2010).

Hierros a 45°

Viga Continua

FIGURA 12.Transmisión Sección de de viga y columna con la distribución de acero. Figura 11. cargas en un pórtico tradicional. (Pérez, 2010). Columna

Columna

Figura 14. Ubicación del acero que absorbe momentos negativos en viga. (Pérez, 2010).

.4

8N

6 N.8

0.40 m

Estribos

N.6 C/15 cm

Estribos 0.30 m

N.3 C/20 cm

0.25 m VIGA

COLUMNA Figura 12. Sección de viga y columna con la distribución de acero. (Pérez, 2010).

Las cargas se transmiten de la cubierta hacia los pisos inferiores, a través de las vigas de cubierta hacia las columnas, en cada piso inferior se transmiten las cargas de placas a vigas y a columnas hasta llegar a la cimentación. En Colombia, se cuenta con la normatividad que debe cumplirse en el diseño y cálculo de pórticos y elementos estructurales de concreto, y que corresponde 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 vigas están sometidas a cargas que actúan en forma diferente a las cargas a las que son sometidas las columnas, de aquí la importancia del cálculo del acero para asumir los momentos flectores de dichos

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elementos estructurales. El acero instalado en la parte inferior de una viga absorbe los momentos positivos de la misma, puesto que el concreto absorbe los esfuerzos de compresión, y el acero instalado en la parte superior de la sección de una viga absorbe los esfuerzos negativos a los que se ésta se ve sometida en las esquinas o extremos. Los esfuerzos o momentos flectores a los que se somete una estructura son absorbidos por el dúo, la sección de concreto y el acero estructural; de esta manera se establece un equilibrio entre la cantidad de concreto y acero requerido para cada elemento estructural. La estructura, además, está sometida a esfuerzos en los apoyos, en los nudos y los esfuerzos cortantes que se presentan en vigas continuas de varios tramos. Este esfuerzo es absorbido con acero estructural, en algunos casos se instalan estribos en las vigas o barras longitudinales que absorben estos cortantes y las posibles grietas del concreto.

Principales elementos estructurales de una edificación Las edificaciones pueden construirse con pórticos, como estructura, con muros de carga, con CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Principales elementos estructurales de una edificación Fig 15. Elementos de un pórtico.

Viga de cubierta

Columnas

Placa de cubierta

Placas de entrepiso

Vigas

Placa de piso

Vigas de cimiento Zapata aislada

Zapata excentrica

Figura 15. Elementos de un pórtico. (Pérez, 2010).

una combinación de pórticos y muros de carga o con muros estructurales. El sistema constructivo tipo pórtico, denominado también estructura tradicional, consta de los siguientes elementos básicos: hh Cimentación • Zapatas • Pilotes • Caisson • Placas flotantes hh Vigas • Vigas de amarre • Vigas aéreas hh Columnas hh Placa • Placa de contrapiso • Placa de entrepiso • Placa de cubierta Todos los elementos que forman parte del pórtico son requeridos para el correcto comportamiento de la estructura y para que cumpla los objetivos de la misma. Cada uno de estos elementos estructurales tiene una función y se enmarcan en una normatividad, tienen un diseño específico y se encuadran en el proceso constructivo correspondiente. La estructura debe contar con una cimentación que soporta la estructura y transmite las cargas de la misma al suelo de fundación; cuenta con vigas y columnas que forman

la armadura de la edificación, las placas de contrapiso, entrepiso y cubierta, si es el caso. El acero también resiste esfuerzos de compresión, de esta manera el calculista lo utiliza para recibir comprensión en vigas y columnas y así reducir la sección de dichos elementos estructurales. El acero cumple igualmente con otros fines en la estructura: controla la deformación o flecha admisible que se presenta en vigas y placas de entrepiso ocasionada por las cargas a las que está sometido el elemento estructural; esta flecha es el descenso o desplazamiento máximo de la línea horizontal inferior de la sección del elemento viga y/o placa y se presenta generalmente en el punto medio del elemento estructural; se suele controlar con el encofrado de la viga y la placa, el cual se construye con una contraflecha que absorbe la deformación, una vez fundido y descimbrado el elemento estructural (véase Figura 16).

hEstructura h con muros en concreto reforzado. La estructura con muros en concreto reforzado es un conjunto estructural en el que los elementos verticales (muros) se diseñan para resistir los esfuerzos de cargas verticales y horizontales. El sistema industrializado, de estructura con muros en concreto reforzado, consta de marcos con muros que son llenados con concreto y Flecha

Pórtico

Viga Contraflecha

Columna

Figura 16. Flecha y contraflecha de una viga. (Pérez, 2010).

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Fig 18. Diferentes secciones transversales de muros esructurales.

Figura 18. Diferentes secciones transversales de muros estructurales. (Pérez, 2010).

estructuras de concreto reforzado, lo cual les permite un comportamiento adecuado ante sismos moderados y poseen una buena capacidad de deformación (ductilidad) que permite resistir sismos con alguna intensidad. La sección transversal de los muros estructurales presenta diferentes formas, algunos de ellos con elementos en los extremos que permiten el anclaje adecuado de vigas transversales, para colocar el refuerzo a flexión y para dar estabilidad a muros con almas angostas; de esta manera también se proporciona a la articulación plástica un confinamiento más efectivo.

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

sujetan en su interior parrillas de acero o malla electrosoldada. Se caracterizan por crear marcos simétricos donde los muros divisorios de carga reciben las losas de entrepiso. El diseño de la estructura con muros reforzados, considera resistir la variación del cortante y resistir el momento que produce compresión en un extremo y torsión en el extremo opuesto; asimismo, el muro debe resistir las cargas de compresión y el diseño de la cimentación debe resistir el cortante y los momentos máximos que pueden desarrollarse en la base del muro; es por esto que se busca que la planta de la estructura sea simétrica, de esta manera, la distribución de la rigidez en planta es igualmente simétrica y la configuración torsional estable. Este tipo de estructura ofrece varias ventajas en relación con el pórtico tradicional; en zonas de riesgo sísmico, tienen mayor rigidez que las

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Los muros estructurales pueden tener aberturas para puertas y ventanas o ser completos; estos últimos pueden ser tratados como una viga-columna; por lo tanto, en el diseño de estos muros se considera el tratamiento de esbeltez o muro corto, como se calcula en las columnas. Se recomienda instalar los muros con aberturas en forma regular en la estructura, de esta manera se da un buen comportamiento sísmico de la estructura. La formaleta ideal para fundir los muros estructurales es la metálica porque ofrece, entre otras características, las siguientes: tiene mayor uso que la formaleta de madera, es más resistente al empuje que proporciona el concreto en el momento de la fundida, los paneles metálicos son más fáciles de instalar en grandes alturas (por ejemplo, cuando se construyen estructuras de edificaciones de apartamentos) y proporcionan mejores acabados al desformaletear.

hCimentaciones h profundas La cimentación de una estructura de concreto es el elemento estructural sobre el que se sostieCONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Principales elementos estructurales de una edificación

presión a los sustratos aptos y resistentes del suelo, se determina si se usa muro pantalla, pilotes o caissons.

ne la edificación y el que recibe las cargas totales transmitidas por la estructura, así como los esfuerzos de tensión y compresión que la misma transmite hasta los cimientos, los cuales transmiten y distribuyen dichas cargas en el terreno.

•

La cimentación debe ser calculada y diseñada por un especialista, quien debe tener en cuenta varios factores para determinar dicho cálculo, algunos de los cuales son:

Cuando los suelos superficiales no tienen la capacidad portante para resistir las cargas y los esfuerzos transmitidos por la estructura de concreto.

•

Cuando los suelos superficiales sufren variaciones grandes por hinchamiento y retracciones que no garantizan la estabilidad de la estructura de concreto. Esta propiedad, por ejemplo, la tienen los suelos arcillosos, los cuales en presencia de agua sufren hinchamientos considerables, y ante la presencia de sol, sufren reducciones enormes.

•

Cuando se está en presencia de terrenos no consolidados, por ejemplo, rellenos, buscando el terreno consolidado con la capacidad portante solicitada para soportar la estructura de concreto.

•

Si la proyección del cimiento superficial quedase con sustratos próximos inmediatamente inferiores que puedan causar a la estructura de concreto asentamientos diferenciales

•

Si las condiciones de la estructura especifican colosales alturas y ésta se encuentra sometida a grandes tensiones debido a las cargas de viento, se recomienda realizar este tipo de cimentación y garantizar la estabilidad de la estructura para que permanezca firme, sin ninguna alteración, garantizando que aún cuando las tensiones admisibles del terreno sean inferiores a las de los materiales de la estructura, los cimientos transmitan las acciones del edificio dentro de ciertos límites que permitan la seguridad de la estructura.

•

Es fundamental que el profesional a cargo del diseño de la cimentación, interprete con prudencia los resultados de ensayos y de investigación del suelo portante, considerando que éstos pueden tener variaciones y

•

Previo al diseño de la cimentación: se debe contar con estudios de suelos que permitan verificar el tipo de suelo a diferentes profundidades, la capacidad portante del mismo, compresión confinada, contenido de humedad, características y propiedades del suelo portante, nivel freático y tipo de suelos adyacentes al área donde se construirá la estructura.

•

Profundidad del estrato resistente, para soportar allí la cimentación.

•

Determinar si los terrenos son consolidados o no consolidados.

•

Las cargas vivas, muertas y sísmicas de la estructura de concreto.

•

Las tensiones por viento que soportará la estructura de concreto.

•

La capacidad de asentamiento diferencial y total de la estructura.

Es el profesional calculista quien determina si la cimentación que se va a efectuar debe ser profunda, lo cual se establece básicamente después de analizar las características obtenidas en los estudios de suelos y de hacer un efectivo análisis del tipo de estructura de concreto y de sus propiedades particulares. Se opta por una cimentación profunda en los siguientes casos: •

Si se requiere transmitir las cargas de la estructura y los esfuerzos de tensión y com-

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cambios bruscos en pequeñas áreas, pueden presentar declives, los estratos pueden variar de espesor y deformarse de diferente manera, bajo las mismas condiciones de carga en distintas partes del área de estudio. Las cimentaciones profundas están compuestas por diferentes estructuras, las cuales se detallan a continuación.

Pilotes Merrit (1987) expone: “Los pilotes son columnas esbeltas subterráneas, generalmente colocados en grupos. Pueden soportar sus cargas a través de una reacción, en la punta, fricción a lo largo de sus costados, adherencia al suelo o una combinación de estos medios. Así, el comportamiento de una cimentación de pilote depende de la resistencia de los pilotes y de las capacidades de carga y de resistencia del esfuerzo cortante del suelo” (pp. 7-29). El pilote es un sistema de cimentación profunda, relativamente costosa, por lo general es un elemento prefabricado, construido de diferentes formas, tamaños y materiales (como madera, 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 pandeo de 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 presentará una flexión lateral y/o pandeo del elemento de cimentación, que afecta el buen desempeño del mismo. Para calcular el pandeo de un pilote, se multiplica 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 pilote tenga una sección rectangular, con la menor dimensión de la sección. Según el trabajo que realicen, hay dos tipos de pilotes:

Tabla 5. Componentes y resistencia de postes de hormigón armado. Para fatiga o trabajo del hormigón a 40 kg/cm2 Sección armadura al 1% Altura máxima del Resistencia a 40 Calibre del poste sin pandeo(1) kg/cm2 hierro hormigón m Tn redondo en mm cm2 20 x 20 400 4,00 3,00 16 4 de 12 25 x 25 625 6,25 3,75 25 4 de 14 4 de 18 30 x 30 900 9,00 4,50 36 12,25 5,25 49 4 de 20 35 x 35 1.225 40 x 40 1.600 16,00 6,00 64 4 de 22 45 x 45 2.025 20,25 6,75 81 8 de 18 50 x 50 2.500 25,00 7,50 100 8 de 20 55 x 55 3.025 30,25 8,25 121 8 de 22 60 x 60 3.600 36,00 9,00 144 8 de 24 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 8 redondos; es decir, en las esquinas del cuadrado y en la mitad de los lados, siempre que los 8 hierros redondos den por sección en cm2 los señalados 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 el diámetro y nunca menos de 60cm. Para el manejo del hierro en estos postes de sección grande se colocan 8 hierros por poste en vez de 4. Lados del poste cm

Sección del poste cm2

Fuente: Igoa, 1986.

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CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Principales elementos estructurales de una edificación Fig 19 Sección de un pilote y pandeo del pilote.

Pandeo Pilote hincado sin pandeo

Pilote con pandeo

Fig 20.Hincado de pilote. Figura 19. Sección de un pilote y pandeo del pilote. (Pérez, 2010).

P

Figura 20. Hincado de pilote. (Pérez, 2010).

hh Pilotes de punta: estos pilotes van hincados hasta encontrar estratos de gran soporte para la estructura de concreto y el pilote adquiere la capacidad de carga del estrato que se encuentra en la punta del mismo y transmite directamente la carga de la estructura al estrato de apoyo. hh Pilotes de fricción: estos pilotes obtienen la capacidad de carga del material que rodea la superficie del pilote; por esta razón, él mismo trabaja por fricción, estableciendo una resistencia al corte entre el suelo y el pilote. El pilote se puede instalar aislado o en grupos, puede ser nuevo en un área, puede apoyar una cimentación existente o reforzarla o ampliarla. El

hincado de pilotes se realiza generalmente con martinete, y a medida que se va hincando el pilote, el suelo se va desplazando, empujándolo hacia el fondo o hacia los lados; en algunos casos, el martinete sobre un segundo pilote puede causar daño por vibración a un primer pilote hincado; es importante entonces tener en cuenta estas consideraciones al decidir la instalación. Al martinete se le pueden instalar diferentes pesos (ligeros o pesados), dependiendo del tipo de suelo. Los pilotes se pueden hincar también con plantas, unidades especializadas o grúas, plumas, gatos o vibradores de alta y baja frecuencia, y se pueden instalar en forma vertical o inclinada, según el diseño realizado por el especialista. La superficie de carga que incide sobre un pilote se establece del área del pórtico de la estructura. Sobre la mitad de las luces alrededor de cada pilote se forma una figura geométrica, la cual constituye lo que se denomina la superficie de carga. Un pilote distribuye carga sobre un área suficientemente grande de un suelo débil, para soportar con seguridad dichas 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 fundación depende de la ubicación de éste respecto al pórtico de la estructura; así, se establecen tres tipos de pilotes: •

Pilotes ubicados hacia el interior del pórtico de la estructura.

•

Pilotes ubicados sobre las fachadas del pórtico de la estructura.

•

Pilotes ubicados en las esquinas del pórtico de la estructura.

Para estos tres tipos de pilotes ubicados excéntricamente respecto a la estructura de concreto, se considera en su cálculo aumentar la carga obtenida de la superficie de carga en un porcentaje, como factor de seguridad, tal como se establece a continuación:

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Fig 21. Distribución de superficie de carga sobre un pilote.

Superficie de carga incidente sobre pilote

Figura 21. Distribución de superficie de carga sobre un pilote. (Pérez, 2010).

Tipo de pilote acorde a la ubicación respecto al pórtico

Aumento de la carga como factor de seguridad

Pilotes ubicados hacia el interior del pórtico de la estructura.

20%

Pilotes ubicados sobre las fachadas del pórtico de la estructura.

30%

Pilotes ubicados en las esquinas del pórtico de la estructura.

50%

Caisson Es un elemento estructural de cimentación profunda que presenta una sección transversal considerable y se utiliza cuando los suelos superficiales son blandos y presentan poca capacidad portante, se le conoce también como pozo de cimentación. Este elemento estructural se puede formar como una sola columna, de ahí que sean frecuentemente utilizados para cimentar pilas de puentes en el cauce de los ríos, puesto que su sistema constructivo permite que se ejecute en sitios en donde no se puede realizar un desvío parcial o total del afluente. El caisson forma parte de la cimentación de una estructura y transmite las cargas de una sola columna a un estrato resistente; tiene por

Fig 22. Ejecución de caisson.

lo general una sección redonda; sin embargo, se construye también con sección cuadrada y rectangular. La característica del caisson es que se va construyendo por secciones, y a medida que cada una de éstas se hunde en el terreno se va ejecutando la siguiente sección en la parte superior del mismo. Se considera, además, una relación entre la profundidad del suelo de cimentación con el diámetro del caisson, que es generalmente mayor a cuatro. El diámetro del caisson puede alcanzar entre 12 a 15 metros y, si la sección es rectangular, ésta puede alcanzar hasta 20 metros de largo. El caisson se puede construir con elementos prefabricados, elaborados cerca de la zona de instalación o directamente en el sitio de ubicación del mismo. Si se ejecuta la segunda opción, generalmente a la primera sección del pozo se le instala en la base una cuchilla de acero firmemente anclada al cabezal de concreto del caisson, que le permita cortar el suelo a medida que cada una de las secciones o cuerpos del caisson se construye, y su peso va hincando el caisson en el suelo. La segunda sección de este elemento estructural se construye en la parte externa del elemento estructural, mientras que la primera sección ha penetrado el suelo gracias a su propio peso, y así sucesivamente se fabrica el caisson. Una vez el caisson ha alcanzado la profundidad de cimentación, se debe realizar un terminado de concreto en toda la sección del mismo, de tal manera que cuando se construya la estructura de concreto, las cargas que ésta transmita a la cimentación sean uniformemente repartidas en toda la sección del caisson.

hCimentaciones h superficiales

Figura 22. Ejecución de caisson. (Pérez, 2010).

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La cimentación superficial está representada por los elementos estructurales, que reciben las cargas de la estructura de concreto y las transmiten al suelo en grandes áreas. Este suelo es superficial, se encuentra entre 1 y 4 metros de profundidad y tiene la capacidad portante requerida para recibir y soportar las cargas transmitidas. CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Principales elementos estructurales de una edificación

Es importantísimo que el profesional especialista que diseña la cimentación de la estructura de concreto cuente con los elementos requeridos para seleccionar y diseñar la cimentación más adecuada y objetivamente la de mejores costos para el proyecto. Por lo tanto, el estudio de suelos es imprescindible, así como el análisis y la determinación cuidadosa que realice el calculista de los resultados de suelos. En este tipo de cimentación es fundamental que el diseño de los elementos estructurales se apoye en suelos donde no se causen asentamientos diferenciales considerables, porque, de lo contrario, la estabilidad de la estructura corre riesgos. Todos los suelos, cuando se someten a cargas, sufren compresiones considerables y causan asentamientos a la estructura de concreto; por esta razón, es fundamental que el asentamiento total de la estructura esté calculado y limitado a una cantidad tolerable para la seguridad de la estructura y que los asentamientos diferenciales sean nulos. Estos asentamientos se limitan así: hh Los cimientos deben transmitir la carga de la estructura hasta el estrato de suelo, con la capacidad portante requerida para absorber las cargas y los esfuerzos de la estructura de concreto. hh La carga de la estructura de concreto debe ser distribuida uniformemente sobre un área grande y suficiente para minimizar las presiones de contacto con el suelo.

La cimentación superficial es más económica que la cimentación profunda, es también diversa, fácil de construir y, entre otras, se destacan las placas flotantes, las zapatas y las cimentaciones corridas.

Placas flotantes Estos elementos estructurales se construyen en toda el área de terreno que ocupa la edificación; deben ejecutarse sobre el suelo de cimentación consolidado que admite las cargas uniformes transmitidas por la estructura de concreto. Las placas flotantes son losas de cimentación apoyadas directamente sobre el terreno y sometidas a esfuerzos de flexión, primordialmente. Se construyen en concreto y tienen en su interior refuerzo de acero en las dos direcciones. El profesional especializado determina el cálculo y diseño de la placa flotante, y con ello se obtiene el espesor de la misma, el cual está relacionado con los momentos flectores que actúan sobre la placa, las cargas vivas y muertas transmitidas por la estructura de concreto y las propiedades y características del suelo de cimentación. Se debe considerar también, en este caso, las propiedades elásticas del concreto estructural de la placa flotante, y se requiere estimar la distribución de las presiones de contacto que actúan sobre la placa flotante como cargas hacia arriba y así determinar asentamientos o deformaciones. Considerando que la placa flotante tiene contacto total del área de cimentación con el área

FIGURA 23. Placa flotante con las cargas de la estructura y las presiones de contacto del sustrato.

P

Acero en dos direcciones Figura 23. Placa flotante con las cargas de la estructura y las presiones de contacto del sustrato. (Pérez, 2010).

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que ocupa la estructura de concreto, es prioritario considerar el análisis del elemento estructural con propiedades relativamente flexibles o rígidas; en caso que la losa de cimentación sea rígida, se puede suponer que los asentamientos en todos los sitios de la cimentación van a ser básicamente iguales, entonces, la presión de contacto o reacción de la subrasante será también igual. Esto se determina si el eje de la cimentación coincide con la resultante de las cargas.

hh Aisladas: cada zapata se construye independiente de las demás de la estructura.

Zapatas

hh Continua bajo las columnas: se construye a lo largo y debajo de una fila de columnas.

Son elementos estructurales de cimentación, construidos en concreto estructural, cuya función es cimentar la estructura y recibir a través de las columnas las cargas de la misma y transmitirlas al suelo de fundación, proporcionando estabilidad y seguridad a la estructura. La zapata es el tipo de cimentación superficial de uso más común en suelos con capacidad razonable de carga. Las zapatas, de acuerdo con su desempeño, se clasifican en:

hh Combinadas: son zapatas aisladas, amarradas por viga de cimiento y/o combinadas con muros de contención y muros estructurales. hh Continua bajo los muros: es igual de larga a los muros de mampostería y a los muros estructurales que soporta.

hh Arriostradas: a las zapatas aisladas se les da continuidad con las riostras que las unen dentro de la estructura. Se requiere que las zapatas reciban las cargas de los muros y las columnas en forma concéntrica con el fin de evitar su inclinación, si el suelo transmite presiones de contacto mayores de un lado que del otro. Si la columna soportada no es concéntrica con el área de la zapata o si la columna transmite carga y momento flector, esta zapata se denomina excéntrica. Cuando el pórtico de la estructura colinda con otras construcciones, en estos linderos del pórtico, las zapatas se deben diseñar y construir excéntricas, de tal manera que el elemento estructural se sitúe sobre el terreno perteneciente al proyecto. Según su dimensión, las zapatas se clasifican en: rígidas y flexibles.

