Infografia: Estructura de concretos.

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Escaleras.

Deben de ser confortables, tienen como función subir o bajar de un nivel a otro de manera manual. El promedio es de 3m de altura. Pueden estar hechas de muchos materiales.

Existen varios tipos de escalera, y uno de ellos es el caracol, la cual conlleva distintas formas:

·         Normal.

·         En U.

·         En L.

·         Marinas (con una pendiente mayor).

·         Caprichosa (curveada por lo general).

·         En Y.

·         Abanico.

Toda escalera de caracol deberá de tener un barandal, el cual idóneamente se elabora a base de acero.

Trabes, losas y estructuras de cubierto.

Trabes.

Una trabe es un elemento horizontal de soporte hecho de concreto armado, similar a una columna. Manejan distintos tipos de cargas, como las cargas uniformes y puntuales, y unos ejemplos de las deformaciones se muestran de esta manera:

Deformación en trabe con carga uniforme.

Deformación en trabe con carga puntual.

Deformación en trabe con carga puntual fuera de centro.

Deformación en trabe con carga mixta.

Para poder evitar estas malformaciones, se utilizan columpios, los cuales son dobleces al acero que fortalecen no sólo a la trabe, sino también a las losas.

Para determinar una trabe, es necesario antes conocer las áreas de las deformaciones:

Las A+ significan las áreas positivas de la trabe, mientras que la A- es la negativa. Como referencia, 2(A+)= A-.

Se divide en cuatro la longitud de la trabe y las longitudes de la trabe deben de quedar de la siguiente manera:

La zona en color púrpura es donde se va a colocar el columpio. Hay que tener en cuenta que la altura del peralte se le restará dos veces el recubrimiento mínimo, y que ésta formará unión entre las partes superiores e inferior del columpio, como se muestra a continuación marcado en verde:

Una vez hecho esto se suma las medidas de cada zona utilizando la siguiente fórmula:

Lg+L/4-rm+peralte+L/2+peralte+L4-rm+lg

Este procedimiento puede repetirse dependiendo del número de columnas al haber, pero por lo tanto sólo se manejarán dos.

Ya se tiene el columpio, ahora falta sacar las varillas que van dentro de la trabe. Como ya se mencionó anteriormente, el peralte de la trabe deberá de restar el recubrimiento mínimo, y por lo tanto se debe de realizar la siguiente fórmula:

Ya realizado esto, ahora se procede en sacar el número de estribos en cada sección, pero antes se debe de analizar la siguiente tabla con sus diferentes cargas:

Se divide la medida de la sección (ya sea L/4 o L/2) entre la separación máxima de cada estribo según sus cargas y el tipo de acero que se maneje.

Sigue contar el número de amarres que se requerirán, y para eso sólo basta multiplicar el número de varillas que pasan en un estribo (incluyendo al columpio) por el número de estribos que hay en la trabe.

Existe otro tipo de trabe, que tiene cantiléver en uno o en sus dos extremos:

Losas.

Ya vimos lo que es una losa de cimentación, ahora vamos a proceder con las losas de cubierto, las cuales son las que cubren el perímetro de una estructura o  una planta.

Existen varios tipos de losas, como lo son:

·         Losas Firmes.

·         Losas apoyadas (Losas de Entrepiso, Losas de Cubierta o Azotea).

Losas Firmes. Las losas firmes son de las más prácticas y económicas, ya que se caracterizan por ser planas en el total del área de ésta. Su grosor mínimo es de 8cm.

Losas Apoyadas. Existen dos tipos de losas apoyadas:

-       Losas de Entrepiso. Esta se caracteriza por su continuidad, ya que ésta necesita sostener más cargas en la parte superior, y por lo tanto, requieren un grosor de al menos 12cm.

-       Losas de Cubierta o Azotea. En esta no se requiere sostener una carga mayor, pero debe de tener un grosor de 10cm como mínimo.

