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Servicios Generales "MAPESA"

Componentes Estructurales

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LOSAS DE ENTREPISO
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INTRODUCCIÓN

Después de los últimos terremotos y a partir de 1984, se viene creando una gran conciencia sobre la importancia de dotar de una resistencia adecuada las viviendas que se construyen, para que sean capaces de resistir los movimientos sísmicos.

Se ha comprobado que los terremotos no sólo afectan los edificios altos, sino que también las viviendas de uno y dos pisos donde habita la mayor parte de los habitantes que tiene Colombia.

A través de esta guía, queremos darle los conocimientos necesarios para que su vivienda sea construida de tal forma que se comporte adecuadamente utilizando ciertos elementos estructurales como son las vigas y las columnas.

Estas disposiciones aquí consignadas, son tomadas de la "Norma Colombiana de Diseño y Construcción Sismorresistente NSR-98" en el capítulo E.

Estudiea con mucho cuidado el contenido de esta guía y observe en su comunidad cuántas viviendas cumplen estas recomendaciones. Si no es así, trate de convencer a sus propietarios de la importancia de dotarlas de los elementos necesarios.

"Si le proporcionamos a un hombre una casa segura, proporcionarás una vivienda para su familia, pero si le enseñas a construir su propia casa de una forma segura, habrás proporcionado una vivienda para su familia y probablemente también a las familias de sus hijos, de sus parientes y de sus amigos." (Ian Davis).


ACTIVIDADES

Para la mejor comprensión del tema sobre los componentes estructurales que garantizan la sismorresistencia, le sugerimos:

a.  Leer detenidamente esta guía y analizar los objetivos, pues éstos son los puntos de partida.
b.  Si a medida que va estudiando los temas de la guía, encuentra palabras que no conoce, consulte el vocabulario incluido al final de esta guía; para aquellas palabras que no encuentre ahí, busque su significado en un diccionario.
c.  Responda las preguntas que se le hacen en la evaluación final.
d.  Una vez completado exitosamente todo el proceso, podrá continuar en el nivel siguiente.
e.  Observe en el barrio donde vive, qué casas tienen las vigas de amarre de fundación, viga superior y columnas de confinamiento.
f.   Coloque varios libros, uno encima de otro y todos a su vez sobre una tabla; luego mueva la tabla hacia delante y hacia atrás; verá que los libros se caen porque se deslizan unos sobre otros. Pero si amarra los libros con un hilo o piola en la dirección en que mueve la tabla, observará que el hilo no permite que los libros resbalen y caigan; eso mismo le sucede a un muro de ladrillos si se le colocan vigas y columnas de confinamiento; éstas no dejan que los ladrillos se deslicen unos sobre otros durante un sismo.


DESARROLLO DE TEMAS

1. ESTRUCTURA

Son los elementos construidos en concreto reforzado u otro material para que soporten las cargas en una construcción; en el caso de edificaciones menores, éstos son los muros estructurales, las vigas de fundación, las vigas de amarre, las columnas o columnetas de confinamiento, las cintas de amarre y los techos o cubiertas.

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Figura 1

Los muros estructurales de carga deben ser confinados o amarrados horizontalmente cada 25 veces el espesor del muro, mediante la colocación de vigas de amarre a esa altura. Ver figura 2.

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Figura 2


2. CONFINAMIENTO HORIZONTAL

Siempre se debe iniciar la edificación sobre una viga de amarre de concreto reforzado en forma de anillo, que trabaja como un diafragma y sirve como cimentación; a estal será anclado el acero para las columnas de confinamiento. Ver figuras 3 y 4.

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Figura 3

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Figura 4

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Para calcular la altura máxima a la cual se pueden colocar las vigas de amarre, se procede de la siguiente manera:

Ejemplo: A un muro que tenga 10 centímetros de grueso, que es el caso de una casa de un piso, se le deben colocar una vigas de amarre, máximo a 250 cms de altura o 2.50 mts; ésto resulta por lo siguiente:

H =  altura máxima de muro

T =  grueso del muro

25 es una constante para confinamiento horizontal

La fórmula para calcular la máxima altura quedaría:

H = 25 x T cm.
H = 25 x 10 cm.
H = 250 cm.