Figura 24. Zapata cuadrada vista en planta. (Pérez, 2010).

26

Figura 25. Planta de cimentación combinada. (Pérez, 2010).

CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Principales elementos estructurales de una edificación

El profesional calculista diseña las dimensiones de las zapatas de acuerdo con las cargas de servicio y presiones de suelo o presiones de contacto admisibles, estableciendo que el elemento estructural de cimentación tenga la capacidad precisa para resistir los momentos cortantes y otras acciones internas que producen las cargas aplicadas. De esta manera, se denominan zapatas rígidas aquellas cuyo vuelo es menor o igual que la altura, mientras que las zapatas flexibles son aquellas en las que el vuelo es mayor que la altura. Las zapatas en general presentan forma cuadrada,

rectangular, circular y poligonal, la forma la determina el profesional calculista diseñador. El proceso constructivo de la zapata es el siguiente: hh Localización del elemento estructural en el terreno. hh Realización de la excavación teniendo en cuenta los niveles y, considerando la profundidad de la excavación, aumentar en cinco centímetros para el solado. hh Si se necesita sobreexcavar alrededor del área de la zapata, se requiere la formaleta para la misma. En general, el terreno sirve de formaleta. hh Fundición del solado con concreto pobre. hh Protección de las paredes de la excavación con polietileno. hh Armado e instalación de la parrilla de acero de refuerzo. hh Armado e instalación del acero de la columna (los flejes longitudinales quedarán amarrados a la parrilla de la zapata) e instalar los flejes de la columna.

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

Coeficiente de trabajo del terreno 0,20 kg/cm2

Coeficiente de trabajo del terreno 2 kg/cm2 Coeficiente de trabajo del terreno 2,5 kg/cm2

Sección de poste, que actua en la zapata lado en cm

Carga que aguanta Tm

15 x 15 20 x 20 25 x 25 30 x 30 35 x 35 40 x 40

10 20 25 40 50 60

25 x 25 30 x 30 35 x 35 40 x 40 45 x45 25 x 25 30 x 30 35 x 35 40 x 40 45 x 45

20 40 50 60 80 20 40 50 60 80

Sección zapata lado en m 2,24 x 2,24 3,17 x 3,17 3,54 x 3,54 4,50 x 4,50 5,00 x 5,00 5,48 x 5,48 1,00 x 1,00 1,42 x 1,42 1,60 x 1,60 1,75 x 1,75 2,00 x 2,00 0,90 x 0,90 1,10 x 1,10 1,20 x 1,20 1,55 x 1,55 1,80 x 1,80

Altura útil cm

Alto total parrilla cm

Sección de hierro redondo cm2

48 61 78 96 100 111

53 66 78 100 105 115

4,85 10,40 12,40 19,50 24,00 30,00

30 51 49 53 67 26 37 43 47 67

35 55 54 58 72 30 42 48 52 72

4,76 10,30 11,72 14,30 18,12 4,38 6,33 7,27 12,83 16,65

Nota: La profundidad de los pozos donde van apoyar las zapatas debe ser hasta alcanzar el terreno apto para soportar el coeficiente de trabajo. Si el terreno firme está próximo a la superficie, caso raro, la profundidad mínima debe ser de 1m, 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.

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hh Fundición de la zapata con el concreto establecido en el diseño. hh Realización del curado del concreto del elemento estructural. El constructor realiza una programación de ejecución de obra, en la cual se integra la programación de ejecución de la cimentación. Se establece compra de materiales, mano de obra, equipos y construcción. En algunas ocasiones, se requiere realizar las excavaciones con retroexcavadora, ya sea por la profundidad de los cimientos, por la topografía del terreno o por la amplitud de la obra. En general, para la cimentación se utiliza concreto premezclado. Sólo en obras pequeñas o en sitios fuera del alcance de la central de mezclas se elabora el concreto in situ. Es fundamental dentro de la programación de la cimentación considerar el clima, nivel freático y tipo de suelo, puesto que estas variables implican procesos constructivos diferentes, pues iniciar una cimentación en época de invierno implica costos mayores, puesto que se deben proteger las excavaciones para evitar derrumbes internos; implica también limpiar el agua y el barro dentro de las excavaciones antes de fundir, usar motobombas cuando la acumulación de agua es grande y en presencia de lluvias se evita el fundido del elemento hasta que no haya precipitación.

Cimentaciones corridas Son elementos estructurales de cimentación que sirven como apoyo a dos o más columnas, a muros de concreto reforzado y/o muros de mampostería estructural. Estos elementos tienen una gran longitud si se comparan con el ancho de la sección transversal. Se consideran como un elemento de cimentación rígido, por lo tanto sus asentamientos son generalmente iguales, no se presentan diferenciales. En algunos casos, las zapatas de diseño pueden resultar muy juntas una a la otra o incluso traslaparse, en estos casos, el profesional calculista determina si se realiza una zapata continua. Para la construcción de muros de concreto estructural es usual realizar cimentaciones corridas

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que generalmente tienen una sección rectangular; sin embargo, pueden variar de acuerdo con el concepto del calculista diseñador. El cálculo del cimiento corrido se relaciona directamente con: las características del suelo de fundación, las cargas transmitidas por la estructura, la resistencia a la compresión del suelo y la presión admisible sobre el terreno. Si la altura del cimiento en el diseño es muy grande, el calculista puede optar por realizar una cimentación escalonada, considerando el ángulo de reparto de las presiones. Cuando se construye la cimentación corrida, se puede dar la posibilidad de que la fundida del mismo se deba interrumpir en algunas ocasiones por procedimientos constructivos; en estos casos, se consideran las juntas para el concreto, según lo establecido por la norma.

hColumnas, h vigas, placas Las columnas, vigas y placas, son elementos estructurales que forman parte del pórtico; cada uno tiene una función dentro del mismo y unas características de diseño y construcción. De igual forma, se deben construir en un orden predecesor, acorde a los procedimientos constructivos, partiendo del punto de cimentación hacia el primer nivel de la estructura; una vez fundidos los cimientos, se arman y funden las columnas, enseguida se arman y funden las vigas y por último la placa. En algunas ocasiones, las vigas quedan embebidas dentro de la placa; en este caso, se

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

CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Principales elementos estructurales de una edificación

arman viga y placa y luego se funden los dos elementos en el mismo momento.

Columna Es un elemento estructural vertical sometido principalmente a compresión por el soporte de cargas que provienen de las vigas del pórtico, transmitidas por la estructura. La columna se diseña por un profesional especialista, involucrando en su cálculo la posición que ésta ocupa en la estructura y las cargas a las que está sometida; su forma es versátil, en general se construye la columna cuadrada, rectangular o redonda. Las dos primeras formas se arman con refuerzo vertical longitudinal, mínimo cuatro varillas con flejes que amarran las varillas longitudinales cada cierto espacio, determinado por el cálculo; la columna redonda amarra las varillas longitudinales en dos formas: con flejes espaciados o con espiral continúo alrededor del acero.

ralmente es un elemento visible del pórtico que enmarca espacios, fachadas y puede hacer parte de los acabados y decoración, ésta se puede construir en formas, secciones y materiales inimaginables. Entre los materiales más comunes para construir columnas se tienen los siguientes: concreto, acero y madera. Para el profesional calculista es fundamental realizar un análisis del tipo de columna que se va a diseñar, ya que de acuerdo con las dimensiones de ésta y la relación que hay entre la sección y la longitud de la misma, se denomina columna corta o columna larga. El objetivo del diseño es que el elemento estructural ofrezca equilibrio, resistencia, funcionalidad y estabilidad y que soporte las cargas que recibe, con un diseño que cumpla lo establecido por la norma NSR-98, hoy NSR-10. En la columna poco esbelta o corta la falla ocurre Fig 29. Condiciones de columna corta y columna larga sometidas a una carga.

P

Sin embargo, debido a la versatilidad de formas que permite crear el concreto, la columna es un elemento que usan los arquitectos para sus diseños. Y considerando que la columna gene-

P

Columna poco esbelta

Falla por aplastamiento

Columna esbelta

Falla por pandeo

Figura 28. Diversas secciones de columna con el Figura 29. Condiciones de columna corta y columna larga sometidas a una carga. acero de diseño. (Pérez, 2010).

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Fig 31.Vigas de sección I y T en concreto. Figura 30. Diversas secciones de vigas con el acero de diseño. (Pérez, 2010

por aplastamiento, en tanto que los elementos más esbeltos fallan por pandeo. Es así como la resistencia de la columna sometida a compresión por las cargas de la estructura presenta dos límites que deben absorber: el de resistencia para columnas cortas y el de estabilidad para columnas largas determinadas en las dimensiones de cálculo de las columnas.

Viga Es un elemento estructural que forma parte del pórtico y que se encuentra sometido principalmente al esfuerzo de compresión, momentos flectores, esfuerzos de reacción en los apoyos y a esfuerzos cortantes. Todos estos esfuerzos y momentos deben ser absorbidos por el elemento estructural para no poner en riesgo la estructura; 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 momentos y cortantes. La viga, por lo general, se construye en concreto reforzado o también en acero o en madera. La sección de la viga está determinada por el diseño, generalmente es cuadrada o rectangular, aunque existen otras formas, gracias a la versatilidad de las representaciones que permite elaborar el acero y el concreto.

Placa Es un elemento estructural que forma parte de la estructura y es por lo general el elemento

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Figura 31. Vigas de sección I y T en concreto. (Pérez, 2010).

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. La placa puede ser maciza o aligerada, puede construirse en una o en dos direcciones. La placa maciza contiene parrilla de acero armada en dos direcciones, acorde al cálculo del profesional, y su uso depende del diseño. La placa aligerada también se puede construir en una o dos direcciones, y el cálculo determina la disposición de las viguetas, la sección de éstas y la sección de las vigas principales. El aligeramiento utilizado es de una gran diversidad de materiales y formas, son usuales los tabelones de arcilla y de concreto (un tabelón es un bloque hueco que se usa como aligeramiento para losas de entrepiso o de cubierta), igualmente son usuales los aligeramientos de icopor, de guadua (son muy comunes y en la actualidad no se recomiendan por protección a la naturaleza), de PVC, prefabricados de concreto y una gran diversidad de elementos construidos CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Principales elementos estructurales de una edificación

con ceniza proveniente del carbón, cascajo de arroz, cisco de café con PVC, entre muchos otros materiales. El proceso constructivo de una placa es complejo y requiere una planeación muy completa. Previamente al inicio de esta actividad, se requiere realizar un plano de la formaleta, el despiece de esta, los elementos a utilizar, así como el despiece de aligeramientos tanto en placas reticulares como de otras formas. Este material se debe solicitar con un tiempo determinado y planificar el inicio de ejecución de la placa. Los pasos que deben seguirse son: hh Localización de la formaleta para la placa. hh Instalación de tableros y parales debidamente nivelados. hh Armado del acero de vigas. hh Armado del acero de viguetas. hh Armado y tendido de redes eléctricas. hh Armado y tendido de redes hidrosanitarias. hh Armado y tendido de redes de gas. hh Instalación de la formaleta perimetral. hh Instalación de malla de acero para la torta inferior. hh Instalación preliminar del aligeramiento. hh Refuerzo general de la formaleta. hh Revisión total de niveles y limpieza general de la formaleta. hh Aplicación del desformaleteante. hh Fundición de la placa.

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

El proceso de curado de la placa debe ser muy cuidadoso; es importante que en la obra se destine a un encargado para que realice esta actividad con el fin de que la ejecución de este elemento sea exitosa. Si no se usan aditivos en la placa, ni acelerantes de fraguado, una vez realizado el fraguado y curado el total de la placa, se procede a descimbrar procurando dejar los parales debajo de las vigas y en puntos críticos mientras se ejecutan los pisos superiores. Los aceros de las columnas del piso siguiente se empiezan a armar a los dos días de fundida la placa, luego se puede continuar el proceso de fundida de columnas y armado y fundida de vigas.

hMuros h en concreto reforzado Son elementos estructurales calculados y construidos como una pared y se diseñan para resistir cargas verticales, horizontales y sísmicas. El pórtico lo conforman el cimiento, los muros estructurales y las placas. El pórtico de una estructura armada con muros en concreto reforzado no contiene columnas ni vigas. En la actualidad, en construcciones de vivienda, es muy usual utilizar las estructuras fabricadas con muros de concreto reforzado, la ejecución de éstos se realiza continuamente y es una actividad muy rápida en relación con la construcción del pórtico tradicional de columna-viga-placa.

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

El profesional calculista determina el diseño de los muros, la cantidad de acero y/o malla interna

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leta adecuada a las dimensiones de los muros. Este proceso consiste en:

Figura 34. Pórtico construido con muros en concreto reforzado. (Pérez, 2010).

y el espesor de concreto de éstos en relación con las fuerzas horizontales, de viento y sísmicas que actúan sobre la edificación, así como las cargas horizontales que actúan sobre la estructura. Los muros que rodean la zona de las escaleras y la zona del ascensor son diseñados para que actúen como muros de cortante que resisten su propio peso y las cargas gravitacionales. En este tipo de estructuras, ésta actúa como una viga en voladizo que se encuentra empotrada en su base; por lo tanto, para el análisis y diseño de muro de corte se tienen en cuenta la condición de la estructura y la transmisión de cargas a la cimentación; además, se consideran las sobrecargas y el momento flector ubicado a 2/3 de la altura. El concreto y el acero horizontal en muros estructurales esbeltos proporcionan la resistencia al corte. El calculista considera también un refuerzo horizontal adicional con el fin de garantizar la resistencia del muro estructural al agrietamiento diagonal del concreto. Es fundamental considerar también el adecuado confinamiento de los muros de concreto, por esto se recomienda que el espesor del muro sea mayor o igual a un décimo (1/10) de la altura de la planta baja del edificio; el confinamiento adecuado del concreto aumenta la resistencia a la compresión y la capacidad de deformación o ductilidad. El confinamiento se debe extender incluso hasta la articulación plástica. El proceso constructivo de los muros en concreto reforzado es muy rápido y se agiliza con una buena cuadrilla de mano de obra y la forma-

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hh Localización, en el área, de la ubicación de los muros. hh Instalación del acero y/o de las parrillas correspondientes. hh Instalación de la formaleta en dos caras, interna y externa, debidamente nivelada. hh Instalación de riostras externas a la formaleta debidamente niveladas. hh Aplicación de desformaleteante. hh Fundición de los muros en concreto.

hEscalera h Es un elemento que se construye en un espacio donde existen alturas diferentes para integrar la comunicación. Generalmente se construye con una losa inclinada de concreto reforzado, fundido entre las dos alturas y soportado en las vigas inferior y superior; el acero se instala inclinado en la dirección del concreto; el acero transversal instalado en la dirección longitudinal en cada paso de la escalera se utiliza para ayudar a distribuir la carga recibida. El diseño de la escalera lo realiza el profesional calculista. La escalera de concreto está formada por la losa inferior inclinada y por los pasos o escalones que presentan una dimensión en la huella y en la contrahuella. Las escaleras se pueden construir en diversos diseños y materiales, lo más usual es el concreto estructural con acabado en los pasos; también

Figura 35. Corte de escalera en uno y dos tramos. (Pérez, 2010).

CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Principales elementos estructurales de una edificación Fig 36. Escaleras de diferentes tramos. Descanso

Escalera de un tramo

Escalera de dos tramos

Descanso

Escalera de un tramo con descanso

Escalera de cuatro tramos

Figura 36. Escaleras de diferentes tramos. (Pérez, 2010).

Figura 37. Formaleta y aceros de placa de escalera de entrepiso. (Pérez, 2010).

se elaboran en madera, hierro, aluminio, vidrio, piedra, entre otros. La escalera es un elemento que puede considerarse dentro de la estructura como un acabado de la edificación, por esta razón, el arquitecto la integra con infinidad de diseños y materiales.

todas las dimensiones requeridas. Según el uso y tipo de la edificación, se construyen escaleras de emergencia, escaleras externas a la edificación, escaleras totalmente encerradas y resistentes al fuego y, en algunos casos, deben tener continuidad y llegar hasta la cubierta de la edificación.

En consideración al espacio que se va a integrar en el área de las escaleras, al uso de la edificación y al diseño de la estructura, éstas se diseñan de muchas formas, en ocasiones se integran descansos en los tramos entre los pisos, los cuales se pueden apoyar en vigas o viguetas integradas a la estructura del edificio.

El proceso constructivo de la escalera puede programarse de dos maneras: fundiendo la escalera hasta cuando se haya concluido la estructura o fundiéndola piso por piso a medida que se construye cada tramo de la estructura; en cada caso, en los puntos de inicio y terminación del intervalo de escalera, previamente, al fundir las vigas se deben haber dejado los bastones de apoyo de la escalera. La formaleta se prepara para fundir monolíticamente la losa inclinada y los pasos; este proceso es muy frecuente, sin embargo, también se puede fundir la losa en concreto estructural y armar posteriormente la formaleta de los pasos y vaciarlos a continuación.

La norma NSR-98, actualizada NSR-10, establece disposiciones para el diseño y la construcción de escaleras; por ejemplo, determina altura máxima de contrahuella, ancho mínimo de huella, la mínima dimensión de los descansos, el ancho mínimo de la escalera de acuerdo con su uso y, en general,

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CAPÍTULO

2

Encofrado y acero de refuerzo de los elementos estructurales de una edificación

i El concreto toma la forma que le proporcione el encofrado, de este último depende la forma y dimensión final que se desea obtener tanto en el elemento estructural como en el pórtico. Considerando que el hormigón armado está conformado por concreto y acero de refuerzo, es fundamental, primero, aprender a leer e interpretar los planos estructurales y de formaletas, desarrollar las respectivas cartillas de hierros y el despiece de encofrados y luego sí determinar los pasos que se deben seguir para el armado y amarre de hierros y la configuración de la formaleta de cada elemento estructural cumpliendo siempre la normatividad de la NSR-98, actualizada mediante el Decreto 926 del 19 de marzo de 2010 con la NSR-10. Con estos pasos se garantiza el éxito de las dimensiones, forma, ubicación y nivelación de la estructura de un proyecto.

hDefinición h de formaleta

L

a formaleta o encofrado es un molde que se usa para darle una forma específica al concreto, el cual se vierte allí en estado plástico, y una vez comienza y realiza su fraguado toma la forma del encofrado donde se encuentra almacenado. Si el concreto es estructural, previamente al vaciado del concreto, la formaleta debe contener el acero correspondiente al elemento estructural que se va a construir. La ejecución de formaletas se debe efectuar bajo la normatividad establecida en ACI-347 American Concrete Institute y NSR 98 Capítulo C-6, hoy NSR-10. Las formaletas en general son de madera o de hierro, aunque se construyen también con PVC, icopor, formaplac, aluminio, guadua y muchos otros materiales. Con la madera se logra una versatilidad de formas para los diversos elementos estructurales; para ello es fundamental: contar

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siempre con la mano de obra idónea y con materiales de primera calidad, usar cada tipo de madera de acuerdo con su resistencia y diseñar la formaleta considerando que cada una de ellas debe tener un número determinado de reúsos. Cuando se utiliza formaleta de hierro ésta debe permitir que se realice el engranaje de los módulos de hierro según el elemento que se vaya a construir, lo cual se logra con la utilización de mano de obra idónea. La formaleta se diseña y se construye con la resistencia suficiente para que el peso del concreto y del acero no la deforme, ni la tumbe, ni la desplace del sitio donde se construyó; además, debe ser rígida para soportar no solo los movimientos de la obra, sino los movimientos generados por la gente y por los vibradores; su construcción debe ser cómoda y debe facilitar la labor de descimbrado o desencofrado; igualmente, debe permitir que se obtengan piezas de formaleta en buen estado que permitan reuso. CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Encofrado y acero de refuerzo de los elementos estructurales de una edificación

Otra característica de la formaleta es que debe ser manejable y ligera. El encofrado debe ser suficientemente fuerte y ajustado, para que no se escape el mortero. Las formaletas pueden fabricarse para uso temporal o permanente; las temporales, por lo general, son las que se usan para columnas, vigas, placas de entrepiso y muros de concreto estructural. Las formaletas permanentes se usan, con mayor frecuencia, para los aligeramientos de las placas de entrepiso con materiales como el icopor, el PVC y la guadua (aunque, como ya se anotó anteriormente, el uso de éste último material está restringido para proteger el medio ambiente). En algunas ocasiones, las formaletas permanentes se usan en la cimentación, quedando embebidas en las excavaciones. Las formaletas se diseñan, calculan y construyen con el cuidado de no causar ningún daño al concreto en el momento de desformaletear.

hTipos h de formaleta Existen varios tipos de formaleta, entre los cuales los más comunes son:

Formaleta tradicional Se elabora generalmente en obra y el material más usado es la madera por su gran versatilidad para crear formas y elementos; si el pórtico de la obra contiene elementos repetitivos, como columnas, vigas y placas de dimensiones similares, se construyen los encofrados para los elementos del primer nivel y se vuelven a usar en los siguientes pisos; si se trata de un conjunto de viviendas, se programa construir la cantidad de formaletas requeridas de acuerdo con el plan de obra y se reutilizan consecutivamente las formaletas de los elementos estructurales a medida que se avanza en la construcción de las residencias. En obras con diseños específicos y únicos, como la construcción de edificaciones institucionales (colegios, batallones, hospitales, alcaldías, entre otros) o edificaciones particulares (bodegas, centros comerciales, fábricas, etc.) generalmente se elaboran formaletas que no se

Figura 38. Formaletas varias de madera. (Pérez, 2010).

reutilizan, lo cual debe haber sido contemplado previamente en los costos del proyecto. Este material se puede utilizar como madera suelta para armar andamios, reforzar nuevas formaletas y para otro tipo de usos en la obra. La formaleta elaborada en obra conlleva un tiempo, el cual debe estar incluido en la programación general del proyecto; además, se debe prever que en el sitio se cuente con todo el mate-

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rial requerido, la herramienta, la mano de obra y el espacio para elaborarla. Lo ideal es articular en obra un taller para construir todas las formaletas que se requieran. Si la formaleta de madera se utiliza para fundir elementos estructurales con acabado a la vista; la parte interna del encofrado y que está en contacto con el concreto debe cepillarse y presentar un acabado liso, sin rayones, sin virutas, sin uniones, que permitan obtener el mejor acabado para el concreto a la vista del elemento estructural.