Ambas losas cuentan con claro menor, y existe su normativa para éste:

1°. Siempre que el claro sea mayor de 4m, el espesor debe de ser de 10cm; en caso de entrepiso 12cm. Si es mayor a 6m, en azoteas es de 12cm y en entrepiso es de 15cm.

Como se muestra en la imagen, la losa se divide en nueve áreas, y éstas en tres tipos:

·         Áreas más críticas: I, III, VII y IX.

·         Áreas críticas: II, IV, VI y VIII.

·         Áreas menores: V.

Con esto se determina que en las áreas más críticas, es decir en las esquinas, es más propenso a una grieta, mientras que en las áreas críticas es menor el riesgo, y en el área menor no existe alguna probabilidad de ello.

Ya se sabe cómo sacar las dimensiones del columpio, ahora sigue sacar la separación máxima de las varillas. Hay que tener en cuenta que en estos tipos de losa siempre contarán con las siguientes características:

·         Columpio.

·         Varilla y 2 bastones.

Por lo tanto, entre el columpio y la varilla y bastones contará como una sola distancia. Se divide la longitud del claro por 20 veces el diámetro del acero + 1 para determinar el número de varillas. Después la longitud del claro se divide entre el número de varillas resultantes, para así dar la separación entre cada varilla. Este proceso se repite en ambos claros.

Si el número de varillas resultantes da en número par, éstas empiezan desde el arranque con el columpio; en cambio, si resulta un número impar, comienza desde la mitad de la losa, como en la siguiente imagen:

Las nervadas suelen ser dentro de las losas compuestas por vigas a modo de nervios que enlazan los pies de los pilares. Suele estar sostenida a base de puntales, los cuales por lo general están hecho de acero. Existen dos tipos:

·         En un sentido.

·         En ambos sentidos.

En un sentido suele ser común la vigueta bovedilla, la cual permite agilizar los procesos en reducción de cimbra. Esto es ideal siempre y cuando el claro menor sea inferior a 4m; en caso de que sea mayor, deberá de reforzarse.

Losas de Estructura de Madera/Acero.

Se apoyan en dos o más puntos y se basan en cargadores (cargan el piso/mobiliario). Por lo general se utilizan hojas de 4’ x 8’. Dependen de dos factores:

·         La distancia en la que está el apoyo.

·         El grosor de la polinería.

Las distancias del apoyo son los siguientes:

·         Menor a 4m = 4”

·         Mayor a 4m – Menor a 5m = 6”

·         Mayor a 5m – Menor a 6m = 8”

·         Mayor de 6m – Menor a 8m = 10”

El Sistema Modular de la polinería suele tener los más comunes de 2”, 3”, 4”, 6”, 8”, 10”, 12”, etc. Suelen tener como característica la flexibilidad.

Los tipos de estructura son:

Caballete.

Soporta la estructura que soporta la cubierta.

Tijeral.

Suelen ser comunes en las casas por su forma inclinada.

Combinada.

Son comunes en los puentes. Se utiliza en situaciones para sostener claros que resistan las condiciones.

Existen diferentes tipos de calibre en el acero, es decir el grosor; pero los más comunes en los apoyos son:

·         28 – 2’

·         26 – 3’

·         24 – 4’

Los nodos son las uniones o puntos de reunión del acero en las estructuras y sirven para concentrar las cargas.

Muros, castillos y columnas.

Los muros se pueden definir como la cara de una edificación que posee una función estructural dentro de cualquier obra. Existen muchas variedades de muros, pero en este caso solamente se verá el de los bloques de concreto.

En base a los muros de bloque de concreto, el Sistema Constructivo Modular se basa en piezas de diversos grosores: 4”, 5”, 6”, 8” y 12”, siendo el de mayor uso el de 6” (15cm). Aquí se mostrarán los diferentes tipos de bloques:

Pieza estándar: 20x20x40cm.