 3. COLOCACIÓN DE VIGAS DE AMARRE

En general las vigas de amarre horizontales, deben colocarse:

  • En las cimentaciones, en todos los casos.

  • A la altura del entrepiso, en las casas de 2 pisos, teniendo en cuenta que esta viga se puede colocar embebida en la losa de entrepiso.

  • A la altura de enrase de cubierta, en todos los casos. Esta viga debe conformar un diafragma horizontal, es decir cerrado todo su perímetro.

  • A nivel de las vertientes, en la terminación de muros de culata, se colocan cintas de amarre formando un diafragma.

  • Como remate en forma de cinta de amarre en los muros parapeto

Ver figura 5.

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Figura 5

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4. VIGAS DE CIMENTACIÓN

La viga de amarre para cimentación de una casa de un piso, debe tener una sección mínima de 25 x 25 centímetros asentada sobre 5 cms de material seleccionado, colocado encima suelo natural con 4 varillas lisas de diámetro de 3/8" o 10 mm de 240 Mpa (2400 kg/cm2) de resistencia; figura 5 a y estribos como muestra la figura 5 d.

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Figura 5a

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Si la casa va a tener dos pisos, la viga de cimentación debe tener 30 x 30 centímetros, asentada sobre 5 cms de material seleccionado, colocado encima del suelo natural, con 4 varillas corrugadas, de diámetro ½" o 12 mm, y de 420 Mpa (4200 Kgs/cms2) de resistencia. Ver figura 5b.

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Figura 5b


5.  VIGA DE AMARRE

Las vigas de amarre superior tendrán un grueso igual al del muro y una altura mínima de 15 cms, con 4 varillas de 3/8 lisas de 240 Mpa (2400 Kg/cm2), para un ancho mínimo de 11 cms y para anchos menores 2 varillas corrugadas de 1/2 y de 420 Mpa (4200 Kgs/cm2); cuando la viga vaya al mismo nivel de la losa, puede ser embebida en ella. (Ver Figura 5c) y con estribos cada 10 cms en los extremos de la viga en un tramo de 50 cms y en el centro se reparten a 20 cms. Ver figura 5d).

Cuando la viga de amarre cumpla la función de dintel o apoyo para losa, esta tendrá que tener más hierro, por las cargas adicionales que tiene que soportar.

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Figura 5c

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Figura. 5e


6. CINTAS DE AMARRE

Las cintas de amarre son elementos estructurales que amarran los muros de culata;  tendrán como ancho mínimo el del muro y una altura mínima de 10 cms, con 2 barras longitudinales de diámetro 3/8 o de 10 mm, de 240 Mpa (2400 kgs/cm2); también, en lugar de colocar las dos varillas de 3/8, se puede colocar una corrugada de diámetro ½" y de 420 Mpa (4200 kgs/cm2).

Pueden utilizarse ladrillos en forma de canal para fundir la cinta. Ver figura 5e.

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Figura 5f


7. AMARRE DE MUROS PARAPETOS
Y MUROS DE BALCÓN

Este tipo de muros se debe amarrar mediante columnetas separadas no más de 10 veces su espesor y rematarlos con una cinta de confinamiento en la parte superior.

Ejemplo: si el muro tiene  10 cms de grueso, la separación de las columnetas será 100 cms o sea cada 1 metro. Ver figura 5f.

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Figura 5g

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8.  AMARRE DE MUROS NO ESTRUCTURALES

Los muros no estructurales, interiores o de fachada, deben amarrarse o trabarse con los muros perpendiculares a su plano y a los muros diafragmas, de la siguiente forma:

A.   MUROS DE LADRILLO DE PERFORACIÓN VERTICAL

1. Mediante traba física de las piezas. Ver figura 6

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Figura 6

 

Mecánico: Con conectores según especifique el calculista. Ver figura 7.

En este caso, las celdas son llenadas con mortero tipo gráuting en dosificación 1:3. Para amarrar bien el conector, se debe tener en cuenta que quede rodeado totalmente por el mortero.