Formaleta modular Generalmente es metálica y se usa en obras donde se construyen módulos estandarizados, por ejemplo para edificios de vivienda o conjuntos de vivienda tipo estándar; este sistema de formaleta es muy útil en obras de gran volumen. Esta formaleta brinda gran rapidez en la ejecución, seguridad, precisión y celeridad en la construcción. La formaleta metálica tiene una vida útil muy amplia, salvo ocasiones especiales; siempre es reutilizable, su existencia depende del trato y de la manipulación que se le dé, pues puede sufrir deformaciones con un mal almacenaje, cuando en la instalación se utilizan herramientas inadecuadas y durante un mal transporte. El número de usos de la formaleta está directamente relacionado con la disminución de costos en la obra.

Formaleta deslizante Se utiliza cuando se requiere fundir elementos verticales u horizontales que precisan de una sección constante; además, permite reutilizar la formaleta a medida que la edificación se construye hacia arriba o hacia los lados. Esta formaleta es usada generalmente en las edificaciones altas y construidas con muros estructurales.

Formaleta perdida Comúnmente se construye en obra o la realizan otras empresas bajo pedido; permanece en obra y no se recupera, por lo tanto, no tiene la posibilidad de volverse a utilizar. Generalmente se utiliza en elementos estructurales de cimentación, zapatas, muros, placas flotantes, donde se

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Figura 39. Armado de vigas embebidas en placa aligerada. (Pérez, 2010).

requiere su instalación para moldear el concreto estructural, quedando adherida al cimiento; se rellena y ya no se utiliza la misma. Es muy frecuente utilizar la formaleta perdida en la elaboración de placas de entrepiso; la formaleta de guadua, que se ha usado durante muchos años, permanece en las placas de infinidad de edificaciones; hoy, en estas placas, se utiliza el icopor, PVC y otros materiales que deben ser resistentes para soportar la placa superior en concreto, económicas porque estarán embebidas, y no se recuperan y están construidas en materiales que no afecten la estructura a largo plazo. La formaleta perdida queda embebida en la placa aligerada porque se funde la torta inferior de la placa, enseguida se funden las vigas y viguetas y se termina con el vaciado de la placa superior, por lo tanto el encofrado que se usa como aligeramiento queda atrapado dentro de la placa fundida y no se puede recuperar.

hUso h de los encofrados Los encofrados tienen usos muy generalizados en la actividad de la construcción, en todo tipo de obras civiles y en edificaciones. Se utilizan también en la elaboración de prefabricados para obras civiles, por ejemplo en: postería para líneas eléctricas, tubería de grandes diámetros para acueductos, alcantarillados y alcantarillas en vías, postes para cercas, cajas para medidores de energía y acueducto, losetas de piso, bordillos, CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Encofrado y acero de refuerzo de los elementos estructurales de una edificación

cunetas e infinidad de productos prefabricados que se usan en la industria de la construcción. En la actualidad, los encofrados de tipo metálico son indispensables en la ejecución de estructuras conformadas con muros estructurales; éstas, en su procedimiento constructivo, contienen el formado y montaje de la formaleta para el armado y vaciado de muros; además, tienen un amplio rendimiento de tiempo en la instalación y en el vaciado.

hPartes h de una formaleta En general, las piezas que integran una formaleta se establecen para cada tipo de elemento estructural. En este apartado, se detallarán los elementos que componen la formaleta con la que se construye un pórtico tradicional (viga, columna o placa). De igual modo, se describirán las partes de la formaleta metálica, básica para construir un muro en concreto estructural.

Partes de la formaleta para elaborar una columna

hh Tablero longitudinal de madera (testeros) y/o tablero de módulos metálicos. hh Abrazadera de madera o metal. hh Platina del tirante metálico. hh Largueros de madera. hh Puntal o paral de madera o metal de 1.5 a 2.7 m, de 2 a 3.5 m y/o de 3.5 a 4.5 m.

Partes de una formaleta para elaborar una viga

hh Tablero longitudinal de madera (testeros) y/o tablero de módulos metálicos. hh Puntal o paral de madera o metal. hh Tablero rectangular de madera o metal. hh Correa perimetral de madera o metal. hh Traviesas de madera. hh Parales de madera o metal de 1.5 a 2.7 m, de 2 a 3.5 m y/o de 3.5 a 4.5 m.

Partes de una formaleta para elaborar una placa de entrepiso

hh Tablero o camilla rectangular de madera. hh Cerchas metálicas de tres (3) metros.

Figura 40. Formaleta o encofrado para columna. (Pérez, 2010).

hh Crucetas metálicas. hh Parales de madera o metal de 1.5 a 2.7 m, de 2 a 3.5 m y/o de 3.5 a 4.5 m. hh Puntal o paral de madera o metal. hh Correa perimetral de madera o metal. hh Tablero longitudinal de madera (testeros) y/o tablero de módulos metálicos.

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Partes de una formaleta para elaborar un muro de concreto reforzado •

Figura 41. Formaleta o encofrado para viga. (Pérez, 2010).

• • • • • •

Formaleta metálica, generalmente de: 2.4 x 2.6 m. 1.2 x 0.60 m. 2.4 x 0.50 m. 2.4 x 0.40 m. 2.4 x 0.30 m. 2.4 x 0.20 m. 2.4 x 0.10 m. 2.4 x 0.05 m.

2.4 x 0.025 m. 1.2 x 0.50 m. 1.20 x 0.40 m. 1.20 x 0.30 m. 1.20 x 0.20 m. 1.20 x 0.10 m. 1.20 x 0.05 m. 1.20 x 0.025 m.

Cuña simple. Tensor. Rinconera. Ángulo. Cuña doble. Soporte superior.

• Soporte nivelado. • Alineador. • Chapeta o grapa para formaleta metálica.

Figura 42. Formaleta o encofrado para placa de entrepiso. (Pérez, 2010).

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CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Encofrado y acero de refuerzo de los elementos estructurales de una edificación

Como se requieren accesorios para amarrar, ajustar y nivelar las formaletas, tanto para los encofrados de madera como para los metálicos se utilizan, entre otros, los siguientes: • Distanciador: son platinas fabricadas con acero de alta resistencia que se utilizan para mantener la uniformidad entre las caras de los módulos y para garantizar la medida determinada del espesor de los muros. Las perforaciones de los extremos se utilizan para asegurar el distanciador con la formaleta mediante la utilización del pasador. • Pasador: es un elemento fabricado en varilla lisa acerada, que fija el distanciador al módulo. • Conector: es un dispositivo utilizado para asegurar la unión entre los tableros del encofrado; también son indispensables porque ayudan a darle rigidez al sistema. • Tensores de alineación: son piezas compuestas por dos ganchos y un sistema de roscado a presión que sirven para sujetar los alineadores, de tal manera que en las perforaciones de las bandas de los módulos se introducen los ganchos y con el roscado a presión se rigidiza el encofrado para posteriormente vaciar el concreto. • Chaneles, forclams, mordazas: actúan en forma similar a los tensores de alineación.

hProcedimientos h de armado de encofrados en los diferentes elementos constructivos El procedimiento constructivo de la formaleta para cada elemento estructural puede variar si la formaleta se realiza en madera, metal u otro material; sin embargo, dicha variación es mínima puesto que sólo se modifican los accesorios utilizados para amarres. Por considerarse que el armado de enconfrados más usual para pórticos y viviendas de hasta dos pisos, a continuación se detallarán los procesos

Figura 43. Accesorios para amarrar, ajustar y nivelar las formaletas. (Pérez, 2010).

constructivos de dichas formaletas. Pero antes, debe tenerse en cuenta que para el armado de todos los elementos estructurales (vigas y placa de entrepiso, muros de concreto y columnas), al igual que para el armado la estructura de soporte del enconfrado de los elementos, se requiere de los andamios, los cuales se instalan paralelos al enconfrado del elemento estructural, con el fin de permitir la movilidad del obrero que arma la formaleta.

Armado de encofrado para columna La columna es un elemento estructural vertical; por tal razón, es fundamental localizarla debidamente dentro del proyecto y establecer los ejes de replanteo de la misma, ojalá con la ayuda de equipos topográficos. Se recomienda el teodolito. Para construir la formaleta de una columna, es importante tener en obra los materiales requeridos, así como los equipos (andamios, puntales y escalera, como mínimo) y la herramienta básica (serrucho, martillo, marco de segueta con segue-

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ta, escuadra metálica, gancho para amarrar el acero -denominado bichiroque, pala, pica, flexómetro, hilo, lápiz rojo, entre otros). Los materiales mínimos con los que se debe contar son: largueros de madera, alfajías de madera, puntales de madera, puntillas, pernos y alambre galvanizado; la madera que presente imperfectos, alabeo o deformaciones se debe rechazar. Previamente, al inicio de la instalación del encofrado, se debe revisar: el acero, que se haya realizado acorde a planos estructurales. De igual manera se debe solicitar la revisión de la interventoría y la autorización de inicio de construcción de la formaleta. Una vez se ejecuta el encofrado, se solicita la revisión de la interventoría y se pide el permiso de fundido de hormigón. El procedimiento constructivo que debe seguirse para el armado de la columna, es el siguiente: hh Ubicación de la columna en el área y localización de los ejes y de las dimensiones de la columna. hh Demarcación de la escuadra de los laterales de la columna. hh Amarre de los refuerzos y colocación de los separadores del acero con la formaleta en todas las caras de la columna. hh Instalación de aberturas en los elementos longitudinales de madera, para verter y vibrar el concreto a diferentes alturas y para limpieza del elemento que se va a fundir. hh Aplicación de desformaleteante a los largueros de madera y/o testeros hacia el interior de la columna, es decir, la cara que queda en contacto con el concreto. hh Aplicación sobre los largueros de dos de las caras de la columna, previamente sobre el piso, de alfajías, mínimo cada 60 cm, para columnas cuadradas o rectangulares, no aplica en columnas redondas.

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hh Armado de un andamio paralelo a una de las caras de la columna, que alcance la altura del elemento. hh Hincado y plomado de cada cara de la columna y fijación del encofrado en la base. hh Instalación de la primera alfajía alrededor de las caras de la columna y fijación mediante puntillas a los largueros de madera. hh Instalación de los anillos de alfajías, hacia arriba, con una distancia mínima de 60 cm una de la otra, rematando el encofrado con un último anillo, que proporcione rigidez a la formaleta. hh Fijación y amarre de todas las alfajías del encofrado. hh Verificación continua de la verticalidad de cada cara del encofrado, instalando plomada en la parte externa de éste y con la ayuda de un flexómetro toma a lo largo de la altura del encofrado la distancia entre el larguero de madera y el hilo de la plomada. hh Hincado de puntales arriostramiento de cada una de las caras de la formaleta. Éstos se fijan debajo de las alfajías y/o abrazaderas; si son de madera se aseguran con puntillas, y si son metálicas se fijan con pasadores, en el piso, se clavan con tacos o cuñas de madera debidamente incrustados en el piso o en la placa, en caso de que se estén armando columnas de piso subsiguiente. hh Instalación del sellado externo de toda la formaleta con el fin de evitar, en el momento de la fundida, que la pasta del concreto salga de la misma en los ensambles o uniones del encofrado. hh Hacia el interior de la formaleta, se demarca el nivel de la columna, para controlar la dimensión del elemento durante el vaciado del hormigón. hh Por las aberturas temporales de la base de la formaleta se debe limpiar el interior

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Figura 45. Columna hormigoneada en la base. (Pérez, 2010).

deformar la madera, es decir, sin martilleo ni presión contra el concreto para evitar su desmoronamiento; la madera se limpia de residuos de mortero y se le quita el desformaleteante; si requiere reparación, ésta se realiza inmediatamente, y se almacenan en un sitio seco, libre de humedad y que no quede a la intemperie. Los largueros de madera se pueden almacenar en forma vertical, contra un muro, o en forma horizontal, sobre una base que puede ser de madera.

Armado de encofrado para viga

Figura 44. Diversos pasos del encofrado de la columna. (Pérez, 2010).

del encofrado antes de realizar el vaciado de hormigón. hh Cerrar las aberturas del encofrado a medida que se supera la altura de la abertura, durante la fundida del elemento. El descimbrado de la formaleta se debe realizar tres días después de fundida la columna, cuando el hormigón ha realizado su fraguado y no se corra el riesgo de que se desmorone, ni se desprenda, ni que sufra alguna deformación. El encofrado se debe retirar cuidadosamente sin utilizar herramientas que puedan partir, dañar o

Este elemento estructural se construye de dos formas: una, consiste en fundir las vigas y enseguida sobre éstas se arma y se funde la placa. La otra, cuando la viga forma parte de la placa, se arma la formaleta de la placa y sobre ésta se construyen las vigas y la placa. En este caso, se describe el proceso de una viga que soportará la placa de manera subsiguiente; este último procedimiento se realiza para armar encofrado de vigas de cubierta y vigas de amarre o de culata. El procedimiento del armado del encofrado de una viga se diferencia del que se lleva a cabo para la formaleta de una columna porque, secuencialmente, para la columna se arma el acero y enseguida se ejecuta la formaleta vertical; en cambio, para una viga se realiza primero la base horizontal de la formaleta, luego se efectúa la instalación y amarre del acero y posteriormente se terminan los laterales de la formaleta. El procedimiento constructivo que debe seguirse para construir la formaleta de la viga es el siguiente:

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hh Ubicación en el área del pórtico de la viga y localización de los ejes y de las dimensiones de la misma, replanteando también los ejes de la columna de apoyo. hh Demarcación de la escuadra de los laterales de la viga. hh Instalación de tableros sobre los andamios y/o sobre cerchas metálicas apoyadas previamente en los parales telescópicos las cuales se han puesto debidamente rígidas con las crucetas entre los dos apoyos de la viga, generalmente entre dos columnas. Se nivelan tableros y parales. hh Armado del acero de la viga sobre la formaleta. hh Amarre de los refuerzos, los separadores del acero con la formaleta, tanto en el fondo de ésta como en el acero que limita con el encofrado lateral. hh Aplicación del desformaleteante a los largueros de madera y/o testeros, hacia el interior de la viga (es decir, las caras que quedan en contacto con el concreto). hh Unión de los largueros de madera con los que se arman los laterales de la viga. Previamente, sobre el piso, se instalan alfajías mínimo cada 60 cm unas de otras. hh Instalación de los largueros laterales de la formaleta de la viga sobre los tableros, a lado y lado del acero, debidamente aplomados y nivelados. hh Fijación de los largueros y de la base de la formaleta con apoyos como riostras de madera, puntales y cuñas de madera. hh Instalación en la parte superior de los testeros de traviesas, cada 60 centímetros unos de otros aproximadamente, para evitar que la formaleta se abra mientras se funde la viga.

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Figura 46. Armado de viga de cubierta. (Pérez, 2010).

hh Instalación de la correa perimetral que sirve para alinear y rigidizar los largueros de la formaleta de la viga. hh Instalación de los separadores en la parte superior de la formaleta, paralela a los tableros que soportan la viga, sobre los dos largueros; éstas se fijan con puntillas y de esta manera se ayuda a rigidizar los largueros para que la formaleta no se mueva, ni se abra al momento de vaciar el hormigón. hh Fijación y amarre de todas las alfajías del encofrado. hh Verificación continua de la nivelación de tableros, así como de la de las caras del encofrado. hh Realización del sellado externo de toda la formaleta con el fin de evitar que, en el momento de la fundida, la pasta del concreto salga de la misma en los ensambles o uniones del encofrado. hh Demarcación del nivel de la viga hacia el interior de la formaleta para controlar las dimensiones del elemento cuando se realice el vaciado del hormigón.

Armado de encofrado para placa de entrepiso Las placas pueden ser macizas o aligeradas; las del primer tipo se usan generalmente en construcciones muy pequeñas, por ejemplo en vivienda de dos pisos con áreas no mayores a 60 CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

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m2. El espesor de esta placa no debe sobrepasar los 10 ó 15 centímetros, pues construir una de mayor espesor no es económico; además, se debe verificar el peso que transmite la placa maciza al pórtico. En algunas construcciones grandes, eventualmente se realiza una placa maciza; éstas se construyen por ejemplo como cubierta de escaleras, en cubierta para apoyo de tanques de agua potable o como cubierta de espacios en las terrazas. En general, para edificaciones tradicionales de vivienda y edificaciones particulares y de entidades públicas, se diseñan placas aligeradas que son elementos complejos de gran trabajo donde se integran diferentes actividades de la obra, se reúnen para la elaboración de esta actividad las instalaciones hidrosanitarias, eléctricas, de gas y todo lo implícito en la elaboración de la placa, como vigas, viguetas, torta inferior y placa superior. El procedimiento constructivo que debe seguirse para la formaleta de la placa de entrepiso aligerada es el siguiente: hh Ubicación de la placa en el área del pórtico, localización de los ejes y las dimensiones de la misma, replanteando también los ejes de las columnas de apoyo. Se recomienda para esta actividad el uso del teodolito.

hh Revisión de los apoyos verticales, una vez armado el encofrado horizontal en el total del área de la placa. En las zonas donde se ubican las vigas, se refuerzan los parales; asimismo, donde se considere, acorde al tipo de placa que se vaya a realizar, al tipo de encofrado y a los materiales. hh Nivelación de toda la placa horizontal y determinación de si el encofrado se debe construir con contra flecha. hh Armado sobre la formaleta del acero de las vigas, de las viguetas y de los arranques de columnas del siguiente piso. hh Amarre de los refuerzos, de los separadores del acero con la formaleta, tanto en el fondo de ésta como en el acero que limita con el encofrado lateral en toda el área de la placa. hh Armado con largueros y/o testeros de los laterales perimetrales de la placa e instalación con alfajías: se fijan a la base de la formaleta y son apoyadas con riostras, puntales y cuñas de madera.

hh Demarcación de la escuadra de los laterales de la placa.

hh Armado de las arañas sanitarias que irán dentro de la placa y realización de los pasos de tubería sanitaria o de lluvias en el encofrado. Estos pasos se demarcan, y los espacios se sellan con papel periódico o con bolsas de cemento vacías. Deben permanecer así hasta que se descimbre la placa.

hh Armado de la estructura de cerchas y andamios metálicos debidamente soportados sobre parales telescópicos, apoyados en el piso y que estén debidamente rígidos con las crucetas.

hh Instalación de redes de tubería eléctrica a lo largo de la placa, instalación de los codos donde corresponda, colocándolos por encima del espesor de la placa, al igual que los tubos eléctricos que ubican los puntos eléctricos.

hh Instalación de tableros sobre andamios y/o sobre cerchas metálicas.

hh Instalación de redes hidráulicas de agua fría y agua caliente de acuerdo con el diseño, a lo largo del área de la placa, ubicando los codos y la tubería por encima del espesor de la placa, correspondientes a los puntos de agua potable y de agua caliente.

hh Nivelación de tableros y parales continuamente, a medida que se avanza en el armado total del área de la placa.

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hh Instalación de los pasos de la tubería de gas en el encofrado: se demarcan y se tapan con papel periódico hasta el descimbrado. Según la normatividad, la tubería de gas no debe dejarse embebida en la placa. hh Realización de pruebas de presión a la tubería de las redes hidráulicas, verificadas con la interventoría. hh Realización de pruebas de estanquidad a la tubería de las redes sanitarias, verificado con la interventoría. hh Verificación con la interventoría de la posición de las redes hidrosanitarias y eléctricas y los pases en el encofrado. hh Revisión de los elementos de aligeramiento dentro del encofrado total de la placa, verificado con la interventoría; se debe tener un inventario previo de los aligerantes y cada uno de éstos debe estar marcado acorde a un plano de despiece. Una vez revisados los aligerantes por la interventoría, se retiran y se ubican en un área muy cercana a la placa; una vez se funda la torta inferior, se instalan los aligeramientos, se funden las vigas y viguetas y la placa superior.

que la pasta del concreto salga de la misma en los ensambles o uniones del encofrado. hh Demarcación del nivel de la placa hacia el interior de la formaleta con lápiz rojo para controlar las dimensiones del elemento cuando se realice el vaciado del hormigón. hh Verificación, con la interventoría, del acero de la placa y hacer la solicitud de autorización para la fundida. Se verifica la cantidad de acero, los diámetros, la posición, los flejes de vigas y viguetas, los traslapos de acero, el acero de cortantes, los refuerzos en los pasos de tubería y el acero en los nudos acordes al diseño. hh Verificación, con la interventoría, de la rigidez de la formaleta de la placa, de los niveles y plomos, además de solicitar autorización para fundir placa.

hh Aplicación de desformaleteante a todos los tableros y a los testeros de madera hacia el interior de la placa, es decir, en las caras que quedan en contacto con el concreto. hh Instalación de la malla electro soldada que contiene la torta inferior, con los respectivos separadores de acero y la formaleta. hh Verificación de todas las alfajías del encofrado, riostras, cuñas y parales. hh Verificación continua de la nivelación de tableros, así como de las caras del encofrado. hh Realización del sellado externo de toda la formaleta, tanto horizontal como vertical, con el fin de evitar, en el momento de la fundida,

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Figura 47. Sistema hidrosanitario armado sobre encofrado de placa de entrepiso. (Pérez, 2010).

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Si el concreto es bombeado previo a la fundida de la placa, se debe determinar el sitio de inicio de la fundida, el cual debe estar libre y cerca de la placa para ubicar los carros con la bomba y el mixer, en cuyo caso el concreto se deposita directamente sobre el encofrado de ésta, y no se requiere transportar el hormigón sobre la formaleta. Si el concreto no es bombeado, se programa un sitio dentro de la obra donde se ubica un cajón receptor del concreto y se establece si el hormigón se transporta en boggies sobre tablones de madera hasta el encofrado o si se sube con grúa en baldes hasta el encofrado.

este material sería muy demorado, además porque para grandes alturas se requerirían elementos adicionales que saldrían muy costosos.