Bloque esquina: 15x15x40, esq. 5x15x20

Bloque medio: 20x20x20

Bloque dala: 20x20x40

Para sostener el muro de bloques de concreto, es necesario colocar varillas dentro de los agujeros de los bloques como máximo @1m.

En las esquinas, se debe de colocar en cada perforación del bloque esquina una varilla para asegurar su firmeza.

Las dalas de cerramiento se dividen en dos tipos:

·         Castillo (vertical)

·         Dala intermedia/de cierre (horizontal)

Los castillos son soportes verticales que tienen como función mantener el muro de tal forma que evite grietas. Los castillos más comunes son los que están hecho a base de armex. El armex es el esqueleto compuesto de varillas y alambre electrosoldado. Puede estar compuesto de 3 hilos (12-12-12), o de 4 hilos (4-15-15 y 4-15-20). Los castillos no deben de estar a más de 4m uno de otro.

La dala intermedia es un elemento de soporte horizontal que sirve como apoyo para estructurar los elementos que se colocarán si se hace una planta alta, y la dala de cierre sirve como marca para poder cerrar y permitir la instalación de la losa. Ésta tiene que estar colocada a no más de 2m de distancia una a la otra en horizontal.

En el caso de los elementos de amarre en los muros, todo muro debe de cumplir con la calidad de los soportes de carga en compresión o empuje con ayuda de la gravedad. Hay que tener en cuenta que el empuje es una carga horizontal, lo cual sirve en el caso de la dala.

Antes de realizar un elemento de soporte, se tienen que conocer dos tipos de cargas:

·         Carga Viva: algo que se pueda mover.

·         Carga Muerta: algo que no se pueda mover.

Una columna es un elemento vertical de soporte a base de concreto armado. Se caracterizan porque estas sirven de apoyo en caso de sismos y vientos fuertes. Por lo general no deben de superar los 3m de distancia entre sí.

Existen varios tipos de columnas, en este caso veremos dos:

·         Columnas de sección cuadrada.

·         Columnas de sección redondeada.

Las columnas de sección cuadrada se componen de la siguiente manera:

Conllevan el estribo y las varillas que se muestran en la imagen ya mostrada. Se sacan la medida del estribo usando la siguiente fórmula:

2(lado-rm) + 2(lado-rm) + 2lg

Con el resultado de la longitud del estribo, se saca el número de varillas utlizando la siguiente fórmula:

Este método se realiza en cada lado de la columna.

A continuación se mostrará la composición:

Como se aprecia en la imagen, esta columna se divide en dos terceras partes, esto para referenciar la separación máxima de los estribos. En este caso, la sección azul cuenta con una tercera parte de la altura y se debe de sacar 20 de separación máxima de los estribos, mientras que en la roja son dos terceras partes de la altura y se sacan 30 en su distancia. Todo esto dependerá del tipo de acero que se maneje en la columna. A continuación se mostrarán las fórmulas a utilizar para sacar la separación de los estribos en cada sección:

Las columnas de sección redondeada, por su parte, en lugar de contar con estribos cuentan con zunchos, que son estribos en forma circular. Estos zunchos no deben de superar 20 diámetros.

Para sacar su diámetro, es necesario sacar el radio de la columna para después proceder utilizando esta fórmula para sacar el perímetro:

Una vez hecho esto, el resultado obtenido se divide entre 20 de cualquier acero de refuerzo, y es así es como se determinan el número de varillas dentro de la columna redondeada:

Cimentaciones - Zapatas.

Antes de ver lo que es un cimiento, se debe de conocer los detalles de las cargas dentro de una obra, y para eso se nos mostrará una tabla. Esto con la finalidad de que a la hora de hacer un cimiento, ya se tenga en mente las cargas que se van a soportar; ya sean ligeras, medianas o pesadas:

Zapata se deriva de zapato, tiene una superficie para equilibrar la estructura. Hay que tener en cuenta que una zapata o cimiento van en función del comportamiento mecánico del suelo.

