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La magia de los prefabricados
La construcción de una estructura es un proceso que puede hacerse de muchas formas. Personalmente prefiero reunirlas todas y agruparlas en 2 grandes categorías que me parecen las mas importantes (al menos para este post)
- O construyes armando los elementos que componen la estructura uno a uno como si trabajaras con plastilina.
- O construyes teniendo las piezas listas y uniéndolas como si se tratara de un juego de LEGO.
Sin pensarlo mucho, parece que el segundo método es mucho mejor, no debes crear ninguna pieza, solo debes unirlas y ya. Este encanto que solo se podía ver en un Armatodo (LEGO en la actalidad) es traido al mundo de la construcción (principalmente en concreto), gracias a los elementos prefabricados
Como su nombre lo indica, los prefabricados son todos aquellos elementos que se crean en platas y fabricas especializadas y se ofrecen a los contructores listas para instalarce en la obra. Muchas veces son el mismo personal de la empresa los encargados de hacer la instalación según el nivel de complejidad que tenga eeste procedimiento.
Algunos elementos prefabricados que se pueden encontrar en la industria son:
- Bloques: Estos elementos son ideales para la construcción de muros, entre estos se encuentran los bloques de hormigón y los de ladrillo hueco.
fuente: Kreato - Paneles: Estos elementos prefabricados se caracterizan porque la relación entre su superficie y su espesor es considerable. Alunos elementos que cabrian en esta categoría son las losas prefabricadas y los muros de contención prefabricados.
fuente: alibaba.com - Elementos lineares: Son todos aquellos elementos prismáticos esbeltos, donde su área transversal es muy pequeña en relación a su longitud. Una viga o columna podrían ser buenos ejemplos.
fuente: archiexpo.com
Si bien lo mágico de estos elementos es que ya están listos para poder usarlos. La realidad es que no siempre podemos encontrar elementos que se acoplen idealmente a los requerimientos de nuestra estructura, y en caso de encontrarlos, su costo podrá ser considerablemente alto.
¿¿Y sobre que nos paramos?? – Las losas
Hace mucho tiempo, hable de la importancia de algunos elementos estructurales como son las vigas, las columnas y las cimentaciones. En este momento, hablare de otro elemento trascendental que será una pieza más en la construcción de una estructura óptima. Este elemento son las losas o placas
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| Obreros fundiendo losa en concreto fuente: DRO 390 |
Para entender la importancia de estas losas, simplemente pensemos que pasaría si una estructura no tuviera losas. Si un edificio no tuviera losas, tendríamos que acomodar todo sobre las vigas, y caminar sobre ellas en todo momento, lo cual es imposible. Si un puente no tuviera un tablero, sería totalmente inservible, porque no existe un carro en el mundo que pueda transitar sobre una viga que compone un puente.
Si después de la anterior explicación, aun tienes dudas de lo que es una losa, simplemente es el piso que hay en tu casa, en un corredor, en la tienda, en un salón de clase, etc. Ahora es el momento de preguntarnos lo que siempre nos preguntamos: ¿Cómo se construye?
Para empezar, no importa si se trata de una edificación en concreto o una edificación metálica, las losas siempre, y repito, siempre, estarán elaboradas en concreto, y en el interior de esta losa, veremos la presencia de la maya electro soldada, que simplemente son un conjunto de barras de acero que se sueldan de forma que parezca una maya. Su espesor suele ser alrededor de 50 cm si se trata de una losa de cimentación (aquella que tiene contacto directo con el suelo), y para las losas de niveles superiores, su espesor será aproximadamente de 10 cm (depende de si es maciza o aligerada). En el caso de los tableros de puentes, el espesor de este será alrededor de 15 cm o mas según el tipo de puente.
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| Malla electro soldada fuente: Arqhys |
En términos estructurales, la presencia de estas losas ayuda a transmitir toda la carga que reciban (de personas, de muebles, maquinas, etc.) hacia las vigas, y estas trasmitirán la carga a las columnas y finalmente la carga llegara a las cimentaciones, las cuales transmitirán la carga total de la estructura al suelo y paremos ahí.
Con este post, ya habríamos terminado de hablar de los principales elementos estructurales que componen una edificación, aunque aplican también para otros tipos de estructura. Pero aún nos falta unas cuantas cosas que ver, después de todo, ¿no se supone que nuestra casa tiene 4 paredes?
como se construyen las cimentaciones??