El proceso que debe seguirse es descimbrar la formaleta de la placa después de 14 días, considerando que, por ser un elemento horizontal requiere que el concreto tome la forma instaurada por la formaleta y que haya adquirido un valor superior al 70% de la resistencia final esperada. Se retiran los parales del área de placa, pero no aquellos que se encuentran debajo de las vigas; éstos se deben mantener por lo menos hasta que las vigas alcancen los 28 días y aporten el 100% de la resistencia de las mismas. En la medida en que se retiran los parales, se van retirando las cerchas y luego los tableros instalados horizontalmente, teniendo cuidado de no deteriorar el acabado de la placa; en este mismo momento, se retiran también los largueros laterales perimetrales de la placa.

El procedimiento constructivo que debe seguirse para construir la formaleta de un muro en concreto es el siguiente:

Las cerchas y los parales metálicos se limpian y almacenan en un sitio seco y cubierto, puesto que no es recomendable dejarlos a la intemperie. Los tableros y largueros de madera se limpian, y los que se deban reparar se arreglan inmediatamente, se almacenan en lugar seco y cubierto para su nuevo uso. Una vez se terminen los usos en obra, se dispone el retiro de las formaletas usadas de la obra. Las riostras de madera, los puntales y las cuñas se recuperan y se reutilizan en la obra.

Armado de encofrado de muros de concreto Este sistema de encofrado es de tipo metálico y se denomina formaleta modular; se requiere para construir muros en concreto y módulos de gran altura, de ninguna manera se realizan estos muros con encofrado de madera pues el uso de

En cuanto al proceso de armado, los tableros se montan con gran rapidez y su sistema de anclaje permite regular su altura, ubicarlos a grandes alturas y desmontarlos después de fraguar el hormigón; lo ideal es utilizar grúa para montar y trasladar los encofrados. Económicamente, ésta es la mejor solución para el trabajo en alturas, porque se reducen la mano de obra, el tiempo de ejecución de actividades y los costos totales.

hh Ubicación del muro en el área del pórtico, localización de los ejes y las dimensiones de la formaleta, replanteando también los ejes de los muros de apoyo. Se recomienda para esta actividad el uso del teodolito. hh Previa a la instalación del encofrado, revisión del armado del acero y/o de las parrillas estructurales de los muros correspondientes al diseño; se verifica con la interventoría y se solicita autorización para ensamblar el encofrado. hh Realización del montaje de los cuadros del encofrado, con la ayuda de la grúa; las dimensiones de estos cuadros pueden variar entre 5 y 7 metros de largo aproximadamente o las que se requieran, y su altura oscila entre 3 y 6 metros; se transporta y se ensambla primero el costado externo del encofrado y luego el interno. hh Instalación de angulares en las esquinas interiores y exteriores. hh Instalación de mariposas y barras pasantes sobre el ancho del muro, que controlan el espesor de éste. hh Verificación de acoples y ensamble del encofrado.

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hh Verificación de niveles y plomos del encofrado, así como su verticalidad. hh Verificación general con la interventoría y solicitud de autorización para el vaciado del hormigón. Este tipo de encofrado ofrece ventajas de uso como: • Es muy rápido de instalar.

• Disminuye el material sobrante en obra, además produce un mínimo de basuras. • En vista de que el encofrado metálico no absorbe agua, el diseñador de la estructura en concreto estructural puede balancear adecuadamente la relación agua-cemento y hacerla más baja para obtener resistencias altas. En términos generales, el encofrado metálico presenta un mínimo desgaste al uso, siempre y

• Se desencofra una vez ha fraguado el hormigón. • Reduce mano de obra, tiempo de ejecución y costos. • Un excelente acabado del muro permite que se use como tal y omitir en otro tipo de acabados, pañete, estuco y pintura, representando ahorros en el valor total de la obra.

Figura 48. Encofrado y armado de muros en concreto. (Pérez, 2010).

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cuando se manipule adecuadamente, es decir, se limpien los sobrantes de concreto después de cada uso y se proteja con pintura anticorrosiva para evitar desgastes causados por el medio ambiente, el sol y la lluvia.

Interpretación de planos para encofrados Se debe realizar una adecuada lectura de planos estructurales, identificando la ubicación de cada elemento dentro del pórtico, su dimensión y su forma; de esta manera, se procede a planear la construcción de cada formaleta y de los materiales requeridos para esta labor y se garantiza el cumplimiento de ejecución de la estructura de hormigón. Es importante considerar el espesor del encofrado que se va a utilizar y verificar, una vez armado, que las dimensiones internas coincidan con la dimensión nominal del elemento registrado en planos; es muy peligroso disminuir o aumentar las dimensiones de un elemento estructural; si la dimensión es inferior, se puede disminuir la resistencia de dicha sección a las cargas de diseño; si se aumentan las dimensiones, se están acrecentando las cargas de la estructura y por lo tanto afectando también la resistencia de diseño del pórtico. El encofrado de la placa de entrepiso merece gran cuidado, pues éste se debe diseñar, despiezar y considerar los materiales, los equipos, los cortes, las uniones y los ensambles requeridos. Algunos proyectos contemplan y entregan el despiece de la formaleta y las recomendaciones y especificaciones del mismo; sin embargo, es responsabilidad del profesional director del proyecto que si el mismo no cuenta con el despiece, se realice y se consideren todas las especificaciones requeridas.

hNormas h de salud, higiene y seguridad industrial de la actividad En Colombia se cuenta con la normatividad ajustada al tema de la presente sección. Dentro de la gran Legislación del Sistema General de Riesgos Profesionales, previsto en la Ley 100 de 1993, entre otras disposiciones, también existen

dos resoluciones que integran el tema y el personal de construcción debidamente establecidas por el Ministerio de Protección Social: la Resolución 02413 de mayo 22 de 1979, por la cual se dicta el Reglamento de Higiene y Seguridad para la Industria de la Construcción, y la Resolución 02013 de junio 6 de 1986, por la cual se reglamenta la organización y el funcionamiento de los comités de medicina, higiene y seguridad industrial en los lugares de trabajo. Todas las obras en ejecución deben estar reglamentadas por el plan de salud, higiene y seguridad industrial particular para el proyecto. Dicho plan debe contener un objetivo, una vigencia, el recinto o área de aplicación, el personal al que se va dirigido, las actividades y sus respectivos procedimientos constructivos, todo acorde con la normatividad colombiana. Para establecer un plan completo, es fundamental estipular claramente las actividades que se van a realizar, el personal con que se cuenta para la ejecución de la obra (profesional, mano de obra calificada y no calificada) y estimar los riesgos que se pueden presentar en cada una de las actividades por realizar. Estipular los riesgos no es tan sencillo; en lo posible, es importante que previo al inicio de obra se reúnan el profesional director del proyecto y el maestro general de obra con cada una de las personas encargadas de las diferentes actividades, por ejemplo, los operadores de la maquinaria de excavación, los facultados para elaborar la estructura de concreto (armar hierro, armar formaletas y fundir hormigón), los carpinteros, instaladores hidrosanitarios, eléctricos, instaladores de acabados, pisos y enchapes; los operarios y mecánicos de grúa, mixer y autobomba; los armadores de cubierta, instaladores de puertas, ventanas, pasamanos de escaleras y todo el personal que involucre la obra, con un gran fin: que quienes operan, producen e instalan directamente en la obra ayuden a determinar los posibles riesgos que se pueden presentar en cada uno de los procesos constructivos y a determinar la forma de prevenirlos. Después de que se establezcan los riesgos y prevenciones, se elabora el

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plan de salud, higiene y seguridad industrial para cada proyecto. De esta forma, se busca cuidar vidas, evitar accidentes, tomar todas las precauciones necesarias para evitar sucesos indeseados. Para que estos planes sean exitosos, los profesionales de la obra deben comprometerse con el cumplimiento del plan, de las obligaciones establecidas en la normatividad y participar activamente en el desarrollo del mismo. Al personal de la obra se le debe capacitar técnicamente y muchos de los proveedores ofrecen estos conocimientos; por ejemplo, la empresa que provee el concreto capacita en su planta al personal de la obra en el conocimiento de toma de ensayos en obra, como el slump, toma de cilindros y el manejo en obra del concreto (recepción, colocación y curado). Las empresas aseguradoras de riesgos profesionales (ARP) ofrecen mensualmente capacitación al personal de obra en temas como: seguridad industrial en los diferentes procesos, prevención de riesgos, información en la obra, uso de herramientas, uniformes, elementos de protección personal adecuados. La selección de mano de obra en el proyecto es de carácter prioritario, en manos de cada uno de los intervinientes en los procesos de la obra está el control o no de los riesgos establecidos para la ejecución de la actividad.

hEl h acero de refuerzo El acero, al ser una aleación de hierro y carbono, es un material que se debe producir, puesto que no existe como tal en la naturaleza; esta producción permite realizar diferentes aleaciones con otro tipo de materiales, obteniendo un acero de refuerzo con algunas características ideales para la industria de la construcción, como por ejemplo: tener alta resistencia, ser soldable y presentar maleabilidad y dureza. Cabe aclarar que la proporción de carbono influye sobre las características del hierro. Los aceros producidos para la construcción tienen una alta resistencia y un módulo de elasticidad, por lo cual pueden ser sometidos a cargas, presentando deformaciones mínimas; tienen

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también una ductilidad alta que, al estar sometidos a grandes esfuerzos, les permite presentar un comportamiento de esfuerzo-deformación en forma lineal. Hay aceros con alta resistencia y baja aleación, que se contemplan en la Norma ASTM (norma internacional encargada de controlar la calidad de procesos y materiales industriales), los cuales presentan límites de fluencia entre 42.000 psi (2.940 kg/cm2) hasta 65.000 psi (4.550 kg/cm2), y aceros aleados térmicamente, con límites de fluencia de 90.000 psi (6.300 kg/ cm2) hasta 100.000 psi (7.030 kg/cm2). En Colombia se cuenta con acerías de gran capacidad productiva, que cumplen los regímenes y estándares que se requieren para el uso de estructuras en concreto, como por ejemplo Acerías Paz del Río. La normatividad que rige en Colombia los aceros estructurales se encuentra establecida en la NSR-98 (Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente), actualizada mediante el Decreto 926 del 19 de marzo de 2010 con la NSR-10, Capítulo C.3 Materiales, C.3.5 Refuerzo de Acero, C.7 Detalles del refuerzo y C.12 Desarrollo y empalmes del refuerzo. Se establecen allí los requisitos basados en Normas NTC (Normas Técnicas Colombianas), ASTM (American Society for Testing and Materials) y AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials). Una característica esencial para determinar el tipo de acero que se va a utilizar en una estructura o en los elementos estructurales que componen el pórtico es determinar el límite elástico de proporcionalidad del acero, o sea, establecer el mayor esfuerzo que es capaz de soportar el material, sin que se deforme. Cuando se realiza el cálculo y diseño del pórtico estructural, se establecen las dimensiones del concreto sometido a compresión y se determina la cuantía de acero dentro del hormigón, que absorbe los esfuerzos de tensión e incluso puede absorber esfuerzos de compresión y así se disminuyen las dimensiones del concreto. Esta acción resulta si el concreto y el acero se deforman de manera conjunta; parte de este logro se da si existe una buena adherencia entre los dos materiales; el acero aporta una gran reCONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

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sistencia a la fluencia, considerando que el acero tiene unas 15 veces la resistencia a la compresión que la que ofrece el concreto y una resistencia a la tensión 100 veces superior a la del concreto. En el diseño se tiene en cuenta además que los nudos del pórtico actúen con elasticidad.

Características del refuerzo Entre los aceros estructurales se encuentran en el mercado los aceros lisos y los corrugados; estos últimos tienen sobre la superficie estrías y espaciamientos para lograr una mayor adherencia entre el concreto y el acero. Los aceros comerciales, se fabrican con sección redonda, en longitudes de 6 m y 12 m y en diámetros de ½”, 5/8”, ¾”, 7/8” y 1”; los aceros de ¼” y 3/8” se consiguen en chipa. En los diseños, computados en Colombia, normalmente se encuentra que han sido calculados con aceros de 60.000 psi y 42.000 psi, los primeros se usan longitudinalmente en columnas, vigas, placas y en parrillas de cimientos; los segundos se utilizan básicamente en flejes. El acero normal se calcula con una resistencia de 1.200 kg/cm2, mientras que el acero corrugado se calcula con una resistencia de 4.600 kg/cm2. Si

se requiere, el peso de la barra por metro lineal y no se dispone de la tabla 1.7, se puede calcular en sitio con la siguiente fórmula: P=

^6, 14 # d2 h

1.000

Donde d: diámetro de la barra en milímetros (mm). P: es el peso de la barra en kilogramos (kg) por cada metro lineal de varilla.

Ejemplo: véase en la Tabla 7 cuánto pesa por metro lineal una barra de 1”, el diámetro sería el valor correspondiente a 1 pulgada que equivale a 2.54 cm y que corresponde a 25.4 mm. P=

^6, 14 # ^25, 4 h 2 h

1.000 = 3.96128 kg m = aprox. 3, 67 kg m

En la Tabla 7, se verifica que para una barra de 1”, el diámetro en milímetros es 25.4 y la masa es 3.973 kg/m. Los tamaños de las barras se identifican por el número designado a ésta, como aparece en la primera columna de la Tabla 7; esta numeración hace más sencilla la elaboración de planos

Tabla 7. Dimensiones nominales de las barras de refuerzo (Diámetros basados en octavos de pulgada) Designación de la barra (veáse la nota)

Diámetro de referencia en pulgadas

Diámetro mm

Área mm2

Perímetro mm

No 2

1/4”

6.4

32

20.0

0.250

No 3

3/8”

9.5

71

30.0

0.560

No 4

1/2”

12.7

19

40.0

0.994

o

N 5

5/8”

15.9

199

50.0

1.552

o

N 6

3/4”

19.1

284

60.0

2.235

No 7

7/8”

22.2

387

70.0

3.042

No 8

1”

25.4

510

80.0

3.973

o

N 9

1-1/8”

28.7

645

90.0

5.060

N 10

1-1/4”

32.3

819

101.3

6.404

No 11

1-3/8”

35.8

1006

112.5

7.907

No 14

1-3/4”

43.0

1452

135.1

11.380

N 18

2-1/4”

57.3

2581

180.1

20.240

o

o

Dimensiones nominales

Masa kg/m

Nota: El No de la barra inidica el número de octavos de pulgada del diámetro de referencia. Fuente: tomado de Asociación Colombiana de Ingeniería Antisísmica, Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente NSR-98.

49

el elemento para resistir las cargas y los efectos de la estructura.

Procedimientos de transporte de hierro Esta actividad se realiza en camiones de plataforma abierta, en semirremolques y/o en camión de más de dos ejes de plataforma cerrada; para el transporte, se debe considerar el largo de las varillas y el peso del acero, así como el uso de grúas para cargar y descargar cada camión; a algunos de estos vehículos se les inserta esta grúa entre la cabina y la plataforma, y es operada por el conductor para cargue y descargue. Continuando con el correcto procedimiento del transporte de hierro, el material se deposita en la obra, en un sitio con cerramiento y cubierta para evitar el contacto del acero con el agua, y debe hacerse sobre plantillas de madera, nunca directamente en el suelo. Las varillas longitudinales se guardan en posición horizontal y las parrillas se pueden guardar en forma vertical aunque es mejor dejarlas en posición horizontal. Todo el material se guarda debidamente etiquetado, identificando el diámetro, la longitud, el tamaño, la forma y el tipo de refuerzo. Los obreros deben usar guantes de arnés para desplazar el hierro dentro de la obra. Hay que evitar, en lo posible, que las varillas se doblen o deformen. Si la obra es de más de dos pisos, las varillas se deben transportar con torre grúa debidamente amarradas y formando ángulos de 45 grados entre la grúa y los amarres del acero.

Interpretación de planos, despiece y cartilla de hierros Figura 49. Mallas y acero en obra. (Autor, 2010).

y cartillas de despiece. Todas las barras corrugadas en el mercado se encuentran demarcadas, con el fin de no cometer errores al instalarlas, y si el hierro se solicita figurado, éste llega debidamente etiquetado; con la práctica se reconocen muy rápidamente los diámetros. Si se llegase a cometer un error y se instala en un elemento estructural un acero de diámetro inferior al de diseño, se pondría en riesgo la estructura y las vidas humanas que la misma alberga, porque se está disminuyendo la cuantía de acero que requiere

50

Una vez definido el cálculo y diseño del acero que compone la estructura del pórtico que se va a construir, es fundamental realizar la interpretación de planos, revisar el despiece y la cartilla de hierros para proceder a planificar el pedido de este material y determinar si se compra figurado y/o se elaboran los cortes y figurados en obra. En la obra, dentro del juego de planos se cuenta con el juego de los planos estructurales; es importante que exista una copia física de éstos, en tamaño pliego, para darles manejo en obra. De igual modo se deben tener también en meCONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Encofrado y acero de refuerzo de los elementos estructurales de una edificación

dio magnético con el fin de verificar claramente las inquietudes que se presenten. Inicialmente se debe revisar que los planos físicos coincidan con la versión de los que están en medio magnético; confirmado esto, se revisa el número de planos, numeración que aparece en la parte inferior, esquina derecha de los mismos y dice por ejemplo: Plano No. 1 de 10, siendo así, se debe verificar la existencia del número total de planos. Enseguida, se coteja que el conjunto de planos contengan: plano de cimentación (zapatas, pilotes, muros), muros de contención, muros estructurales, plano de vigas, plano de columnas, plano de placas de entrepiso, placa de cubierta y otras, plano de escaleras y rampas en el que estén contenidos todos los pisos que componen la estructura con plantas, cortes, detalles y especificaciones; estas últimas pueden venir también en documento anexo al juego de planos.

dad de hierro requerido; se verifica que la cantidad de hierro que se necesita corresponda con la cantidad contratada. Con alguna frecuencia sucede que el cálculo y diseño establecidos en un proyecto son correctos y que los despieces de planos se ajustan a éstos, pero que la cantidad contratada es inferior y no corresponde con lo propuesto. Los planos estructurales identifican claramente el despiece de cada uno de los elementos estructurales que conforman el pórtico, definen la ubicación de acuerdo con el número de pisos y la cantidad de elementos que se vayan a construir, especifican el tipo de acero, el diámetro o número de barra, la longitud, la ubicación del acero dentro del elemento, los ganchos, los flejes con dimensiones y la cantidad que se va a usar. Es fundamental leer las especificaciones e interpretarlas adecuadamente, en consideración a que en el momento de realizar la cartilla de despiece o de verificarla, se pueda constatar que se han tenido en cuenta los hierros (por ejemplo, de pases de tubería, de empalmes, de cortantes y. ace-

En algunas ocasiones el proyecto contiene el despiece y la cartilla de hierro; si no es así, se debe realizar la cartilla en la que se establece la canti3

4

5

6

7 .10

2.65

CT1

.50 .10

1L2 1L2

(5-6)

30 x

.25

1L4

40

.32

1VB (6-7)

30 x 40

ESC. 1: 10

SECCION NB

40 x 40

1.40

1L1 1L1 1L12

NB CONTRAFLECHA 3.5 cm

9.13

30 x 40

E

2

15EØ3/8"a.17

D

.10

1.40

12EØ3/8"a.17

7EØ3/8"a.17

.32

1L6=NL4

.32

.40

VACIO

2.50

.30

2.50

2.00

.10

2.46 14.47

2.63

4.83

.10 1.78

.15

7EØ3/8"a.17

2 Ø 3/8" x 1.20

1L7

10EØ3/8"a.17

.68

2 Ø 1/2" x 4.50

2 Ø 3/8" x 3.00

7EØ3/8"a.17

2 Ø 3/8" x 10.33

.10

5EØ3/8"a.17

2.02

1.63

6 2.38

7

6

7

2.63

5EØ3/8"a.17

8EØ3/8"a.17

4.83

7

4

4.83

4EØ3/8"a.17

9EØ3/8"a.17

14EØ3/8"a.17

.10

.32

2 Ø 3/8" x 8.00

5

2.23

6

2.80

11EØ3/8"a.17

10EØ3/8"a.17

2.65

2 Ø 3/8" x 3.50

2 Ø 3/8" x 8.00

2.18

14EØ3/8"a.17 2 Ø 1/2" x 5.00

.32

1L5=NL3

.32

.06 131 EST. Ø 3/8" x .90 POR VIGUETA 2 Ø 3/8" x 6.00

.10

PROYECTO:

LOCALIZACION:

EDIFICIO CHAUSTRE AVENIDA 15 - CALLE 9-10 Barrio San Miguel. CUCUTA.

GUSTAVO GALVIS GARCIA Mat. 25700-37656 CND

.15

2 Ø 3/8" x 2.50

.06 .07

.10 x .40 1L5 SON: 3 NL3 SON: 1 POR NIVEL

REFUERZO SUPERIOR REFUERZO INFERIOR

.32

.32

1L1=NL1

.06 43 EST. Ø 3/8" x .90 POR VIGUETA 2 Ø 1/2" x 6.00

2 Ø 3/8" x 9.00

PROYECTO ARQUITECTONICO :

2 Ø 1/2" x 4.00

DISEÑO ESTRUCTURAL :

ING. PEDRO E. ARIAS MATOS. MAT. 00000-16957 CUNDINAMARCA. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA ESPECIALISTA EN ESTRUCTURAS

2 Ø 3/8" x 8.00

MATERIALES:

.10

PROPIETARIO:

Fy = 420 MPa. Ø 3/8" en adelante (4200 kgf/cm2 ) Fc' = 21.1 MPa. Resistencia a la compresiòn a los 28 dias. (211kgf/cm2 )

DIBUJO:

LEONARDO GUTIERREZ F.