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Figura 7

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B. AMARRE PARA LADRILLO DE PERFORACION HORIZONTAL

1. Mediante conectores. Ver figura 8.

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Figura 8

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9. CONFINAMIENTO VERTICAL

COLUMNAS
Las columnas de confinamiento o amarre vertical son una parte de la estructura de hormigón reforzado, que amarra los muros para que no se corran en caso de un movimiento sísmico.

UBICACIÓN DE LAS COLUMNAS
Las columnas de confinamiento se colocan en los extremos de los muros estructurales o de carga, en la intersección de dos muros estructurales y en lugares intermedios,  a distancias no mayores de 35 veces el espesor del muro, o 1,5 veces la distancia vertical entre elementos horizontales de confinamiento, pero no mayor a 4 mts. Ver figura 9.

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Figura 9

Ejemplo : Si tenemos un muro de 10 para colocarle columnas de confinamiento procedemos así:

Grueso de muro por 35

Grueso de muro 10

Constante 35

10 x 35 = 350 cms o 3,50 metros

Vemos que esta distancia es menor de 4 metros o sea que las columnas  quedarán a 3.50 una de otra.  Si tengo las vigas de confinamiento cada 2.50, puedo ver a qué distancia sería recomendable para las columnas.

Distancia de amarre horizontal 2.50

Constante 1.5

2.50 x 1.5 = 3.75 mts

En este caso, colocaría las columnas a 3.75, que es menor que los 4 mts que tenemos como referencia máxima.

En conclusión, puedo colocar columnas a 3,50 o a 3.75 mts pero al tomar la última decisión se toma la menor o sea 3.50 mts. Esto quiere decir que colocamos las columnas realmente cada 3.50 metros.

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10. DIMENSIONES DE LAS COLUMNAS

Las columnas de confinamiento llamadas también columnetas, deben tener una sección transversal mínima de 200 cms2 con un espesor igual al del muro que lo confina y con un refuerzo de 4 barras de 3/8 lisas o 10 mm. Ver figura 11.

También puede reemplazarse este refuerzo por 3 varillas corrugadas de ½" o 12 mm con estribos cerrados de diámetro ¼" o 6 mm, colocados los 6 primeros a 10 cms en los lados adyacentes a las vigas de amarre y el resto a 20 cms en el centro de la columna. Ver figura 12. El concreto utilizado para vigas y columnas debe tener una resistencia mínima de 17.5 Mpa (175 Kg/cm2).

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Figura 11

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Figura 13

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11. LOSAS DE ENTREPISO

Es una estructura que separa horizontalmente un nivel o piso de otro, la cual sirve de techo para el primer nivel y de piso para el segundo, cumpliendo que trabaja como un diafragma rígido.

Puede construirse en:

  • Hormigón reforzado, fundido monolíticamente. Figura 14.

  • Hormigón aligerado con casetón de madera, ladrillo  icopor o metálicas . Figura 15.

  • Placas prefabricadas hormigón.

Una losa monolítica es la que se funde con hormigón y barras de acero que forman una parrilla en las dos direcciones y vigas de amarre sobre los muros.

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Figura 14

Losa aligerada es la que se realiza colocando en los intermedios de los nervios estructurales, bloques, ladrillos, casetones de madera o metálicas (cajones) o   icopor con el fin de reducir el peso de la estructura, y el acero en barras concentrado en puntos llamados nervios.

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Figura 15

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Losa prefabricada es la que se construye en obra o fuera de ésta utilizando los mismos materiales que las losas anteriores y luego de un tiempo en el cual ha endurecido el hormigón, son montadas a los muros fundiendo después la viga de amarre perimetral.

Para que las losas de entrepiso se comporten como un diafragma y tengan buena rigidez en su propio plano, deben cumplir con unos gruesos mínimos según la luz y la forma de apoyo y asi no se produzcan vibraciones al caminar sobre ellas.

Estas fórmulas se aplican cuando no se tienen muros de partición o divisorios sobre la losa; si estos se tienen consultar la NSR-98

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Figura 16

Ejemplo: Si tenemos que hacer un voladizo con una luz de 1.50 Mts realizando una losa maciza o monolítica, el grueso que debemos darle a la losa será igual a L/10.