Ya había mencionado en una entrada que son las cimentaciones (si no la viste, click aquí), sin embargo, creo que es necesario mostrar como se construyen las cimentaciones que, por lo general NO VEMOS en una estructura terminada, por lo cual les traigo algunos vídeos que ilustran el proceso de construcción de zapatas y pilotes.
En este primer video se explica la metodología para la fabricación de pilotes in situ
En este primer video se explica la metodología para la fabricación de pilotes in situ
En este segundo video, podremos observar como se fabrican las zapatas y vigas de cimentación para una casa vecinal.
Las Vigas: los brazos que soportan
En entradas anteriores hemos hablado de las partes de una edificación de la siguiente forma:
- Los pies con los que se soportan son las cimentaciones (si no la has leído, click aquí)
- Las piernas que la erigen al cielo, son las columnas (si no la has leído, click aquí)
Ahora nos vamos a enfocar en lo que podría considerare, son los brazos de las edificaciones, y estos, por supuesto, son las vigas.
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| Viga en acero estructural; fuente: Arqhys |
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| Viga en concreto unida a columna; fuente: Arqhys |
En un principio, como vemos en las imágenes, las columnas y las vigas son prácticamente iguales, suelen ser rectangulares si son en concreto reforzado, o suelen ser perfiles de acero similares a los implementados en las columnas si hablamos claro, de una estructura en acero, no obstante, son elementos muy diferentes. Las diferencias existentes entre las vigas y las columnas son las siguientes:
- Dimensiones: Las vigas, ya sean en acero o en concreto reforzado, suelen poseer un área transversal menor en comparación a que poseen las columnas.
- Esfuerzo: mientras que las columnas soportan mayormente cargas a compresión, las vigas están sometidas a esfuerzos de flexión y cortante, por lo que el papel del acero en estos elementos es crucial para evitar su falla.
Una viga sometida a flexion falla como se muestra en la figura; fuente: http://estructuras-de-concreto.blogspot.com - Uso: Las vigas son esenciales para sostener las plantas de la edificación, y pos supuesto, para sostener todo lo que se ubique sobre las mismas (muebles, maquinas, personas, etc.). Las cargas que reciben de la planta al final son transmitidas a las columnas para que hagan su trabajo.
Existen dos tipos de vigas que soportan una planta de piso:
- Vigas principales: son las que reciben las principales cargas y las que se encargan de trasmitirla a las columnas (por supuesto, las vigas están unidas a las columnas).
- Viguetas: Son vigas de menor tamaño y menor refuerzo que las principales, estas se ubican entre las vigas principales y su principal labor es transmitir los esfuerzos que soportan a las vigas principales para que puedan realizar el trabajo ya mencionado.
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| Plano tipo de una planta, donde se observan las Vigas (V-1, V-2, etc.) y las viguetas (VT-1, VT-2, etc.) fuente: construyafacil.org |
Ya tenemos la cimentaciones, las columnas y las vigas, no nos falta mucho para terminar de ver los elementos restantes de comprende una edificación, así que hasta una próxima entrada.
La clave del diseño estructural en concreto: La cuantía
Ya hemos hablado previamente del concreto y del acero como dos entidades aparte que poseen propiedades muy interesantes, y que al unirse, nos permite tener acceso a un material que no solo es altamente flexible en cuanto a su manejo y modelado, sino que ademas es altamente resistente, tanto a los esfuerzos de compresión (por el concreto), como a las altas flexiones de puedan verse en las vigas o en las columnas (por el acero). Pero antes de ello, es necesario decidir en que cantidades se deben mezclar ambas cosas para que el resultado sea el deseado.
| ¿Porque no ponerle mas acero a las columnas? fuente: portal del gobierno del estado de Aguascalientes |
Crear una columna de concreto o una viga de concreto es como hacer un postre, no solo se necesita de los ingredientes, los instrumentos y los recipientes para hacerlo, es necesaria la técnica y por supuesto, un recetario que nos indique como prepararlo. En el caso de nuestra columna, los ingredientes son concreto y acero, y al igual que cualquier postre, es necesario mezclar los ingredientes en las proporciones adecuadas, ya que de lo contrario, tendríamos algo que sabría muy horrible, y en el caso de la columna, tendríamos algo que no serviría para nada. Para conocer la cantidad de acero que debe ser incorporada en un determinado elemento de concreto, es necesario conocer la cuantía.