.10 x .40 1L1 SON :6 NL1 SON :8 POR NIVEL

ESCALA:

1 : 50

Nº REV. 01 02 03 04 05

2.78

2 Ø 3/8" x 1.50

3.35

.15

9EØ3/8"a.17

2 Ø 1/2" x 4.00

.32

.32

.06 45 EST. Ø 3/8" x .90 POR VIGUETA .10

FECHA REVISO

.10

2Ø3/8"

7EØ3/8"a.17

7EØ3/8"a.17

2 Ø 3/8" x 2.50

.06 .07

MODIFICACIONES:

.10

3.48

15EØ3/8"a.17

.10

.15

3

2Ø3/8"

7EØ3/8"a.17

REFUERZO SUPERIOR REFUERZO INFERIOR

2 Ø 3/8" x 9.30

.10

RODRIGO ARIAS CHAUSTRE.

ARCHIVO: D-1030L3-NIVEL 1

7EØ3/8"a.17

12EØ3/8"a.17

REFUERZO SUPERIOR REFUERZO INFERIOR

2

2Ø3/8"

7EØ3/8"a.17

SON :6 POR NIVEL

1

3.35

10EØ3/8"a.17

.10 x .40

2 Ø 3/8" x 10.33

.10

3

3.48

12EØ3/8"a.17

.15 .06 .07

.10

13EØ3/8"a.17 2 Ø 1/2" x 4.50

1L7=NL6

.32

.06 50 EST. Ø 3/8" x .90 POR VIGUETA

2Ø3/8"

13EØ3/8"a.17

11EØ3/8"a.17

2 Ø 3/8" x 3.00 1.10

.32

2

2Ø3/8"

10EØ3/8"a.17

7EØ3/8"a.17

2 Ø 3/8" x 1.50

REFUERZO SUPERIOR REFUERZO INFERIOR

SON :1 POR NIVEL

2 Ø 3/8" x 8.40

.10

.10

2.18 2Ø3/8"

7EØ3/8"a.17

.10

.06 .07

.10 x .40

1

4.83 2Ø3/8"

16EØ3/8"a.17

.10

7

5.00

2Ø3/8"

12EØ3/8"a.17

2 Ø 1/2" x 7.50

.15

2 Ø 1/2" x 6.00

4

2Ø3/8"

7EØ3/8"a.17

2 Ø 3/8" x 2.00

1L3=NL5

.32

6 5.00

2Ø3/8"

10EØ3/8"a.17

.06 .07 REFUERZO SUPERIOR REFUERZO INFERIOR

2 Ø 3/8" x 3.50

3 3.35

11EØ3/8"a.17

(1Ø 3/8" + 1Ø1/2") x 3.00 1.10

.06 35 EST. Ø 3/8" x .90 POR VIGUETA

2 Ø 3/8" x 12.00

7EØ3/8"a.17

7EØ3/8"a.17

2 Ø 3/8" x 1.50

.10

5 2.80

2Ø3/8"

7EØ3/8"a.17

2 Ø 1/2" x 5.00

.15

REFUERZO SUPERIOR REFUERZO INFERIOR

SON :1 POR NIVEL

2 Ø 3/8" x 8.00

4

5.00

2Ø3/8"

13EØ3/8"a.17

.06 123 EST. Ø 3/8" x .90 POR VIGUETA

2

6

2.80

14EØ3/8"a.17 2 Ø 1/2" x 4.50

.10 x .40

1L9=NL10

.32

2 Ø 1/2" x 6.00

5

2.65

10EØ3/8"a.17

2 Ø 1/2" x 5.50

.06 61 EST. Ø 3/8" x .90 POR VIGUETA

2Ø3/8"

7EØ3/8"a.17

2.65

11EØ3/8"a.17

.06 .07

1.33

.10 x .40 SON :2

1L4

2 Ø 3/8" x 1.20

.10

.15

.32

14EØ3/8"a.17

.32

2 Ø 3/8" x 4.50

.06 .07

6EØ3/8"a.17

.15

3.68

2 Ø 3/8" x 7.50

.32

.10

1.11

5

2Ø3/8"

6

2.10

2EØ3/8"a.17 2EØ3/8"a.17

.15

REFUERZO SUPERIOR REFUERZO INFERIOR

SON :5 POR NIVEL

A

1L11

2Ø3/8"

7EØ3/8"a.17

.10 x .40

1L10=NL11

.32

.06 48 EST. Ø 3/8" x .90 POR VIGUETA

ESC. 1 : 50

5 .70

14EØ3/8"a.17

1.10 .06 .07

5.35

5.36

NB

50 x 40

1L7

11EØ3/8"a.17

1L13

5

2Ø3/8"

6EØ3/8"a.17

2Ø3/8"

2.65 2Ø3/8"

6EØ3/8"a.17

4

4 1.55

2Ø3/8"

3.48

.10

7

B

30 x 40

6EØ3/8"a.17

.50

30 x 40

40 x 40

3 3.35

2 Ø 1/2" x 7.50

19EØ3/8"a.17

2 Ø 3/8" x 1.20

.10

6

1L7

.81

3

2

2

2.18

5EØ3/8"a.17

C

CARGA VIVA: 180Kgf/m²

12EØ3/8"a.17

5EØ3/8"a.17

2 Ø 3/8" x 2.00

2 Ø 3/8" x 12.00

1L7

25 x 40

PLANO INDICE NIVEL 1

1

7EØ3/8"a.17

REFUERZO SUPERIOR REFUERZO INFERIOR

SON :2 POR NIVEL

.06 58 EST. Ø 3/8" x .90 POR VIGUETA

.32

1

.10

4

.80

CT1

NB

7EØ3/8"a.17

2 Ø 3/8" x 2.50

.10 x .40

25 x 40

19EØ3/8"a.17

ESC. 1: 20

2.23 2Ø3/8"

.06 .07

1L7 1.78

.40

1VA (1-6)

15EØ3/8"a.17

.10

3 3.35

2 Ø 1/2" x 4.50

.15

27.10

.15

CORTE DE PLACA

ESC. 1 : 10

2Ø3/8"

.77

CT1

25 x 40

3.48

.50

.10

3.48

3.48

50 x 40

1L1

.50

25 x 40

1

BLOQUE DE ICOPOR

.10

EST. Ø 3/8" x 1.18 a .15

1 2.78

1L7

25 x 40

2.78

.50

4.30

.50 .10

1L4

1L3

50 x 40

.50 .10 .50 .10 .50 .10

1L8

2 Ø 3/8"

EST. Ø 3/8" x .46 a .20

1Ø3/8"

SECCION RIOSTRA

.30 .30 .50 .10 .50 .10 .50 .10 .50 .10

1L5

.50 .10

1VC

.15

1V7 (B-F)

50 x 40

1V6 (A-F)

RIOSTRA

1V5 (A-F) C

1V

.08

x 40

.76

1VA (1-6)

CT1

x 40

30

1L5

REP. Ø 1/4" a .30

VIGUETA

.07 .07

CT1

1.44

.10

30

) (4-5

N1 15 x 40

.50 .10

1.44

(3-4 )

1L8

1L5

.07

2.25

1.45

.50 .10

1L4

C

.50 .10

.50

1V

1L9

.50 .10

.28 .30 .10

30 x 40 1L4

.50

1L10

30 x 40

.53

1L5

1V4 (A-F)

1V3 (A-F)

RIOSTRA

.50 .10

1L5

2.00

1L10

1VE (4-7)

30 x 40

.10

.32

.10

.50 .10

30 x 40

40

.10

1L10

.15

.32

.50 .10 2.23

1L10

15 x 40

F

25 x 40

.50 .10

.50

N2 30 x

)

(3-4

1VD

30 x 40

.33 .30 .10

VACIO

N2

.25

.50 .10

2.20

A

2.25

1L5

.50 .10

50 x 40 1.78

.15

NB

.60

.25

NACE ESCALERA E-1 LLEGA ESCALERA E-1

15 x 40

.25 .29

.23

NB .15

CT1

VACIO

N1

1L6

.50 .10

1VC (1-3)

30 x 40

.25

2.80

B

7.08

VACIO ESCALERA

25 x 40

.50 .10

50 x 40

1L6

1V2 (A-F)

RIOSTRA

1V1 (A-F)

1.78

.15

CT1

C

.40

1L2 1L2

.50 .10

.23

1VD (1-3)

30 x 40

NB

12.45

2.31

CONTRAFLECHA 3.5 cm

.60

1.40

.47

CT1

.10

1L1

.50 .10

E D

25 x 40 1L10

1.40

1L1

.50 .10

NB

2.38

2.80

.50

.50 .10

50 x 40

.31

CT1

25 x 40

1L1

1.44

40 x 40

.10

1VF (1-7)

25 x 40

RIOSTRA

.50 .10 1.44

.50 .10

.50

.50 .10

1.78

.15

NB

2.34

.60

25 x 40

.30 .18

25 x 40

.25

1VF (1-7)

25 x 40

2 Ø 3/8"

.07

.40

4.83

.05

5.00

.40

2.80

.32

2.23

.03

3.35

.05

3.48

.40

2.18

CT1

.35

.60

F

.15

1Ø3/8"

27.10

.05

2

.35

1

1L2=NL2

.10 x .40 1L1 SON :4 NL1 SON :6 POR NIVEL

7EØ3/8"a.17 2 Ø 3/8" x 1.50

2 Ø 3/8" x 9.90

CONTIENE: PLANO INDICE NIVEL 1 VIGUETAS: 1L1 - 1L2 - 1L3 - 1L4 - 1L5 - 1L6 - 1L7 - 1L9 - 1L10 NL1 - NL2 - NL3 - NL4 - NL5 - NL6 - NL10 - NL11

.10

REFUERZO SUPERIOR REFUERZO INFERIOR

.10

FIRMA :

FECHA:

OBRA Nº

1030

PLANO Nº:

E - 2 /6

Figura 50. Juego de planos estructurales. (Pérez, 2010).

51

Fig 51. Despiece de una columna y de una viga.

Despiece viga 6.355

7.58

1#8 1#7

1#8 1#7 1#5 2#5 2#4

C/10 #3

C/10 #3

#3 C/25

2#6 2#4

Despiece columna 2N. 5

C/20

2N. 5

C/20

2N. 5

2#6

N.3 C/20 2N. 5

#3 C/25

hh Cizalla: es una herramienta manual que permite cortar el acero y las mallas de acero; las hay de diversas dimensiones, acorde a los diámetros del refuerzo. La cizalla funciona como una tijera. hh Bichiroque: es la herramienta más usada para amarrar el acero en obra. Consiste en un gancho de hierro con un cabezal en el inicio; tiene unos 20 cm de largo, y en el extremo presenta una curva a 90 grados, donde se engancha el alambre para amarrar el acero, dándole vuelta al mismo sobre el fleje o la varilla.

Figura 51. Despiece de una columna y de una viga. (Pérez, 2010).

ros constructivos), así como todos los requeridos por normatividad. La cartilla de hierros se puede desarrollar de acuerdo con el sistema implementado por cada empresa constructora. No existe un único formato ni una sola forma de ejecutarlo, lo importante es que sea funcional, que contenga la información mínima requerida para obviar equivocaciones, que permita en obra controlar cantidades, costos, ubicación del material en el proyecto y que para la empresa proveedora del material cortado y figurado resulte clara y precisa. Un ejemplo de la cartilla es el que se indica en la Figura 52.

hh Si el acero se compra figurado, se envía la cartilla de despiece al proveedor y se recibe en obra el material cortado, figurado y debidamente etiquetado con diámetro, longitud, forma y tipo de refuerzo. En la cartilla de hierros y en los planos estructurales, se establecen los dibujos y la ubicación OBRA EDIFICIO MULTIFAMILIAR FORMATO

MEMORIAS DE CALCULO PARA ACERO DE REFUERZO

PROCESO

VERIFICACION DE HIERRO

CODIGO

FECHA DE EMISION

AGOSTO 28 DE 2008

FECHA

JENNIE PÉREZ ORTEGA

v - 213A

FORMA

0,60

1,79

PLACA

CONTRATO

673/2008

UND: kg

Ubicación: RAMPA No3.26 a No1.65

LONGITUD TOTAL EN MTS

LONG. CORTE

CANT. BARRAS

1

2,59

76

1

3,76

76

285,76

1

5,95

6

35,70

1

11,00

6

66,00

1

6,20

6

37, 20

1

11,95

7

83,65

1

10,60

7

74,20

1

8,95

4

35,80

1

5,95

4

2380

1

7,00

2

14,00

1

3,60

10

36,00

1

3,55

10

35,50

0,15

0,74

60290072-1

CANT. ELEM.

0,20

0,19 0,15

NIT. O CC. ITEM: 3.5.4 ACERO DE 60.000 PSI RAMPAS

CAPITULO 3: ESTRUCTURA CONCRETO

1/4”

3/8”

1/2”

5/8”

3/4”

7/8”

1”

196,84

1,79 4,00

1,80 0,15 11,00

52

1 DE 1

CONSTRUCCIÓN DE EDIFICIO MULTIFAMILIAR, BOGOTÁ D.C.

CONTRATISTA

En el corte y figurado del hierro se utilizan las herramientas que se detallan a continuación: hh Banco para figurar: consiste en un caballo de madera armado con un bloque de madera, cuyas dimensiones pueden ser de 1,50 m de largo por 20 ó 30 cm de ancho, apoyado en dos pilares de madera anclados directamente en el piso; generalmente, se construye en la obra. Sobre el banco se hincan pedazos de refuerzo de 10 ó 15 cm de largo y de ½” a 1”, que son los que permiten doblar, figurar y construir los flejes y ángulos propuestos para el acero de la obra.

HOJA

I. IDENTIFICACION OBJETO CONTRATANTE

ELEMENTO

Corte y figurado del acero de refuerzo y uso de herramientas especiales para amarrar

INV-FT-02B VERSION

5,60

0,40

10,00

1,80 0,15

0,30

10,00

0,15

BORDILLO

9,80

0,15

6,80 7,00

0,15 0,15

3,30 3,25

0,15 0,15

PESO NOMINAL DEL REFUERZO

KG/ML

0,25

0,56

1,00

LONGITUD TOTAL DEL REFUERZO

ML

0,00

692,11

232,34

0,00

0,00

0,00

0,00

KG

0,00

387,58

232,34

0,00

0,00

0,00

0,00

PESO TOTAL DEL REFUERZO

60000 PSI

Figura 52. Amarre y corte de acero. (Pérez, 2010).

CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Encofrado y acero de refuerzo de los elementos estructurales de una edificación

Figura 53. Ejemplo de cartilla de despiece. (Pérez, 2010)

de los hierros; por ejemplo, en las vigas, el hierro se ubica en la parte superior o en la inferior. El plano destaca la longitud de la varilla, los ganchos de los arranques y las terminaciones, el tipo de gancho, la medida del mismo, las dimensiones y el diámetro de flejes, la ubicación en el elemento estructural, al igual que los refuerzos de placas, viguetas, columnas, muros estructurales, en fin toda la información estimada en el cálculo y diseño de la estructura de hormigón armado. Todos los aceros, a medida que se van armando, deben contener los separadores de hierro-formaleta, puesto que el hierro no debe quedar a la intemperie; debe tener también un recubrimiento de concreto, el cual se garantiza, con el buen uso de los distanciadores, una adecuada fundida y vibrado del hormigón. El mínimo recubrimiento del acero es de 2.5 cm y este valor puede variar según las especificaciones establecidas. El hierro, en el momento de la instalación, debe estar libre de óxido, aceites, grasas y sin deformaciones, ni escamas, ni dobleces; si se requiere, se debe limpiar con cepillo de cerdas duras; en caso de que tenga que rechazarse, debe hacerse de inmediato y no exponer la estructura a un material que no cumple con los requerimientos estructurales. El doblado del hierro se realiza en frío, nunca se debe utilizar calor para esta actividad. En la construcción de los ganchos de anclaje, es importante tener en cuenta que la varilla se debe doblar alrededor de una pieza que sea de dos a ocho veces más que el diámetro de la varilla para ejecutar los ganchos de 180 y 90 grados; los flejes se pueden doblar sobre un diámetro mayor a dos veces el del estribo; en varillas menores de 2.5 cm de diámetro, la varilla se debe doblar so-

bre diámetro mayor a seis veces que el de la varilla; los hierros de diámetros mayores a 2.5 cm, se doblan sobre diámetros ocho veces mayor que el de la varilla. Los empalmes están determinados en los planos estructurales; sin embargo, se debe verificar que el traslapo tenga una longitud mínima de 40 veces el diámetro de la varilla, y que nunca se realice un empalme en sección de máximo esfuerzo de tensión. Al proveedor que se le compra el hierro, bien sea en varilla o figurado, se le debe exigir el certificado de calidad del mismo; éste debe ser verificado por el profesional director de obra, quien establece la vigencia del certificado y corrobora que todo el material adquirido para el proyecto se encuentre debidamente contramarcado por la fábrica que lo produjo y que el mismo corresponda con la fábrica certificada en calidad por la normatividad colombiana.

NSR-98. Capítulo C.7 Detalles del refuerzo C.12 Desarrollo y empalmes del refuerzo

Las normas: Construcción Sismo Resistente NSR-98, hoy NSR-10; Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, las Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismorresistente, la Ley 400 de 1997 y el Decreto 33 de 1998 determinan específicamente el uso del refuerzo en el Capítulo C. De igual manera contemplan las estipulaciones por considerar tanto en el uso del refuerzo, como en el tipo de refuerzo, (liso, corrugado, galvanizado), las dimensiones nominales de las barras de refuerzo, los traslapos de las barras, considerando la longitud y su ubicación; los flejes para vigas y columnas, contemplando el tipo de hierro, los ganchos, la ubicación en el elemen-

53

averías causadas por el sismo, correspondían a edificaciones inferiores a dos pisos. En este sentido, la norma NSR-98 ha adoptado lineamientos acordes a la realidad colombiana; de ahí que sea tan importante y fundamental su aplicación y su conocimiento.

Normas de seguridad industrial En la instalación del acero se requiere un cuidado extraordinario. Por un lado, es fundamental no cometer errores con el diámetro del mismo, ni con la ubicación, ni el amarre; por el otro lado, la mano de obra debe ser profesionalizada, debe estar al tanto en lectura e interpretación de planos y debe conocer el uso de las herramientas, de los equipos necesarios y de los elementos de protección personal. De los elementos personales fundamentales para realizar el corte, doblado, figurado, instalación y amarre del hierro en la obra, el personal de obra, debe contar con: Figura 54. Separadores de hierro-formaleta. (Pérez, 2010).

•

Overol completo.

to estructural, así como todo lo concerniente al uso del acero en las diferentes zonas sísmicas establecidas en el territorio nacional.

•

Botas de seguridad, no de plástico.

•

Guantes de arnés.

•

Casco de seguridad.

•

Línea de vida para trabajo en altura, así como para armar columnas.

•

Cinturones y arneses, así como sogas de amarre.

Por lo tanto, para el interés formación y preparación del personal que participa activamente en la ejecución de obras en Colombia, conocer la Norma NSR-98 y entender su aplicación es fundamental. En Colombia, se han vivido terremotos fuertes que han causado grandes estragos en la infraestructura de las regiones donde se han presentado estos fenómenos naturales, y lo más grave ha sido la pérdida de vidas humanas que los mismos han dejado; un evento que marcó a los colombianos fue el terremoto del 25 de enero de 1999 en el eje cafetero, donde se vieron afectadas ciudades como Armenia y Pereira. Ese movimiento telúrico, que tuvo una intensidad de 6.2 grados en la escala de Richter, derrumbó edificaciones y dejó muchas otras deterioradas, poniendo en peligro inminente a sus usuarios. El 75% de las construcciones que se cayeron o se debían demoler, debido a las

54

Además, se deben tener en cuenta las siguientes recomendaciones: •

Cuando llueva, no se debe manipular la instalación, ni el amarre de hierro, puesto que el acero puede atraer descargas eléctricas de la atmósfera.

•

Es razonable que la mano de obra calificada, no calificada y profesional de la obra se encuentre vacunada contra el tétanos, infección que puede presentarse cuando alguien se pincha con una puntilla, un alambre, hierro o acero.

CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Encofrado y acero de refuerzo de los elementos estructurales de una edificación •

El área de trabajo se debe demarcar con cintas para aislarla del ingreso de otros trabajadores. Para ello, es importante verificar las siguientes consideraciones:

•

Donde se arman columnas, se requiere instalar andamios en consideración a la altura, a los cuales se les debe verificar la fijación y rigidez y la resistencia de los tablones, al igual que el uso de arneses y cinturones.

•

Demarcar en las zonas de armado de columnas, con cinta de “no pase” o de “peligro”, para que alrededor de esta área no interfieran otros trabajadores.

•

Prevenir que no se encuentre ninguna persona en la parte inferior de las formaletas, para evitar accidentes en caso de que caiga

alguna herramienta o material o elemento cuando se esté realizando la labor. •

En el área donde se arman vigas es importante verificar la rigidez de la formaleta y de los puntales. Esta zona se demarca con una amplitud a lado y lado del elemento de mínimo 60 cm, para que la persona que arma la viga se pueda mover sin ser interferida por ningún otro trabajador.

•

Cuando se instalan mallas en placa, es importante que el área se encuentre muy despejada de materiales, herramientas, equipos y trabajadores de otras actividades, puesto que se requiere el espacio suficiente para mover las mallas sin perjudicar la integridad física de otros trabajadores, que se podrían chuzar, cortar o empujar.