L = 1.50 mts

Constante 10

H = 1.50/10

H = 15 centímetros

La losa  como mínimo tendrá 15 centímetros de grueso.

Ahora, si la losa es aligerada, el grueso será L/8 y nos quedaría:

H = 1.5/8
H = 18.75 centímetros
Redondeando el grueso quedará en 19 cms. Como los ladrillos toletes tienen 15 cms de grueso se colocan éstos como aligerantes y se funde una capa de hormigón de 4 centímetros recubriendo los ladrillos para un total de 19 centímetros.

Si la losa que vamos a fundir es maciza y simplemente apoyada, con una luz de 3.50 metros o sea que no tiene sino dos apoyos, el grueso H sería igual a H = L/20

L = 3.50 mts

Constante 20

H = 3.50/20
H = 17.5 centímetros

Si la losa fuera aligerada, el grueso sería H = L/16

H = 3.50/16

H=21.87
Redondeando sreían 22 cms

Cuando la losa tiene un extremo continuo o sea que tiene 3 apoyos, el grueso sería H = L/24 para losas macizas y para losas aligeradas sería H = L/18.5; siempre tomando la luz mayor. Ejemplo: Si tengo 2 luces una de 3.5 mts y otra de 4 mts para una losa maciza, tomo para el cálculo la luz mayor o sea los 4 mts asi:

H = L/24

H = 4/24

H = 16.6 centímetros;   redondeando quedan 17 cms

Si es nervada sería :

H = L/18.5

H = 4/18.5

H=21.6 centímetros, redondeando quedaría en 22 cms.


12. CUBIERTAS O TECHOS

Los elementos portantes de la cubierta, de cualquier material, deben conformar un conjunto estable para cargas laterales. Por lo tanto se deben colocar sistemas de anclaje en los apoyos y suficientes elementos de arriostramiento como vigas tirantes, contravientos o riostras correas, alfardas o puntales que garanticen la estabilidad del conjunto.

Las soleras se deben anclar a las vigas de amarre de los muros cargueros y deben tener suficiente resistencia para transmitir las cargas al muro. (Figura 17)

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Figura 17


VOCABULARIO

ACERO: Aleación o unión de hierro más carbono, que tiene mayor resistencia que el hierro. Comúnmente la gente lo llama hierro para la losa.

ADITIVO: Sustancia química que se le agrega al hormigón para cambiar sus propiedades. Ejemplo: aditivo para hacer el hormigón mas resistente.

ALIGERAR: Rebajar, bajar, disminuir peso .

BARRA: varilla de acero

CASETÓN: Cajón de madera común o de esterilla de guadua porón, metal.

CONECTOR: Barra de acero que se utiliza para trabar los muros.

CONFINAMIENTO: Amarre perimetral de muros

DIÁMETRO: Distancia entre puntos opuestos de una circunferencia; medida sobre una línea que pasa por el centro.

DINTEL: Viga que se coloca en la parte superior de puertas y ventanas.

EMBEBIDA: Sumergida, metida adentro.

ESTRIBO: Varilla de hierro figurada en forma de rectángulo.

GRAUTING: Hormigón fluido o acuoso, rico en cemento

HORMIGÓN: Mezcla de cemento, arena, triturado, agua y algunas veces un aditivo para cambiar su propiedad.

LOSA: Estructura plana horizontal de hormigón reforzado que separa un nivel de la edificación de otro o que puede servir de cubierta. Llamada por el común de la gente, plancha.

LUZ: Distancia que separa dos columnas o muros. Se mide de centro a centro de los apoyos.

MACIZA : De un solo material, homogénea, que funciona como un todo.

MONOLÍTICA: De una sola pieza.

MPa: Mega Pascal igual a 10 Kilogramos fuerza / cm2 ;  1 MPa = 10Kgf / cm2.

PARAPETO: Muro en ladrillo que sobrepasa la altura del techo de una vivienda o sirve de pasamanos en una losa de terraza.

RIOSTRA: Diagonal que se coloca en los techos para estabilizar y rigidizar su estructura.

TERRAZA: Losa que sirve de cubierta a una vivienda.


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