La cuantía es la cantidad de acero que debe usare por cada metro cubico de concreto. las unidades en que se mide son [kg/m3] y esta se obtiene de acuerdo al diseño del elemento estructural en cuestión. a medida que los esfuerzos a cortante y a flexión aumentan sobre un elemento, también aumentara la cantidad de acero que tenga que incorporare, pero si no aplicamos una cuantía indicada en una estructura, tendremos al final un elemento sub reforzado (con muyyy poco refuerzo) que fallara rápidamente por flexión o cortante, o un elemento sobre reforzado (con muuuuucho refuerzo) que fallara rápidamente por compresión, y ambos casos son los menos deseados.
Y viene ahora una pregunta crucial: ¿Como conocer la cuantía de acero a usar?: la respuesta dependerá principalmente del diseñador estructural, el no solo definirá las dimensiones finales de los elementos estructurales, sino que ademas, estudiara las cargas y esfuerzos que llegan a estos elementos y finalmente, aplicando sus conocimientos y los requerimientos estipulados por las normas de construcción existentes, indicara la cuantía a implementar y lo resumida en un plano de despeines, el cual, mostrara que barras de acero deben usarse en cada viga y columna y como deben estar dispuestos.
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| Ejemplo despeine de viga fuente: Biblioteca SENA |
Con un plano de despieces, lo único que falta es leerlo y así saber cuanto acero debe utilizare y como debe disponer para cada elemento al momento de ser construido
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Aprendamos del acero y no seamos tan rígidos
Si en alguna ocasión me preguntaran como debería ser un ingeniero (no importa cual), les diría con total orgullo, que este debe ser como el acero al momento de solucionar cualquier necesidad, es decir, que debemos ser flexibles y resistentes, pero sobre todo, flexibles.
Ahora que he captado tu atención, miremos un poco acerca del acero.
En una entrada anterior indique que el concreto es la plastilina del ingeniero civil, ya que, al ser bien manejada, nos permite darle forma a estructuras poco convencionales, altamente útiles y funcionales, logrando así crear una obra maestra, pero la realidad es que el concreto es deficiente en 2 aspectos fundamentales:
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| Perfiles de acero fuente: Especificar.cl |
Ahora que he captado tu atención, miremos un poco acerca del acero.
En una entrada anterior indique que el concreto es la plastilina del ingeniero civil, ya que, al ser bien manejada, nos permite darle forma a estructuras poco convencionales, altamente útiles y funcionales, logrando así crear una obra maestra, pero la realidad es que el concreto es deficiente en 2 aspectos fundamentales:
- El concreto, al endurecer, es altamente rígido y por tanto, con un leve sismo puede llegar a fallar y derrumbare por completo
- Al manejar concreto como material principal, se pueden generar altos niveles de desperdicio en obra, que por supuesto afectan en gran medida al ambiente.
Por suerte, la presencia del acero en la ingeniería a permitido solucionar estos dos problemas de la siguiente forma:
- El acero es un material altamente flexible, soportando grandes flexiones que el concreto ni siquiera podría soñar, por tanto, al unir el concreto y el acero en un maravilloso matrimonio que dio como resultado el nacimiento del concreto reforzado, tenemos un material que es altamente manejable y resistente a los esfuerzos de compresión (concreto), pero que al mismo tiempo puede soportar grandes flexiones y deformaciones sin el riesgo de que la estructura falle (acero).
- A parte de existir el acero como complemento al concreto para crear el concreto reforzado, también tenemos elementos hechos completamente de acero. estas piezas de acero se les conoce como perfiles y dependiendo del uso y los esfuerzos que estén destinados a resistir, se asignaran perfiles con dimensiones estándar predefinidas para que cumplan esa labor. Aunque es algo costoso construir estructuras completamente en acero, es bastante optimo en cuestión de tiempo y esfuerzo, ya que no se requiere la creación de formalotas para armar un elemento en concreto, esperar a que el concreto endurezca y desarrolle todas sus propiedades (que esto suele ser alrededor de 28 días si no posee aditivos) y no se genera mucho desperdicio, sin embargo, se debe contar con personal aun mas calificado que ayude en los procesos de montaje y union de perfiles, pero esa es otra historia
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| Acero utilizado con el concreto para tener una pila en concreto reforzado Fuente: Civilgeeks |
CONCLUSIÓN
La presencia del acero ha permitido crear estructuras altamente resistentes , independientemente de que se trabaje o no con el concreto, debido a su alta resistencia y flexibilidad, garantizando que, bajo un buen diseño, la estructura sea sismo-resistente, lo cual es crucial sobretodo en areas con una alta amenaza sísmica.
¿PREGUNTA?
¿Que otros beneficios consideras que tiene el acero a parte de los ya mencionados?
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