Existen varios tipos de cimientos:

Cimientos:

·         Corridas: elemento de carga.

·         Aislada: elemento puntual.

1.    Mampostéricas.

2.    Ciclopeas.

3.    Concreto Armado.

4.    Losa de Cimentación.

5.    Pilotes.

6.    Cimentación por Compensación.

7.    Zapatas.

a.    Invertida.

b.    Corridas.

I.             Concreto Compuesto.

II.            Concreto Armado.

c.    Aislada.

1.    Mampostéricas. En caso de que se requiera utilizar un cimiento mampostérico, se necesita hacer una zanja en la zona marcada dentro de los ejes, para de ahí proceder en acomodar las piedras con ayuda de un recubrimiento de concreto, empezando desde abajo recubriendo toda la parte baja de la zanja, y conforme se va subiendo se acomodan las piedras unas arriba de otras hacia el centro, hasta formar una pequeña columna de tal forma en que queden de esta forma:

1.    Ciclopea. Para elaborar una zapata ciclópea, es necesario que se realice la zanja dentro del eje, y se coloquen piedras dentro de la zanja, junto con una mezcla de concreto, sin importar el orden o el acomodo, de tal forma que la zanja se llene de piedras recubiertas de concreto.

1.    Concreto Armado. Consta de una mezcla de concreto y acero, como lo son el cemento, agregados finos y gruesos, y agua, además de incluir varillas de acero de refuerzo. Esta zapata de contener resistencia hacia las fuerzas mecánicas, que son:

·         Compresión: presiona o empuja las cargas.

·         Tensión: alarga o estira las cargas.

2.    Losa de Cimentación. Es un sistema de soporte estructural para transmitir una carga. Esta puede depender del tamaño y la altura para determinar el grosor de la losa.

1.    Pilotes. Es un elemento vertical de soporte, siendo de los más eficientes y estables, ya que la gran mayoría de los edificios están basados en pilotes. Se caracterizan porque en su parte inferior el suelo ejerce presión hacia el pilote. Se utilizaban objetos de la naturaleza (como troncos) para su elaboración anteriormente. Pueden ser de concreto armado, de acero o de madera.

1.    Cimentación por compensación. Proviene de la palabra compensar, que significa sustituir, es un cimiento tipo barco en la que el peso del material extraído será igual al peso de la construcción según las características del terreno y el edificio por construir.

1.    Zapatas. Una zapata se compone de la siguiente manera:

El rodapié tiene como función equilibrar la carga, mientras que el pie sirve para transmitir la carga. Para su cálculo, es necesario conocer las siguientes definiciones:

·         He: altura del edificio.

·         Hs: altura del suelo.

·         Hcv: altura de la capa vegetal.

·         Hd: altura del diseño.

·         Ad: ancho del diseño.

·         Hz: altura de la zapata.

·         Ar: ancho del rodapié.

Para sacar estas medidas, se requiere conocer las fórmulas que se muestran a continuación:

·         Hd: He(10%) + Hs + Hcv

·         Ad: Tipo de carga // Tipo de suelo

·         Hz: Tipo de suelo

·         Ar: Grosor de muros de carga (Ancho de material)

Hay que tener en cuenta que si existe capa vegetal, no existe calidad de soporte, por lo tanto, la altura de la capa se añadirá a la altura de la cimentación, e incrementará. La capa vegetal está compuesta de raíces, animalitos y otras sustancias que ablandan el suelo. Es posible removerla, aunque sería más costoso.

A continuación se mostrará una tabla con los tipos de suelo dentro de su clasificación:

Normatividad dentro de la elaboración de estructuras que conlleven acero y concreto armado:

1°. Todo elemento sujeto a la elaboración de acero transversal, estribos, etc., debe de contener un recubrimiento mínimo de concreto de por lo menos 0.025 m (2.5 cm).