55

CAPÍTULO

Dosificación de concretos y fundida de elementos estructurales

3

i Del buen uso, de la preparación, del transporte, de la colocación y del curado del concreto se obtienen los mejores resultados referentes al elemento, a la estructura y/o edificación que se está construyendo. La elaboración y preparación del concreto requerido debe convertirse en una receta cuyos ingredientes, cantidades y tipos de productos se deben conocer a la perfección, al igual que sus especificaciones, normatividad técnica y manejo integral de todo el proceso constructivo. La dosificación de diversos tipos de concreto, será el conocimiento fundamental requerido en cada una de las obras donde se participe con desempeño profesional.

hCemento h y tipos de cemento

E

l cemento es un polvo fino, un conglomerante hidráulico compuesto principalmente de yeso, caliza, arcilla y otros componentes, y que una vez entra en contacto con el agua presenta una reacción química y actúa como un ligamento de los materiales que componen la mezcla de concreto. La mezcla agua-cemento, que se denomina pasta de cemento, es el aglutinante de los materiales componentes del concreto. La mezcla presenta cerca de 45 minutos de plasticidad y comienza su fraguado hasta las 8 horas aproximadamente; durante este período y en adelante, la mezcla pierde la plasticidad, por eso es tan importante manipular y trasladar el concreto mientras se encuentre en estado plástico, porque después se pueden perder características esperadas del concreto, como acabado, durabilidad y resistencia. El cemento se puede clasificar bajo diferentes parámetros: a) según la materia prima base (arci-

56

llosos o puzolánicos), b) según sus propiedades (resistencia, durabilidad y características) y c) según el proceso de fabricación (de vía seca o de vía húmeda). El tipo de cemento más utilizado para realizar el concreto es el cemento portland. Este se puede clasificar en: hh Tipo I: cemento portland gris y cemento portland blanco. hh Tipo II: cemento portland gris y cemento portland blanco con adiciones. hh Tipo III: cemento puzolánico. hh Tipo IV: cemento portland blanco para solados. Además, en Colombia, las industrias fabricantes de cemento producen, entre otras, las siguientes variedades: hh Cemento portland tipos I, II, V. hh Cemento petrolero clase A y clase G. Los cementos portland gris y blanco se usan para elaborar concretos, hormigones armados, CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Dosificación de concretos y fundida de elementos estructurales

elementos estructurales y pórticos, pretensados y morteros en general. El cemento puzolánico es resistente a ambientes moderadamente agresivos, se usa comúnmente en obras hidráulicas. El cemento blanco es bajo en hierro, por esto tiene la tonalidad blanca, a diferencia del color gris.

hh La Asociación Colombiana de Productores de Cemento, Asocreto.

El cemento tipo II, resiste medios ácidos, se utiliza en obras de concreto expuestas a aguas servidas, resiste los sulfatos y el calor de hidratación. El cemento tipo V se utiliza para elaborar concretos de estructuras marinas, puertos, plantas de tratamiento, debido a que es resistente al ataque de sulfatos y a los suelos ácidos, así como al calor de hidratación. Los cementos petroleros se fabrican para atender la industria de este ramo; el cemento petrolero clase A resiste los ataques químicos del suelo y se puede usar en profundidades hasta de 1.830 metros con temperatura hasta de 77 grados Celcius; el cemento petrolero clase G resiste los ataques químicos del suelo y se puede utilizar en profundidades hasta de 2.400 metros.

hh La norma NSR-10, que determina el uso de las Normas Técnicas Colombianas NTC, promulgadas por el Icontec.

En Colombia, la primera fábrica de cemento se instaló en Bogotá e inició labores en 1909; se trataba de la fábrica de cemento Samper S. A.; hoy en día, el país cuenta con infinidad de fábricas de este material en todo el país, así como de fábricas de concreto. Se conocen, entre otras, Cemento Boyacá, Cemento Diamante, Cemento Nare, Cemento Argos, Cemento del Valle, Cementos del Caribe, Cementos Paz del Río, Cemento Hércules. La presentación del producto empacado varía en cuanto a la capacidad de los sacos, pues los hay de 42 kg, 42.5 kg, 50 kg y 25 kg; incluso, en las ferreterías pequeñas, el cemento se consigue al menudeo desde 1 kg. Los principales gremios que controlan y verifican la calidad y los estándares de los cementos producidos en Colombia son: hh El Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, Icontec. hh El Instituto Colombiano de Productores de Cemento, I.C.P.C.

En cuanto a las principales normas que controlan y verifican la calidad y los estándares del cemento en el país, se tienen las siguientes:

hh Las Normas de la Sociedad Americana para Ensayos y Materiales (ASTM) hh Las normas de la Asociación Americana de Soldadura (AWS). hh Las normas de la Asociación Americana de Oficiales Estatales de Carreteras y Transporte (AASHTO) y del Instituto del Postensado (PTI). Además, el cemento debe cumplir las normas NTC 121 y NTC 321, que establecen las propiedades físicas y mecánicas (ASTM C150) y las especificaciones químicas para el cemento tipo portland, y las Normas NTC 30 y NTC 31, que clasifican y especifican los tipos de cemento. El cemento portland tipo I debe cumplir la Norma ASTM C150.

hProceso h de fabricación del cemento Este proceso tiene unas etapas básicas que requieren de gran responsabilidad, conocimiento técnico y aplicación de especificaciones concisas para obtener los resultados que se esperan. Estas etapas son: hh Explotación de canteras. hh Homogeneización y molienda de la materia prima. hh Producción del clinker. hh Molienda. La explotación de canteras se realiza una vez se ha identificado la mina o cantera de material

57

Fig 54. Proceso de producción de cemento.

Silo almacenamiento

Precalcinación

Horno Extracción materia prima

Homogenización material

Molinos

Molinos de cemento

Figura 55. Proceso de producción de cemento. (Pérez, 2010).

rocoso, con los análisis de material y los contenidos del mismo en la mina, que permitan extraer la materia prima adecuada (piedra caliza, yeso, mineral de hierro, arcilla). Luego de esto, se instauran los equipos requeridos para la explotación, se provee la mano de obra, se determinan los costos y los sistemas de explotación y el establecimiento de los demás equipos necesarios para la producción de cemento, los cuales deben ubicarse en zonas muy cercanas a la materia prima, pues los costos de transporte de ésta inciden en la viabilidad de la fábrica. La materia prima se clasifica, se selecciona y se reduce en tamaño (trituración); de allí se transporta, generalmente en bandas, hacia los molinos. La homogeneización y molienda de la materia prima consiste en la mezcla apropiada de materia prima y materiales de adición, si se requieren (material de caliza, minerales de hierro). La materia prima se pasa por los molinos de trituración, donde el material es pulverizado, y de allí es conducido a los silos de homogeneización. Este proceso se puede realizar por vía húmeda, en cuyo caso la materia prima se mezcla con agua y es transportada mediante bombeo hasta los hornos; si la homogeneización se realiza por vía seca, la materia prima es homogeneizada con corrientes de aire y maquinarias especiales en los patios, donde se almacena el material, para ser transportado de allí en bandas hacia los hornos. La producción del clinker consiste en transformar la materia prima en clinker, mediante el proceso de someter el material homogeneizado a grandes temperaturas. Si la homogeneización se realizó por vía húmeda, la materia prima es

58

bombeada hasta los hornos, donde la temperatura de cocción alcanza temperaturas superiores a 1.500 °C. Este proceso ocasiona un alto consumo de energía por que la mezcla entra húmeda y se le debe reducir completamente el agua que se la ha añadido. Si el proceso se realiza por vía seca, una vez el material entra en los hornos, éstos alcanzan temperaturas hasta de 1.000 °C; por lo tanto, el consumo de energía es menor y se reduce el tiempo de calcinación, realizando un eficiente control químico, puesto que en esta etapa los carbonatos de calcio y magnesio de la materia prima reaccionan químicamente para formar óxido de calcio y magnesio. La molienda consiste en procesar el clinker obtenido de los hornos, previamente enfriado, el cual es molido con pequeñas cantidades de yeso debidamente especificadas, obtieniendo así el tipo de cemento que corresponde al que se requiere en la producción, estableciendo además la finura del cemento, que representa una característica especial que indica un índice de granulometría y especifica la finura del material. Finalmente, el cemento es empacado en bultos, que es la presentación comercial más común; también se puede embasar directamente en silos cuando las obras requieren unas cantidades muy grandes de material en el mismo sitio de la obra, por ejemplo, en la construcción de presas o megaproyectos de hormigón.

hAgregados h Los agregados se definen como partículas naturales e inertes, tales como arena, grava, trituraCONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Dosificación de concretos y fundida de elementos estructurales

do o piedra, que una vez son mezcladas uniformemente con la pasta de cemento conforman el concreto, y si se articulan con acero conforman el hormigón armado. El agregado debe estar limpio y libre de partículas de arcilla, limos, material orgánico, entre otros, considerando que éstas afectan la resistencia final del hormigón. Dentro de los estándares institucionalizados, la NSR-10 determina, el uso de las Normas Técnicas Colombianas NTC, promulgadas por el Icontec, asimismo, las Normas de la Sociedad Americana para ensayos y materiales (ASTM), de la Asociación Americana de Soldadura (AWS), de la Asociación Americana de Oficiales Estatales de Carreteras y Transporte (AASHTO) y del Instituto del Postensado (PTI) se establece que los agregados para el concreto cumplan con norma NTC 174, Especificaciones de los agregados para concreto (ASTM C33). Además, el tamaño máximo nominal del agregado no debe ser mayor que: •

Un quinto de la dimensión menor entre los lados de la formaleta.

•

Un tercio del espesor de las losas.

•

Tres cuartos del espaciamiento libre mínimo entre las barras individuales del refuerzo.

El agregado que conforma la mezcla de concreto se clasifica en: agregado grueso y agregado fino, y en la mezcla de hormigón, los dos ayudan a obtener el lleno que se requiere para los espacios que se forman al interior de la mezcla de concreto. Los dos agregados conforman aproximadamente el 75% del hormigón y su gradación está determinada por la mezcla de concreto.

Agregado grueso También se le denomina grava, un material duro y resistente a los cambios de temperatura, a la humedad, al desgaste y a la intemperie. Entre sus características presenta una clasificación y un tamaño máximo determinado por la granulometría de la grava. Los tamices utilizados para determinar la gradación del agregado grueso son los No. 6, 3, 11/2, ¾, y 3/8 de pulgada. El material se

Finos

Agregado grueso Aire

Mezcla o pasta cemento-agua Figura 56. Corte de la sección de un elemento estructural de hormigón. (Pérez, 2010).

usa libre de impurezas, arcilla, limos, material orgánico y debe tener la capacidad de desarrollar la resistencia propia del aglomerante; por esta razón, a la grava se le determina, mediante ensayo de laboratorio, la resistencia al desgaste. La forma del agregado es importante; por esta razón el material viene triturado y se deben desechar las partículas planas, alargadas y/o redondeadas que traiga. En el diseño de la mezcla de concreto inciden todos los materiales, éstos no se deben analizar separadamente; por ejemplo, es importante realizar una gráfica granulométrica de la distribución por tamaños de la grava gruesa y de la arena, y con ellos determinar la relación agua-cemento para elaborar la pasta de cemento. Para la elaboración de concreto ciclópeo se requiere piedra de gran tamaño, que puede alcanzar hasta los 30 cm, debidamente partida; no se deben usar piedras redondeadas porque deben tener las características del agregado grueso, exceptuando el tamaño, estos concretos se forman aproximadamente con 40% de concreto y 60% de piedra, según el diseño establecido; el concreto ciclópeo se utiliza generalmente como base para la cimentación, bajo las zapatas, vigas de cimentación, muros estructurales, muros de contención, entre otros.

Agregado fino También se le denomina arena, un material que presenta la característica de pasar el tamiz

59

No. 4 y tiene un módulo de finura (MF) determinado por el material acumulado y retenido en cada tamiz, que sumados y divididos entre 100, expresan el MF de la arena. El siguiente es un ejemplo: Tamiz no.

Porcentaje retenido

Porcentaje acumulado retenido

4

2%

2%

8

17%

19%

16

23%

42%

30

21%

63%

50

15%

78%

100

14%

92%

Fondo

8%

hh No pueden utilizarse aditivos que contengan cloruro de calcio en concreto preesforzado.

296

hh Los aditivos incorporadores de aire se encuentran normalizados con la NTC 3502 (ASTM C260).

100%

Módulo de finura (MF). = 296/100 = 2.96 El valor normal del MF está entre 2.5 y 3.0, por consiguiente, el MF que presenta el material del ejemplo se ajusta a dichos estándares. Generalmente, en la construcción se utiliza arena de río y arena de peña; es importante tener en cuenta que para la construcción de elementos de concreto sólo se debe utilizar la de río, puesto que la de peña se usa, por ejemplo, para instalar pisos adoquinados. Para elaborar hormigón nunca se debe utilizar arena de peña como tampoco la arena de mar, por su contenido de sales que afectan el fraguado del concreto. Para este trabajo sólo se debe utilizar la de río. Sin embargo, cuando se realiza un diseño de mezcla con todos los ensayos requeridos para cada uno de los materiales que componen el concreto, se deben considerar las recomendaciones de los ingenieros especialistas, soportados técnicamente.

hAditivos h Los aditivos son sustancias de origen orgánico o inorgánico que, adicionados a la mezcla del concreto durante la elaboración de la misma o posterior a ella, producen el cambio de las características y propiedades del concreto. En

60

el mercado existe diversidad en marcas de productos aditivos, y es muy importante que, antes de determinar el uso de cualquiera de estos productos, se conozca la ficha técnica del producto, su presentación, el manejo, el uso, así como la debida aplicación y las ventajas que ofrece, y de requerirse, solicitar a la empresa fabricante de aditivos la asesoría técnica con el fin de determinar el aditivo que mejor se ajuste al requerido en la obra. En cuanto a la normatividad vigente para los aditivos, la NSR-10 estipula lo siguiente:

hh Los aditivos reductores de agua, retardadores y acelerantes se encuentran normalizados con la NTC 1299 (ASTM C494) y NTC 4023 (ASTM C1017). hh La norma NTC 4023 contiene las especificaciones para aditivos químicos usados en la producción de concreto fluido (ASTM C1017).

Uso de aditivos en la preparación de concretos El uso de aditivos es común en la industria de la construcción dado que se requieren en pórticos, elementos estructurales, obras hidráulicas, presas, diques, vías, túneles y obras expuestas a fuertes inclemencias del medio ambiente, así como en obras enterradas o semienterradas. Los aditivos ofrecen una ayuda invaluable en la construcción; en general, se usan para aumentar la manejabilidad, resistencia, permeabilidad, mejorar fraguado, bien sea para acelerarlo o retardarlo y optimizar las características generales y las propiedades del hormigón. En las centrales de mezcla, su uso es imprescindible, puesto que el concreto, una vez se elabora y se ubica en la tolva del mixer, se debe transportar durante tiempos relativamente largos hasta el destino final; por lo tanto, es absolutamente neCONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Dosificación de concretos y fundida de elementos estructurales Tabla 8. Usos y ventajas de los aditivos Aditivo

Usos

Ventajas

• Obras generales de construcción, estructuras, elementos estructurales, placas de entrepiso. • Para sellar filtraciones y chorros de agua con presión en estructuras con depósito de agua. • Obras en vías, túneles, cavernas, puentes. • Obras hidráulicas, presas, canales, diques.

• Los acelerantes son útiles para sellar filtraciones en estructuras con depósitos de agua. • Rápida obtención de resistencias mayores a temprana edad. • Desencofra rápidamente una estructura o un elemento estructural, por ejemplo placas de entrepiso. • Obtiene muy rápido el fraguado inicial y final del concreto. • Disminuye los tiempos de ejecución de la estructura o elemento estructural. • Disminuye el tiempo de elaboración de prefabricados. • Disminuye el tiempo de curado del pórtico y de los elementos estructurales.

• Obras generales de construcción, estructuras, elementos estructurales. • Concretos elaborados en central de mezclas.

• Extiende el tiempo inicial y final de fraguado de la mezcla y permite desplazar el concreto largos trayectos. • Disminuye la posibilidad de que se formen juntas frías durante la ejecución de la estructura y durante el vaciado de grandes cantidades de concreto. • Al retardar el fraguado, permite realizar todos los pasos del proceso constructivo del hormigón con más facilidad, transporte, colocación en la formaleta, vibrado y acabado. • Disminuye la posibilidad de que se presente segregación del concreto. • Estimula la obtención de excelentes acabados de concreto.

Impermeabilizantes

• Obras generales de construcción, placas, tanques para depósito de agua. • Obras en vías, túneles, cavernas, puentes. • Obras hidráulicas, presas, canales, diques. • Concretos y morteros impermeables.

• Impiden o disminuyen el paso de agua a través del concreto endurecido. • En tanques de agua o reservorios, acompañado de la cinta de PVC instalada entre placa y muros, ofrece concretos sin permeabilidad. • Minimiza la aparición de grietas de contracción.

Expansores y plastificantes

• Obras generales de construcción, para la estructura y los elementos estructurales. • Para concretos bombeados. • Obras hidráulicas, cimentaciones, muros enterrados y semienterrados. • Fundida de elementos estructurales muy altos y delgados. • En donde existen altas concentraciones de hierro.

• Reduce la posibilidad de hormigueros en el concreto. • Reduce el agua de amasado de la mezcla y aumenta resistencias. • Permite la inclusión de aire en el concreto, reduce la permeabilidad del mismo. • Aumenta la manejabilidad de la mezcla, incrementa el asentamiento y mejora su colocación. • Disminuye la exudación y contracción del concreto. • Mejora el acabado de concreto. • Óptimo uso de las formaletas con que se fabrican elementos prefabricados.

• Para concretos bombeados, por ejemplo de placas de entrepiso y elementos estructurales a grandes alturas. • Para muros en concreto armado.

• Al reducir el agua, se puede reducir el cemento acorde al diseño A/C, resultando así la mezcla más económica. • Al disminuir el agua, se aumenta resistencia del concreto. • Incrementan los asentamientos y la mezcla se hace más manejable. • Se obtienen excelentes acabados del concreto. • Disminuye la segregación y aumenta la cohesividad. • Mejora la adherencia de concreto con el acero en el hormigón armado.

• Para mantener la hidratación del cemento en el hormigón. • Se usan en estructura de concreto y elementos estructurales que permanecen a la intemperie una vez fundidos. • Los desencofrantes o desformaleteantes ayudan a descimbrar, facilitan esta labor.

• Ayudan a controlar el agrietamiento en grandes áreas expuestas al sol y al aire. • Sobre el concreto fresco forma una película que retiene el agua y evita el resecamiento prematuro. • Permiten obtener un adecuado desarrollo de la resistencia del hormigón. • Facilita el descimbrado y se obtiene un alto rendimiento en la vida útil de la formaleta. • Permite obtener excelentes acabados del concreto, sin manchas. • Recomendado en la ejecución de concretos arquitectónicos.

Acelerantes de fraguado

Retardantes de fraguado

Reductores de agua

Curadores y desencofrantes

Fuente: Pérez, 2010.

61

cesario retardar el inicio de fraguado del hormigón, de tal manera que se permita transportar el concreto, ubicarlo en obra e instalarlo en las formaletas de la estructura, previamente planificadas para recibirlo.

correcta distribución del aire ocluido, y pueden presentar una resistencia final inferior a la estimada, así como retracción en el hormigón. La disminución de resistencia se debe balancear con el diseño de la mezcla.

Igualmente, de acuerdo con el tipo de concreto fabricado, en algunas ocasiones se requiere, por ejemplo: fluidez para el concreto que se va a instalar bombeado, manejabilidad para el que va a formar columnas, vigas y muros e impermeabilidad para el de obras hidráulicas. También se requieren acelerantes de fraguado para placas que se deben descimbrar en 7 días y no en 15 ó 21 días como normalmente se efectúa, de esta manera, se acelera la resistencia temprana y se gana tiempo en la obra para trabajar sobre la misma en armado de columnas, así como inicio de mampostería y otras actividades subsecuentes en el proceso constructivo de la edificación. Existen también aditivos para mejorar el descimbrado, ayudar en el curado, mejorar la durabilidad y acabado del hormigón.

Los aditivos plastificantes y fluidificantes proporcionan manejabilidad al hormigón sin aumentar la cantidad de agua; por el contrario, reducen la relación agua-cemento y los costos de cemento; disminuyen, además, la segregación del concreto.

El uso de aditivos está directamente relacionado con la proporción agua-cemento de la pasta; si se determina el uso del aditivo, se debe evaluar inmediatamente el diseño de la mezcla y determinar la incidencia del aditivo en el diseño establecido y, de requerirse, realizar los cambios apropiados. Esta labor está bajo la responsabilidad del ingeniero que haya diseñado la mezcla de hormigón y/o del ingeniero director de obra y/o del ingeniero especialista del proyecto. Los aditivos tienen varias aplicaciones, las cuales se detallan en la Tabla 8. Cabe aclarar que en el mercado existen diferentes tipos de aditivos que responden a las características del hormigón. Los aditivos retardadores de fraguado actúan con una reacción química, mediante la cual el aditivo cubre las partículas de cemento, impidiendo que interactúen con el agua; de esta manera, no se realiza la hidratación. Los aditivos aceleradores de fraguado son los que modifican la resistencia mecánica, con la

62

hAgua h Es un recurso que se utiliza para hacer la mezcla de concreto; debe ser limpia, es decir, estar libre de impurezas, de materia orgánica, de hojas y de raíces, no debe contener aceites, ni óxidos, ni residuos de ningún tipo que puedan afectar el concreto o el hierro. Bajo ninguna circunstancia se deben emplear aguas servidas para fundir concreto. Es fundamental controlar la cantidad de agua requerida para la mezcla; de igual modo es importante que al ejecutar el proceso se cuente con los medidores adecuados que permitan incluir la cantidad exacta de agua determinada en el diseño. La relación A/C (agua-cemento) puede afectar la resistencia final del concreto, disminuyendo su capacidad, en caso de que se aumente la cantidad de agua; de igual forma, si se disminuye este líquido de la relación A/C, la mezcla pierde manejabilidad y presenta difícil transporte y colocación, además, se puede segregar y presentar hormigoneros y un mal acabado de los elementos de concreto. En la Figura 57 se observa cómo, con una relación baja de agua-cemento, la resistencia a la compresión del concreto es alta, y que a medida que se aumenta dicha relación, la resistencia del concreto disminuye notablemente; de ahí que sea fundamental controlar, tanto en el diseño como en la ejecución de la mezcla de hormigón, la cantidad de agua que se va a usar y determinar cuál es el mínimo volumen de agua CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Dosificación de y fundida elementos Fig 56. Efecto de la relación A/C en las resistencias a laconcretos compresión y a ladetensión porestructurales flexión a los 28 dí

Relación en peso agua-cemento 0.4

8.000

0.5

0.6

0.7

Mpa 50

6.000

40

Re

sis

5.000

te

nc

ia

al

ac

om

4.000

30

pr es

ión

3.000

20

Relación, MPa

Resistencia lb/pulg 2

7.000

2.000

0

4

5

6

La NSR-10 determina la normatividad para la calidad del concreto que se va a usar en un proyecto, al igual que para el mezclado y la colocación del mismo; determina también los equipos, el transporte y el curado del concreto. En la Norma Sismorresistente 10, se utiliza una nomenclatura para definir la resistencia del concreto, expresada en MPa (megapascales) y se define así: Pa = 1 N/m2 Pa = Pascal: es la presión que ejerce una fuerza de 1 newton sobre 1 metro cuadrado de superficie.