2°. Todo elemento sujeto a tensión deberá de tener un gancho a su extremo, ya sea en “c” o en “L”.

En todos los cimientos se lleva a cabo un proceso de cimbrado, el cual sirve como molde para verter el concreto. Comúnmente se hace a base de tablas y estacas, y tiene dos distintos usos:

·         1 uso: elementos de concreto expuesto/aparente.

·         3 usos: elementos de concreto recubierto/oculto (bajo tierra).

Para este proceso, se debe de determinar la colocación de las tablas en los extremos del pie del cimiento. Una vez hecho, se encaja una estaca enseguida de la tabla recién colocada. Si lo que se piensa hacer es una Zapata Corrida de Concreto Compuesto, se deben de colocar una tabla y una estaca respectivamente (de preferencia igual o mayor que el ancho), en cada lado de la dala, para después poner un clavo. Después se coloca otra estaca en la parte superior de las recién puestas y se clava.

Para evitar el movimiento, se pone alambre recocido (torsal) y se amarra en los puntos específicos. A lo largo del cimiento, se debe de colocar cada estaca a cada 2’ (61cm). Las estacas pueden ser de metal (varilla) o de madera (clavos).

Es recomendable verter el concreto de forma monolítica (de una sola vez).

a.    Invertida. Es una mezcla de tres cimentaciones diferentes: una zapata, una losa de cimentación y un pilote. Suele ser propicio para un edifico alto o para masas muy pesadas. Al igual que el pilote, recibe mucha presión por parte del suelo, pero esta vez hacia la parte horizontal.

a.    Corrida. Aunque existan dos tipos de zapatas corridas, ambas manejan la misma temática, ya que éstas utilizan acero transversal, acero longitudinal, estribos o anillos y total de amarres.

Un anillo o estribo dentro de la obra, tiene como función impedir el movimiento de las varillas, así como absorber los esfuerzos por temperatura.

Prosiguen un mismo procedimiento; salvo que en la de Concreto Compuesto se utilizan bloques como apoyos y en la de Concreto Armado, en lugar de utilizar bloques, se usa un estribo a lo largo de la parte vertical de la zapata. Estos procedimientos se explicarán a detalle a continuación.

I.             Concreto Compuesto. Está en forma de T invertida, y es comúnmente utilizada en las casas debido a su fácil manejo comercial. Para sacar los datos de sus elementos, es necesario conocer las siguientes fórmulas:

Acero Transversal: Ad – 2rm + 2lg (“c” o “L”)

                Acero Longitudinal (pie): 

Bloque de Concreto: Dependerá de la altura del diseño de la zapata, con la condición de que tiene que haber espacio suficiente para la Dala de Desplante de al menos 20 – 25cm.

Estribo: 2 (lado – 2rm) + 2 (lado – 2rm) + 2lg. En la parte inferior siempre contará con una capa de por lo menos 1cm de mortero.

                Acero longitudinal (dala): 

I.             Concreto Armado. Idéntico al cimiento anterior, salvo a que éste cuenta con un anillo a lo largo del rodapié, y con cierta cantidad de estribos a lo largo de él. Utiliza las mismas fórmulas de la ZCCC (Zapata Corrida de Concreto Compuesto), a excepción de los bloques de concreto, y en lugar de utilizar el estribo y las varillas en la Dala de Desplante, se hace el mismo método pero en el rodapié. Otra razón por la cual se diferencia de la ZCCC es que dentro de su estribo vertical se sostiene mediante otros estribos, para así evitar su movimiento y mantenerla firme. Este cimiento siempre tendrá un recubrimiento de concreto.

a.    Aislada. Las zapatas aisladas se componen de la siguiente manera:

Se utilizan comúnmente en muros que están separados de las zapatas corridas al perímetro de la estructura, como en muros aislados. Se caracterizan por tener su rodapié en el centro del cimiento, lo cual les da resistencia.