10

Resistencia a la (módulo de ro flexión tutras)

1.000

Normatividad del concreto

1 MPa = 1.000.000 Pa 1 MPa = 1 N/mm2

7

8

0

Relación agua-cemento galones por bulto Figura 57. Efecto de la relación A/C en las resistencias a la compresión y a la tensión por flexión a los 28 días. (Nilson, A. H. y Winter, G.1997, p. 29).

para la pasta, que le proporcione manejabilidad y fluidez a la mezcla. La plasticidad de la pasta de cemento es importante para que al efectuar la mezcla con el agregado grueso y el fino, ésta llene los espacios entre los agregados y desplace las moléculas de aire.

hConcreto h Se le denomina también hormigón y se define como la mezcla de cemento, agua, agregado grueso, agregado fino y aire; esta mezcla se mantiene en estado plástico aproximadamente durante 45 minutos; a partir de este momento, inicia el proceso de fraguado hasta las 7 horas de realizada la mezcla, momento en el que pierde completamente la fluidez; por ello, desde el inicio del fraguado no se debe transportar, ni cambiar, ni remoldear el hormigón. Una vez termina el fraguado, se debe iniciar el proceso de curado de la estructura o elemento estructural y continuar el proceso constructivo hasta que el concreto alcanza la resistencia de diseño, que se logra a los 28 días.

1 MPa = 10.197 kgf/cm2 f´c = resistencia nominal del concreto a la compresión, expresada en MPa. f´cr = resistencia promedio requerida del concreto a la compresión utilizada como base para dosificar las

mezclas, expresada en MPa. La resistencia a la compresión de los concretos se puede expresar de la siguiente manera: Resistencia a la compresión

PSI (lb/pul2) MPa 2.500 17 3.000

21

3.500

24

4.000

28

6.000

41

De la normatividad referida en el NSR-10 para la dosificación de mezclas de concreto, se destacan los siguientes puntos: hh Se requiere una dosificación de cada uno de los elementos de la mezcla del hormigón, con el fin de obtener manejabilidad y disminuir la posibilidad de segregación y exudación.

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hh Obtener la resistencia a la compresión requerida a los 28 días igual o mayor a la de diseño, debidamente confirmado en los ensayos realizados sobre cilindros fabricados en obra de las cochadas de mezcla utilizados. hh Es fundamental determinar la relación agua-cemento de la mezcla del hormigón. En el apartado sobre documentación de la resistencia promedio de NSR-10 se expone que cuando se carece de registros aceptables de ensayos para cada relación aguacemento, se deben producir mínimo tres cilindros de concreto de prueba para cada edad de ensayo acorde con la norma NTC 1377 (ASTM C192). hh La Norma NTC 3318 regula el concreto premezclado (ASTM C94) o NTC 4027 (ASTM C685). hh El concreto efectuado en mezcladora, se normaliza con la NTC 3318 (ASTM C94).

Pruebas de laboratorio in situ a los concretos Estos ensayos se realizan como control de calidad del concreto que se va a utilizar en obra, ya sea para el remitido por la central de mezclas o para el que se realiza en obra. Es indispensable efectuar el ensayo de asentamiento a la mezcla, para lo cual se utiliza el Cono de Abrams, un elemento que consiste en un tronco de cono metálico de 30 cm de alto, 20 cm de diámetro de base y 10 cm de diámetro del cono superior y que consta de un par de asas metálicas ubicadas en la parte superior del cono, las cuales sirven para retirarlo una vez realizado el ensayo, y un par de chaquetas metálicas en la base del cono, para que el operario que realiza el ensayo se pare sobre ellas, impidiendo que el cono se mueva hasta que se termine este proceso. Este ensayo lo reglamenta la NTC 396 “Método de ensayo para determinar el asentamiento del concreto” (ASTM C143). El ensayo de asentamiento tiene el siguiente proceso:

64

Figura 58. Cono de Abrams. (Pérez, 2010).

CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Dosificación de concretos y fundida de elementos estructurales

hh Se hace la mezcla de hormigón fresco. hh El tiempo total de ejecución no debe pasar de 2.5 minutos. hh El cono debe estar limpio, sin excedentes de concreto; no se debe utilizar aceite ni desencofrante. hh El cono se instala sobre una superficie limpia y nivelada; el operario pone los pies sobre las chaquetas inferiores del cono, para inmovilizarlo. hh Con un palustre, se llena una tercera parte (1/3) del cono con hormigón fresco, enseguida se deja caer 25 veces sobre la mezcla una varilla de 5/8” de 60 cm de largo y punta redondeada, dándole vuelta a la caída de la varilla alrededor de toda la mezcla. La varilla se toma por la parte superior y se deja caer sobre la mezcla, se suelta, tomándola nuevamente muy rápido, para subirla y repetir la operación. hh Se llena la siguiente tercera parte del cono (es decir, se completan las 2/3 partes del cono) con hormigón fresco y se deja caer la varilla 25 veces alrededor de la mezcla, cuidando que ésta atraviese la primera y la segunda capa de concreto. hh Se llena el último tercio del cono con hormigón fresco, cuidando que rebose suficientemente, dejando caer la varilla sobre la mezcla 25 veces y teniendo en cuenta que ésta atraviese la capa anterior del hormigón. hh Con la varilla, en forma horizontal, se limpia el excedente de concreto sobre la parte superior del cono y alrededor del mismo, y luego se coloca la varilla a un lado, alejada del cono; el operario toma el cono de las asas superiores, retira los pies de las chaquetas, levanta rápidamente el cono, ubicándolo a un lado, cerca de la mezcla. hh Sobre el cono vacío, se coloca la varilla en forma horizontal, la cual debe pasar sobre la

mezcla de hormigón, y se mide la distancia vertical que hay entre la varilla y la parte superior de la mezcla, que debe haber descendido cuando se retiró el cono. Esta medida en pulgadas expresa el asentamiento de la mezcla, que varía, según el diseño, entre 2” y 6” aproximadamente, el director de la obra determina si el asentamiento obtenido cumple o no con el diseño requerido. Si la mezcla tiene una consistencia dura, el asentamiento es bajo, y si la mezcla tiene demasiada fluidez, el asentamiento es alto. Otro ensayo requerido in situ para el hormigón es la toma de cilindros para medir la resistencia del concreto ejecutado. Para este ensayo se requiere contar con el número de moldes metálicos acorde al número de cilindros que se van a tomar; el molde tiene 30 cm de altura y 15 cm de diámetro. De la misma mezcla de concreto, se toman los cilindros, si proviene de la central de mezclas, se toma la muestra de la mitad del concreto que contenga el vehículo. Las camisas se colocan en un sitio nivelado y aislado de posibles movimientos, el interior del cilindro metálico se debe recubrir con aceite o algún producto desformaleteante, se llenan los cilindros de concreto y se les da pequeños golpes con martillo de goma, con el fin de acomodar la mezcla en la formaleta metálica; una vez está llena la formaleta, se enrasa la superficie y se marcan las camisas por fuera con una etiqueta, detallando la fecha y el elemento estructural que se construyó en obra con dicha mezcla. El hormigón permanece en las camisas durante mínimo 7 horas; una vez inicia el fraguado, se retiran las camisas, se marcan los cilindros de concreto con marcador indeleble y se introducen en un tanque con agua limpia, con el fin de realizar un curado correcto. De este tanque, los cilindros sólo se retiran cuando se llevan al laboratorio para realizar el ensayo de resistencia a la compresión, esto es a los 7, 14 y 28 días, y se deben tener en cuenta las recomendaciones dadas para el transporte de los cilindros de concreto hasta el laboratorio, los cuales no deben sufrir desportillados, golpes dentro del vehículo, cui-

65

hh Debe tomarse una pareja de cilindros, mínimo una vez al día o por cada 40 m3 de concreto fundido o por cada 200 m2 de área de losas o muros, o por las columnas de concreto fundidas por piso o por cada 25 bachadas de concreto por clase de concreto. El ensayo de resistencia del concreto debe ser el resultado del promedio de las resistencias obtenidas de los dos cilindros tomados de una misma mezcla y ensayados a los 28 días.

Figura 59. Toma de cilindros de concreto para realizar el ensayo de resistencia. (Pérez, 2010).

dando que los mismos queden separados unos de otros. La normatividad referida en el NSR-10 para la ejecución del ensayo de resistencia del concreto, contiene las siguientes reglamentaciones: •

NTC 454 Hormigón fresco, toma de muestras (ASTM C172).

•

NTC 504 Refrentado de especímenes cilíndricos de concreto (ASTM C617).

•

NTC 550 Elaboración y curado de especímenes de concreto en obra (ASTM C31).

•

NTC 673 Ensayo de resistencia a la compresión de cilindros de concreto (ASTM C39).

•

NTC 722 Ensayo de tracción indirecta de cilindros de concreto (ASTM C496).

De acuerdo con la NSR-10, el proceso y la frecuencia de los ensayos para obtener la resistencia del concreto son los siguientes:

66

hh En obra, generalmente y dependiendo del tipo de proyecto y de los metros cúbicos de hormigón por fundir, se procura tomar cuatro cilindros en vez de dos (como manda la norma), para realizar ensayos de resistencia del hormigón a los 7, 14 y 28 días (un cilindro por día), dejando el cuarto cilindro como testigo, si los resultados de los primeros cilindros presentan resistencias inferiores a las esperadas. Además, cuando se cuenta con la resistencia a los siete días, este resultado permite adoptar medidas inmediatas en caso de presentar resistencias bajas, lo que podría resultar caótico en una obra, si se determinan por ejemplo resultados a los 28 días de iniciada una cimentación, cuando a esa fecha ya se ha debido elaborar la estructura de primer nivel y, muy seguramente, se debe estar realizando la estructura del segundo nivel. hh Con el resultado de ensayo de resistencia del concreto, se busca que éste no sea inferior a 3.5 MPa que f´c, es importante asegurar que la capacidad de carga de la estructura no se haya visto afectada, por eso, si los ensayos de cilindros arrojan resultados que no corresponden con la norma, se puede proceder a tomar ensayos sobre núcleos extraídos de la zona donde se presenta la duda o el resultado no viable. Se deben tomar tres núcleos, y el resultado del promedio del ensayo de éstos debe ser por lo menos igual al 85% de f´c, y ninguno de los núcleos debe presentar una resistencia menor del 75% de f´c. CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Dosificación de concretos y fundida de elementos estructurales

hToma h de núcleos Dosificación para diferentes tipos de concreto La cantidad de los componentes que conforman la mezcla de hormigón se encuentra establecida para los concretos de uso común en obras, es así como se cuenta con tablas para dosificación de hormigones en peso y volumen (véanse tablas 1, 2 y 3). Si la dosificación es por peso, la mezcla de hormigón se conforma con el peso establecido para cada material (cemento, arena, triturado y agua), pero si la es por volumen, la mezcla se realiza con la cantidad de material que ocupa el volumen del recipiente predeterminado (generalmente se usa el balde de construcción). Respecto a la cantidad de agua, ésta varía entre el 9% y el 12% del total de la mezcla. En la denominación, por ejemplo, concreto 1:2:3 dosificación por volumen, se indica que esta mezcla contiene: Concreto

Cemento

Arena

1:2:3

1 balde de cemento

2 baldes de arena

Agregado 3 baldes de triturado

La cantidad de agua se calcula asumiendo un 10% de la mezcla que suman seis (6) baldes, entonces 6 *10% = 0.6 balde de agua. Donde el concreto 1:2:3 es equivalente a concreto de 3.000 psi y concreto de 210 kg/cm2. Este

tipo de dosificaciones se utiliza cuando se realizan concretos a mano para fundidas mínimas en obra o en obras en campo que no están al alcance de la central de mezclas. Es importante determinar en obra la cantidad de agua con un diseño previo de materiales y de mezcla, acorde a los agregados de la región, estableciendo siempre la importancia de la adecuada relación A/C, puesto que, como ya se ha afirmado, exceder la cantidad de agua de la mezcla incide directamente en la disminución de la resistencia de diseño del concreto, y una cantidad mayor de cemento incide en el aumento del costo del hormigón y del proyecto. Estas mezclas en obras se deben realizar con el equipo requerido (en este caso, mezcladora eléctrica o de gasolina), de un o dos bultos de cemento, de baldes de dosificación de volumen de materiales y de palas; se debe contar también en el sitio con todos los materiales requeridos, como cemento, arena, grava, agua y aditivos. En la Tabla 9, se puede observar la representación de la dosificación de los tipos de concreto más usados en obra. La proporción superior de cada material se expresa en unidad de volumen y la proporción inferior se expresa en metros cúbicos (m3) de material por metro cúbico (m3) de mezcla. Se establece también que para preparar 1 m3 de mezcla, se requieren siete bultos de 50 kg de cemento, y que el volumen de cemento de la mezcla equivalga a 0.041 m3.

Tabla 9. Dosificación para mezclas de concreto por unidad de volumen y para 1 m3 de mezcla Relación concreto 1:2:1 1:2:2 1:2:3 1:2:4

Resistencia hormigón en psi

Cemento

Arena

Grava

4.000

7 bultos 0.287 m3

14 0.574 m3

7 0.287 m3

3.500

7 bultos 0.287 m3

14 0.574 m3

14 0.574 m3

3.000

7 bultos 0.287 m3

14 0.574 m3

21 0.861 m3

2.500

7 bultos 0.287 m3

14 0.574 m3

28 1.148 m3

Fuente: Autor

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El hormigón que se realiza en una central de mezclas generalmente está certificado y cumple a cabalidad con la cantidad de cada uno de los materiales que lo componen, porque allí se cuenta con los procesos y la tecnología que garantizan la calidad del concreto, la mezcla, el diseño y la resistencia del producto final. En el mundo, en la mayoría de obras, usan concretos producidos en central de mezclas y se obtienen garantías plenas de las mezclas utilizadas, referente a manejabilidad, fluidez, acción de los aditivos, resistencias inicial y final del hormigón.

Transporte y vaciado del concreto

hh En obra, se ubican los equipos y materiales requeridos para realizar el concreto in situ y/o se construye el cajón de recepción del concreto de la central de mezclas o se determina el sitio donde se ubique la bomba de la central para instalar hormigón bombeado.

Previo a la ejecución del concreto, de su transporte y colocación, el profesional en obra, sea inspector, residente o director de obra, debe realizar varios pasos indispensables, los cuales se describen a continuación:

hh Se alistan y verifican los moldes y elementos requeridos para realizar los ensayos de Slump y la toma de cilindros, tanto para el concreto producido en obra, como para el proporcionado por la central de mezclas.

hh Dependiendo del tipo de elemento estructural que se va a fundir (zapata, muro de cimiento, muro estructural, viga, columna o placa), se verifican que los diámetros de las tuberías de todas las instalaciones hidrosanitarias, eléctricas y de gas correspondan al diseño; que los puntos estén ubicados donde atañe y que se hayan realizado las pruebas de uniones de accesorios y tubos para garantizar que no existen fugas.

hh Se prueban y verifican los equipos requeridos para el transporte y colocación del concreto, así como las herramientas necesarias para realizar estas acciones. Entre otros, se tienen los andamios, las carretillas, los martillos de goma, los arneses, los guantes y las gafas para el personal, los vibradores de gasolina, eléctricos o de diesel y la pluma, grúa o torre- grúa, si se requiere.

hh Se inspeccionan y verifican los aceros de cada elemento, los diámetros de hierro, los flejes, las longitudes de acero, la ubicación, los amarres, la instalación de separadores para garantizar el recubrimiento de concreto y la limpieza del acero antes del vaciado de concreto. El acero debe corresponder con el diseño. hh Se verifican las formaletas de cada elemento estructural, y los niveles de las mismas, así como su ubicación, dimensiones, amarres, estabilidad y limpieza; los aligeramientos se ubican a modo de prueba, para verificar que se encuentren completos. Se verifica el uso de desformaleteantes en los encofrados de elementos para fundir. Las formaletas deben

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estar debidamente selladas, con el fin de que, en el momento de introducir el concreto en el encofrado, no se salga la pasta de cemento por entre la unión de las formaletas; esta pérdida de pasta reduce el valor final de resistencia del hormigón.

hh Se verifican las juntas requeridas para la fundida de los elementos de concreto, de acuerdo con lo establecido en el diseño. hh Se verifica el tipo de curado que se va a realizar y que se encuentre en obra, el material requerido para ello. hh Se solicita a la interventoría de obra la autorización para fundir. Una vez realizados los pasos anteriores, se procede a efectuar o a recibir la mezcla de concreto acorde con el diseño de la misma, y se realiza el transporte, dependiendo de la procedencia del concreto; si es realizado en obra, se transporta en carretilla y boggies hacia el sitio de vaciado, y si en la obra se dispone de pluma o grúa o torreCONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Dosificación de concretos y fundida de elementos estructurales

grúa, se puede utilizar si el elemento por fundir se encuentra muy alto o lejos respecto al sitio de mezclado del hormigón. Luego se realizan los ensayos de slump y toma de cilindros para aprobar la mezcla realizada in situ o procedente de la central de mezclas y proceder a su instalación. Si el concreto procede de una central de mezclas, éste puede instalarse de varias formas. Entre otras, las más comunes son: el uso de un cajón recibidor de mezcla, de donde se traslada el hormigón en carretillas o con grúa, torre grúa o pluma hasta el elemento por fundir. El concreto mezclado que permanece en el cajón recibidor se debe proteger de la lluvia (para evitar que se adicione agua a la mezcla) y del sol (porque absorbe el agua de la mezcla). Otra opción es que el concreto sea bombeado; en este caso, el vehículo con la bomba se desplaza hasta la obra y se instala con el mixer que contiene el concreto; acto seguido, se pone en funcionamiento la bomba y se procede a descargar el concreto en el sitio indicado, a medida que el personal disponible para esta labor revisa, verifica y efectúa la correcta colocación de la mezcla en las formaletas depara cada uno de los elementos que se van a fundir. Durante el vaciado de la mezcla, se revisan niveles y alturas del concreto, para que los elementos tengan la dimensión exacta, además es indispensable ir introduciendo el vibrador a medida que se adiciona la mezcla, con el fin de acomodar uniformemente el concreto en el encofrado, evitando que haya segregación y que las partículas gruesas se vayan al fondo dejando en la parte superior la pasta de cemento y el agregado fino; de igual manera, se introduce el vibrador en sectores donde los nudos de acero así lo requieren para que el concreto llene completamente estos espacios con alta densidad de hierro, impidiendo que se presenten hormigoneos. La formaleta se puede golpear suavemente y con uniformidad en la parte externa con un martillo de goma, para ayudar, en el proceso de vibrado, a la acomodación del concreto. El vibrado elimina los huecos, la mezcla adquiere mayor compacidad y permite excelentes acabados del

hormigón, además permite utilizar mezclas más secas, las cuales son debidamente compactadas con el vibrador. Los vibradores más usuales en la industria de la construcción son los portátiles, que a su vez pueden ser: de inmersión, de superficie y de aguja; este último es recomendado para concretos bombeados o de gran fluidez, mientras que los de superficie se usan mucho en las placas de contrapiso y de entrepiso y los de inmersión son los más usuales en todos los proyectos (los hay eléctricos, de gasolina y de diesel); la manguera de este tipo de vibrador puede alcanzar longitudes de entre 4 y 7 metros. El tiempo de vibrado depende del tipo de elemento que se está fundiendo, del tipo y de la cantidad de concreto, de la ubicación de la formaleta, entre otros. Si se funden columnas, es importante que el encofrado tenga al menos una abertura en el centro de la altura del elemento y si es necesario, se hacen más. De ser necesario, de acuerdo con la altura total, para vaciar la primera parte de la columna a una altura que no permita que haya segregación, lo que se puede presentar si se vierte la mezcla por ejemplo a dos o más metros de altura, en cuyo caso, el material granular grueso cae primero al fondo del encofrado; es importante asegurar la llegada del vibro al arranque de la columna, para que la mezcla se acomode homogéneamente y se evite el hormigoneo que se vería tan pronto se descimbra la columna. A medida que se introduce

Figura 60. Vibrado durante fundida de elementos de concreto. (Pérez, 2010).

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el vibrador en la mezcla, el operario debe visualizar el acomodamiento del concreto, retirando e introduciendo secuencialmente el vibrador; esta operación la debe realizar un operario con el debido conocimiento, puesto que un exceso en el vibrado puede afectar la resistencia del concreto. Es importante resaltar nuevamente el tiempo tanto del procedimiento de ejecución de la mezcla, como el de transporte y de colocación en el encofrado de la mezcla de hormigón, pues todo este proceso debe realizarse mientras la mezcla permanezca fluida y plástica; de otra manera, el material que empieza a fraguarse antes de ser instalado no debe usarse y se pierde, pero si se trata de usar se pone en peligro la estructura que se construye porque un elemento estructural fundido con este tipo de material puede presentar disminución en la resistencia final del concreto. El hormigón inicia su proceso de fraguado aproximadamente a los 45 minutos, momento a partir del cual no se debe transportar ni colocar dicha mezcla, ni mucho menos adicionar agua para darle manejabilidad, puesto que así se está afectando y disminuyendo la resistencia final del concreto. Los concretos con aditivos retardantes de fraguado permiten que el estado plástico de la mezcla permanezca más tiempo, proporcionando un manejo diferente del proceso constructivo de ejecución, transporte y colocación del concreto. Este tiempo lo define el diseño de la mezcla y el tipo de aditivo utilizado. La norma NSR-10 estipula la normatividad para el transporte y la colocación del concreto, y define lo siguiente: hh Es necesario que en los procedimientos usados para transportar el concreto, desde donde se realiza la mezcla hasta el sitio de disposición, se evite la segregación; por lo tanto, la manipulación de la mezcla no debe ser excesiva. hh El vaciado del concreto se debe realizar durante el tiempo que la mezcla mantenga la fluidez, porque, al perder plasticidad, este material se debe eliminar.

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hh Nunca se debe utilizar el concreto al que se le adicione agua, después de realizada la mezcla con el fin de mejorar su fluidez, porque este hecho incide en la pérdida de resistencia del concreto. hh Cuando se requieren grandes cantidades de mezcla para fundir elementos, es importante coordinar muy bien las entregas de la central la ejecución de mezclas, para que haya continuidad en la colocación del hormigón y que no se vayan a presentar juntas que no están determinadas en el diseño.

Juntas y dilataciones del concreto Se define la junta de concreto como las grietas que se forman en el concreto, debido a la expansión y contracción del material que separan las losas. Y por dilatación del concreto se entiende como la separación creada dentro del concreto, para evitar fisuras.Tanto las juntas como las dilataciones son aberturas en las estructuras que generalmente están definidas en el diseño, en el cual se determinan: la ubicación, el tipo de junta y las especificaciones generales de su construcción, lo que permite el movimiento horizontal del espacio entre la junta. Las juntas se presentan frecuentemente en las losas, en las fundidas de áreas grandes, en vigas, en elementos estructurales y en el pórtico y se requieren por el proceso constructivo, por la forma y las dimensiones del elemento y/o estructura o por el diseño. Se plantean con acero, aluminio, PVC, masillas y algunos otros materiales. Es fundamental realizar el diseño de las juntas, para que absorban los cambios volumétricos que sufre el concreto debido a características físicas y químicas de la mezcla de materiales, pues durante el fraguado se puede presentar retracción, el calor de hidratación produce variación en la temperatura y el contenido de humedad incide en el cambio volumétrico de la mezcla, además, se considera el diseño de juntas para absorber asentamientos diferenciales y para aportar flexibilidad a las estructuras. De los tipos de juntas que se pueden encontrar en una obra, es frecuente diseñar las de diCONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Dosificación de concretos y fundida de elementos estructurales

latación en las estructuras de hormigón, dependiendo del largo, alto y ancho de la estructura, así como de la forma geométrica de ésta; cuando las edificaciones presentan formas arquitectónicas complicadas o la longitud de la estructura es mayor de 40 m, se requiere diseñar juntas de dilatación que absorban el movimiento de la estructura y los asentamientos diferenciales, y que permitan una programación del proceso constructivo de partes de áreas y volúmenes.

y la altura de los muros. Comúnmente esta junta se diseña con cinta PVC, que se amarra antes de la primera fundida en los aceros del muro, quedando la mitad de la cinta embebida en la primera fundida, mientras que la segunda mitad conforma la unión de la junta cuando se realiza la segunda fundida del muro: además este tipo de junta debe asegurar la impermeabilidad del agua a través de dicha unión, por lo tanto actúa como un sello impermeabilizante.

Las juntas de construcción se forman cuando se coloca un concreto fresco sobre un concreto endurecido o lo que también se denomina como “un concreto nuevo sobre un concreto viejo”; por lo tanto, se debe establecer la forma en que se efectúe la unión entre los dos. Una vez se encuentra fundida la estructura en los sitios donde se requiere pañetar, se deben realizar dilataciones en el mortero instalado, demarcando cada elemento de la estructura para evitar grietas y fisuras acaecidas por los cambios térmicos en el concreto.

Las juntas pueden ser de expansión, contracción o construcción o servir como barreras contra el paso del agua o como rellenos y están debidamente reglamentadas por la norma NSR-10, que considera los siguientes aspectos:

Un ejemplo de diseño de junta por proceso constructivo es la ejecución de tanques de almacenamiento de agua, donde se funden la placa del elemento y los muros del tanque hasta una altura de entre 20 y 50 cm, que es la que permite la formaleta. A esa altura se diseña la junta y posteriormente se arman el resto de acero y las formaletas de los muros para realizar la segunda y/o más fundidas de acuerdo con el espesor

hh Juntas de expansión: pueden cumplir las funciones de las juntas de contracción y se utilizan para permitir la expansión y contracción del concreto en el tiempo que dura el curado y en el tiempo de servicio de la estructura. • Este tipo de juntas, generalmente se diseña con acero, material capaz de transferir el esfuerzo cortante en un plano, por ejemplo, en las grietas existentes o en las que se forman, cuando se realiza el contacto entre dos concretos de diferentes edades o entre dos materiales distintos. • La junta se debe diseñar para que pueda soportar movimientos sin afectar la impermeabilidad de la misma, y debe contener un material de neopreno, plástico, caucho u otro material que no permita el paso de líquidos a través de la junta. hh Juntas de contracción: se utilizan para controlar la ubicación de las grietas en el concreto, ocasionadas por la retracción de éste durante el proceso de fraguado.

Figura 61. Junta en PVC en tanque de almacenamiento de agua. (Pérez, 2010).

• La junta de contracción se realiza en placas de contrapiso y entrepiso, techos, pavimentos y muros estructurales; se elabora para controlar las grietas que se forman por la contracción del concreto y se estima

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que si se forma la fisura, ésta debe tomar el camino de la junta trazada, lo que mejora el aspecto del elemento estructural. • La dimensión que debe tener una junta es: entre 1/4” y 3/8” de ancho y una profundidad entre 1/6 y ¼ del espesor de la placa. • La junta y/o dilatación se puede hacer utilizando una sierra con disco de corte para concreto, mientras está fresco, es decir, antes de que inicie la contracción. Se puede realizar también la dilatación con un elemento y/o herramienta manual que proporcione el ancho y la profundidad necesaria de ésta. hh Juntas de construcción: se realizan generalmente por procesos constructivos, y no pueden considerarse juntas de expansión. • Si la junta es horizontal, es importante que la superficie del concreto endurecido se encuentre limpia, sin lechadas, ni agua estancada, si la junta es vertical, se debe humedecer una vez se va a colocar el nuevo concreto. • La junta constructiva no debe tener ninguna injerencia ni afectación en la resistencia de la estructura, de aquí la importancia del diseño mediante el cual se establece que a través de la junta se realice la transferencia del cortante y otras fuerzas. • La junta constructiva debe coordinar que la estructura sea separada en segmentos que faciliten su construcción. • Cuando se funden losas, las juntas se deben localizar en el tercio (1/3) central de la luz de la placa y en el tercio (1/3) de vigas. • Cuando se funden placas que tiene implícitas, por el diseño, vigas, viguetas y capiteles de columnas, debe fundirse monolíticamente la losa con los elementos es-

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tructurales a menos que el diseño y especificaciones indiquen lo contrario. • La junta constructiva debe garantizar la mejor adherencia entre los concretos nuevo y viejo. • A lo largo de toda la junta de construcción debe ir instalado el refuerzo. • Barreras contra el paso del agua: para obtener este tipo de junta, se instala una barrera flexible contra agua, que impermeabilice la junta. • En la junta se puede instalar caucho, PVC, acero u otro material. • En las juntas de expansión, el material de caucho y PVC deben tener un ancho mínimo de 220 mm y espesor de 9.5 mm mínimo. • Para otras juntas, el ancho mínimo debe ser de 150 mm, repartido por mitad entre los dos concretos de la junta. • Si el material de la junta es acero, la platina debe ser de 6 mm (1/4”) y debe quedar embebido mínimo 75 mm a cada lado de la junta. hh Rellenos: cuando se usan como formaletas los rellenos preformados para recibir concreto, el lado de la junta donde puede ocurrir la expansión debe resistir compresiones y expansiones, el material que se va a usar en la junta puede ser: corcho, neopreno, caucho o PVC, nunca se debe utilizar la madera como material de lleno en la junta.

Curado del concreto Aunque la mezcla de hormigón contiene agua, ésta se consume en el fraguado inicial y el concreto se comienza a secar; por lo tanto, es fundamental mantener la hidratación del elemento fundido, una vez comienza este proceso. Mantener hidratado el elemento de concreto después de haberse iniciado el fraguado es lo que se conoce como curado del concreto. CONSTRUCCIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN CONCRETO

Dosificación de concretos y fundida de elementos estructurales

Es importante que el concreto permanezca durante el mayor tiempo posible en estado húmedo (mínimo durante 7 días y hasta 14 ó 21 días), de acuerdo con ciertos parámetros a los que está expuesto el elemento estructural: temperatura de la zona, lluvia, sol, viento, la ubicación del elemento respecto a la estructura, entre otros. Cuanto más largo sea el período de curado del elemento, se obtiene un concreto más fuerte e impermeable. Por ejemplo, los concretos realizados con cementos tipo I, II y V portland y resistentes a sulfatos se curan entre 7 y 14 días, por ejemplo: los cimientos, las vigas, columnas, muros. Las placas de piso y entrepiso se curan entre 14 y 21 días. Los concretos realizados con cemento tipo IV de bajo calor se deben curar durante mínimo 21 días. El curado es un paso del procedimiento constructivo de elaboración, transporte, colocación y curado del concreto, en el que cada uno de los procesos (elaboración, transporte, colocación y curado) cuenta con requisitos específicos que deben cumplirse para obtener un producto final con las características diseñadas; cualquier alteración en las especificaciones de cada uno de los procedimientos incide en el resultado final, con el que se espera obtener, entre otros, un elemento estructural con una forma determinada, con un acabado específico, con un color fijado y con una resistencia de diseño definida. Existen varios procedimientos para mantener hidratados de manera continua los elementos de concreto fundidos; los más conocidos son: por aspersión (riego con manguera), por inundación (las placas se pueden anegar de agua), cubrir los elementos con arena o tierra mojada (sacos de fique recubiertos con arena o tierra muy humedecidos) o revestirlos con curadores existentes en el mercado, que ofrecen, entre otras, las siguientes ventajas: hh Ayudan a controlar el agrietamiento en grandes áreas expuestas al sol y al aire. hh Aplicados sobre el concreto fresco forma una película que retiene el agua y evita el resecamiento prematuro.

hh Permiten obtener un adecuado desarrollo de la resistencia del hormigón. hh Facilitan el descimbrado, obteniendo un alto rendimiento en la vida útil de la formaleta. hh Permiten obtener excelentes acabados del concreto, sin manchas. El curado, como los demás procesos del concreto, está normalizado por la NSR-10, que contempla lo siguiente: hh Los concretos de alta resistencia temprana deben permanecer húmedos durante el período de curado y a una temperatura superior a 10 °C, mínimo 3 días después de vaciado el hormigón. hh Los demás concretos deben permanecer húmedos durante el período de curado y a una temperatura superior a los 10 °C, mínimo durante 7 días después de vaciado el hormigón. hh Con curado de vapor a alta presión, vapor a presión atmosférica, calor y humedad, se puede acelerar el aumento de resistencia y además reducir el tiempo de fraguado. hh El curado acelerado en la etapa de carga, bajo consideración, debe proveer mínimo la resistencia del concreto igual a la resistencia de diseño especificada para la misma etapa. hh En zonas con temperatura inferior a 5 °C, se debe tener el equipo adecuado para calentar los materiales con los que se fabrica el concreto e impedir su congelación. No se deben utilizar materiales que contengan hielo. hh En zonas superiores a 25 °C, se debe proporcionar la atención requerida a la mezcla de concreto para evitar temperaturas excesivas o la evaporación de agua, que pueden afectar la resistencia de la estructura. Una vez recorrido todo el proceso constructivo de cada uno de los elementos de concreto

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que conforman la estructura, se tiene un pleno conocimiento del mismo, lo que garantiza la labor profesional en obra, enmarcada en la normatividad colombiana vigente, así como en las normas internacionales y especificaciones aplicadas

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a los procesos, materiales, ensayos, equipos, herramientas y mano de obra involucrados en la ejecución, transporte, vaciado, manipulación, instalación y curado del concreto.

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»» Glosario Absorción de agua: agua que contiene un cuerpo o material sólido, que posee unas propiedades físicas que apenas se diferencian de las del agua corriente a la misma temperatura y presión. Aditivo: material diferente al cemento, a los agregados o al agua que se añade al concreto, antes o durante la mezcla, para modificar una o varias de sus propiedades sin perjudicar su durabilidad ni su capacidad de resistir esfuerzos. Asentamiento: hundimiento o descenso del nivel de una estructura debido a la compresión y deformación del suelo o roca de fundación. Resultado del ensayo de manejabilidad de una mezcla de concreto. Boggie: es un elemento esencial para transportar materiales en el sitio de trabajo. Existen disponibles carretillas con ruedas sólidas o con neumáticos. Caisson: es un elemento estructural de cimentación profunda que presenta una sección transversal considerable y se utiliza cuando los suelos superficiales son blandos y presentan poca capacidad portante. Se le conoce también como pozo de cimentación. Canteras: es una explotación minera, generalmente a cielo abierto, en la que se obtienen rocas. Cargas vivas: son aquellas cargas producidas por el uso y ocupación de la edificación, y no deben incluir cargas ambientales tales como viento, sismo, ni la carga muerta. Carga muerta: la constituida por el peso propio de la estructura más los materiales de construcción y los demás elementos que vayan a actuar en forma no interrumpida durante la vida útil de la construcción. Cimbra: estructura provisional de madera o elementos metálicos de forma, dimensiones y seguridad adecuadas para la colocación del refuerzo y del concreto de un elemento estructural y sostenerlos, mientras el concreto adquiere la resistencia adecuada. Contenido de humedad: método de ensayo para determinar el porcentaje de humedad total en agregados finos por medio del secado. Compresión confinada: las pruebas de compresión confinada se realizan en consolidómetros, artefactos de compresión del tipo de anillo que restringen la deformación lateral. El objetivo es obtener información pertinente al comportamiento de los cimientos, donde los cambios de volumen del suelo pueden ocurrir bajo compresión, pero solamente debido al cambio de espesor. La carga se aplica gradualmente y se mantiene constante hasta que se detiene el asentamiento. Curado: proceso por medio del cual el concreto endurece y adquiere resistencia, una vez colocado en su posición final.

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Clinker: se forma tras calcinar caliza y arcilla a una temperatura aproximada de 1400 °C. El clinker es el producto del horno, que se muele para fabricar el cemento portland. Densidad específica: relación entre el peso de cualquier volumen de una sustancia y el peso de un volumen igual de agua. Desformaleteante: agente desmoldante formulado con base en hidrocarburos pesados y resinas sintéticas que, aplicado sobre las formaletas, impide la adherencia de concretos y morteros sobre estas. Dilatación de concreto: separación creada dentro del concreto, para evitar fisuras. Ductilidad: cualidad que poseen los metales para deformarse en frío sin romperse. Encofrado y formaleta: moldes con la forma y las dimensiones de los elementos estructurales, en los cuales se coloca el refuerzo y se vierte el concreto fresco. Flexión: si las fuerzas sobre un material tienden a inducir esfuerzos de compresión sobre una parte de la sección de la pieza y esfuerzos de tensión sobre la otra, la pieza se encuentra a flexión. Fraguado: cuando el cemento y el agua entran en contacto, se inicia una reacción química exotérmica que determina el paulatino endurecimiento de la mezcla. En el proceso general de endurecimiento, se presenta un estado en el que la mezcla pierde apreciablemente su plasticidad y se vuelve difícil de manejar; tal estado corresponde al fraguado inicial de la mezcla. A medida que se produce el endurecimiento normal de la mezcla se presenta un nuevo estado en el cual la consistencia ha alcanzado un valor muy apreciable; este estado se denomina fraguado final. Gravilla: producto de la trituración de una roca cuyos elementos tienen un grosor máximo de 25 mm. Granulometría: es la medición de los granos de una formación sedimentaria y el cálculo de la abundancia de los correspondientes a cada uno de los tamaños previstos por una escala granulométrica. El método de determinación granulométrico más sencillo es hacer pasar las partículas por una serie de mallas de distintos anchos de entramado (a modo de coladores) que actúan como filtros de los granos, y que se llama comúnmente columna de tamices. Grumos: parte más espesa de una sustancia disuelta en un líquido, que suele tener forma de bola pequeña. Hormigón armado: material constituido por concreto que tiene un refuerzo consistente en barras de acero corrugado, estribos transversales o mallas electrosoldadas, colocadas principalmente en las zonas de tracción en cuantías superiores a las mínimas del NSR-98, bajo la hipótesis de compatibilidad de deformaciones entre los dos materiales.

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Junta de concreto: grietas que se forman en el concreto, debido a la expansión y contracción del material que separan las losas. Camión mixer: conocido también como camión-hormigonera o camión mezclador y/o agitador, es un vehículo equipado con una hormigonera. Gracias a esta disposición, al mismo tiempo que transporta hormigón premezclado lo va amasado. Se considera el método más seguro y utilizado para transportar hormigón en trayectos largos; además, es poco vulnerable en caso de un retraso. Módulo de finura (MF): es un índice de granulometría que da una medida del grosor o finura del material; se utiliza para describir si el agregado es fino o grueso. El MF de una arena se calcula al sumar los porcentajes acumulados retenidos en las seis cribas normales y dividiendo este resultado entre 100. Momentos flectores: cuando una viga tiene que soportar varias cargas concentradas, movibles, la línea de influencia es útil para determinar la posición de las cargas para las cuales el momento de flexión es máximo en una sección dada. Momento positivo: el que produce esfuerzos de tracción en la cara inferior de vigas y losas. Momento negativo: el que produce esfuerzos de tracción en la cara superior de vigas y losas. Pandeo: fenómeno que resulta cuando, en un pilote, la altura total del mismo no guarda relación con la sección. La norma indica que la longitud total del pilote dividida por el lado menor de la sección del mismo, no debe ser mayor a 15. Peso unitario: se define como el peso del suelo por volumen unitario o también como el producto de la densidad del suelo por la gravedad. Pilote: soporte, normalmente de hormigón armado, de una gran longitud en relación a su sección transversal, que puede hincarse o construirse in situ, en una cavidad abierta en el terreno. Constituye un sistema constructivo de cimentación profunda al que se le denomina cimentación por pilotaje. Pórtico: conjunto estructural constituido por vigas y columnas, unidas rígidamente. Puzolana: material silíceo a partir del cual se producía históricamente el cemento (desde la antigüedad romana hasta la invención del cemento portland, en el siglo XIX). Resistencia a la compresión: se puede definir como la máxima resistencia medida de un espécimen de concreto o de mortero a carga axial. Generalmente se expresa en kilogramos por centímetro cuadrado (kg/cm2) a una edad de 28 días se le designe con el símbolo f’ c. Resistencia a la tensión: el valor de la resistencia a la tensión del concreto es aproximadamente de 8 a 12% de su resistencia a compresión, y a menudo se estima como

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1.33 a 1.99 veces la raíz cuadrada de la resistencia a compresión. La resistencia a la torsión para el concreto está relacionada con el módulo de ruptura y con las dimensiones del elemento de concreto. Resistencia nominal: resistencia nominal especificada del concreto a la compresión expresada en MPa, que se utiliza en el diseño para determinar la resistencia nominal de los elementos de concreto reforzado. La resistencia real a la compresión debe determinarse por medio de ensayos de los materiales empleados en la obra, como el promedio de ola resistencia de dos probetas cilíndricas de 150 mm de diámetro y 300 mm de altura, ensayadas a los 28 días Resistencia requerida: es la que debe poseer un elemento o sección de éste para que sea capaz de soportar las cargas mayoradas o sus efectos. Rigidez: medida de la resistencia que ofrece un material a la deformación. Riostra: es un elemento de un diafragma estructural que se utiliza para proveer continuidad alrededor de una abertura en el diafragma. Slump: en la construcción y en la ingeniería civil, con el cono de Abrams, se realiza la prueba de caída en sitio o laboratorio para determinar y medir que tan duro y consistente es una muestra de concreto, antes de su curado. Segregación: separación de los materiales en un concreto por movimientos bruscos. Solado: se denomina también mortero autonivelante o revestimiento continuo, y corresponde a la capa de material para revestimiento continuo puesta en obra en sitio, directamente sobre la base, adherida o no adherida o sobre una capa intermedia o capa aislante, con el fin de alcanzar un nivel determinado, recibir el revestimiento final del suelo o servir como suelo final. Es también el hormigón pobre que se instala en el fondo de la excavación, para fundir encima de ella el concreto. Su espesor es de aproximadamente 5 cm. Subrasante: el suelo preparado y compactado para soportar una estructura o un sistema de pavimento. Sustrato: desde el punto de vista de la ingeniería, suelo es el sustrato físico sobre el que se realizan las obras, del que importan las propiedades físico-químicas y especialmente las propiedades mecánicas. Desde el punto de vista de la ingeniería, se diferencia del término roca al considerarse específicamente bajo este término un sustrato formado por elementos que pueden ser separados sin un aporte significativamente alto de energía. Tamiz: utensilio que se usa para separar las partes finas de las gruesas de algunas cosas, y que está formado por una tela metálica o una rejilla tupida, que está sujeta a un aro. Tenacidad: en un material, es la cualidad que tiene éste para absorber energía durante la deformación plástica, y la capacidad para soportar esfuerzos ocasionales superiores al esfuerzo de fluencia sin que se produzca la fractura.

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hBibliografía h Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica. (1998). NSR-98 Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente. García-Badell, J. J. (1996). Cálculo por computadora de estructuras de hormigón armado. España: McGraw-Hill. Igoa, J. M. (1986). Manual del constructor. Barcelona, España: Ediciones CEAC, S.A. Nilson, A. H. y Winter, G. (1997). Diseño de estructuras de concreto. México: MacGraw-Hill. Merrit, F. (1987). Manual del Ingeniero Civil. México: McGraw-Hill. Ministerio de Protección Social. (2008). Sistema General de Riesgos Profesionales, Legislación. Bogotá: Imprenta Nacional. Uribe, J. (1993). Análisis de Estructuras. Bogotá: ECOE Ediciones.

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Educación de calidad al alcance de todos

Construcción de elementos estructurales en concreto Primera edición Este libro se terminó de imprimir en xx de 20xx en los talleres de El Espacio, Bogotá, Colombia