Las columnas en construcción son elementos alargados y verticales que tienen la función de sostener y soportar el peso de la estructura. Estos elementos pueden tener diferentes formas y estar compuestas de distintos materiales que cambiarán su función, dependiendo de lo que se requiera construir.
Una columna de hormigón no prismática es un elemento vertical cuya sección o dimensiones cambian a lo largo de su altura, por lo que no mantiene una geometría prismática constante. El hormigón armado permite crear columnas con distintas formas, superficies, texturas y tamaños mediante el uso de encofrados.
Qué es una columna de hormigón armado
Las columnas de hormigón armado, son las estructuras verticales que se encargan de transmitir esfuerzos y cargas de una edificación hacia la tierra, utilizando a las zapatas como estructuras intermediarias de apoyo para dicho evento.
El trabajo estructural de las columnas es parecido al de las piernas de un ser humano, que transmiten todo el peso y carga del cuerpo hacia los pies (zapatas), para poder disiparlos a la superficie en la que uno se encuentre parado.
Las columnas de hormigón armado tienen la característica de ser elementos estructurales esbeltos, que al 80% de su capacidad deben reaccionar ante esfuerzos de compresión puros, sin embargo, se presentan en las mismas momentos de tracción, debido a que las vigas, decrecen en su longitud al desarrollar descensos en su punto neutro (flexión), logrando que las columnas se curven desde la parte central hacia arriba para no desvincularse con la losa.
El hormigón armado es uno de los pilares fundamentales en la construcción moderna. El hormigón se obtiene endureciendo una mezcla de cemento, arena, grava y agua en cantidades bien proporcionadas.
El hormigón armado tiene muy buena resistencia tanto a la tracción como a la compresión. El hormigón, por si mismo, constituye un material que resiste la comprensión, pero no soporta la tracción.
Constituye un sistema de construcción moderno y seguro que dota a las estructuras de hormigón de resistencia a la compresión y a la tracción.
Qué significa que una columna no sea prismática
Las columnas de concreto: Estas columnas en construcción se emplean mucho para formar otras columnas con diferentes formas.
Las columnas circulares: Estas columnas circulares se pueden componer de un sistema de concreto y acero o pueden ser diseñadas completamente con acero.
El hormigón se puede colocar en varias configuraciones de encofrado y se adapta muy bien a la forma, la superficie, la textura y el tamaño deseado en el sitio de construcción. Esto se debe a que el hormigón fresco es fluido y está en estado líquido.
Una columna no prismática puede presentar cambios de sección, ensanchamientos, estrechamientos, transiciones inclinadas o formas curvas. Estas variaciones deben definirse en los planos de estructura y comprobarse mediante el cálculo correspondiente.
La forma de la columna es uno de los factores que caracterizan a estos elementos, junto con su rigidez, su resistencia y estabilidad.
Materiales y composición del hormigón
El hormigón es una mezcla de distintos materiales en la que destacan el cemento, los áridos y el agua. Es por mucho uno de los componentes más comunes utilizados en construcción en todo el mundo.
El hormigón se obtiene endureciendo una mezcla de cemento, arena, grava y agua en cantidades bien proporcionadas.
La creación del hormigón armado se remonta a mediados del Siglo XIX.
Composición aproximada
| Componente | Proporción o función |
|---|---|
| Aglomerante | Cemento hidráulico en un 10 a 15% |
| Agua | Agua en un 15 a 20% |
| Aire | Aire aprisionado en un 1 a 2% |
| Agregado fino | Arena |
| Agregado grueso | Grava o piedra |
| Otros componentes | Otros agregados y aditamentos en porcentaje variable de manera ocasional |
Partamos por la arena, que es el elemento que más influye en las cualidades del hormigón. Las mejores son aquellas lavadas con agua dulce.
Los agregados gruesos le confieren una mayor densidad, los cuales representan entre el 60 y 75% del volumen total.
El tamaño y el tipo de agregado dependen del espesor y del fin para lo que se ha dispuesto el hormigón.
Es muy importante eliminar las impurezas del agua mediante un tratamiento previo al uso, ya que pueden afectar el fraguado y la resistencias del hormigón, así como también pueden provocar eflorescencia, corrosión por refuerzo, inestabilidad en el volumen, menor durabilidad y manchas.
Resistencia de una columna de hormigón no prismática
El hormigón es muy resistente a la compresión y puede durar más de 100 años con el cuidado adecuado.
Al fraguarse, se endurece y adquiere resistencia.
La resistencia de una columna no depende únicamente de sus dimensiones exteriores o de que tenga una sección más grande. También depende de la calidad del hormigón, la cantidad y disposición de las barras, los estribos, el recubrimiento, la esbeltez, las cargas, las uniones con vigas y cimentaciones y las condiciones ambientales.
En consideración a diversos factores es que se fabrica una gran variedad de hormigones.
Clasificación según la presencia de armaduras
Aquí se presentan tres tipos principales. El hormigón simple, es decir, sin armaduras; el armado, lo que equivale a la presencia de armaduras; y el precomprimido, en el cual se utiliza una armadura principal (tensada) y una armadura secundaria.
El hormigón armado se utiliza en estructuras que necesitan de una alta resistencia a la tracción.
El refuerzo de acero imparte ductilidad a las estructuras de hormigón armado.
La ductilidad permite indicar signos de deterioro, como agrietamiento y deflexión si una parte del hormigón reforzado experimenta una sobrecarga.
Clasificación según la densidad aparente
| Tipo de hormigón | Densidad o característica |
|---|---|
| Hormigón liviano o ligero | Densidad entre 300 y 1.800 kg/m3 |
| Hormigón corriente | Densidad entre 2.000 y 2.800 kg/m3 |
| Hormigón pesado | Densidad entre 3.000 y 4.500 kg/m3 |
El hormigón corriente tiene una resistencia a la compresión superior a los 700 kg/cm3.
El hormigón pesado tiene una resistencia a la compresión similar a la del hormigón corriente y su densidad, entre 3.000 y 4.500 kg/m3.
Hormigones con tecnologías y materiales especiales
Esta clasificación tiene en cuenta los métodos a través de los cuales se instala el hormigón, por ejemplo, hormigón proyectado, de grava inyectada y compactado con rodillo, solo por nombrar unos pocos.
En esta categoría está el hormigón al que se le añaden materiales específicos en función de los resultados que se quieren obtener.
Podemos nombrar unos pocos, tales como, el hormigón con fibras de acero, las cuales le otorgan mayor durabilidad, resistencia a los impactos o a la flexotracción y reducción de deformaciones; con polímeros como aramida, nylon, polipropileno, polietileno o poliéster, los que lo dotan de mayor resistencia a los impactos y un buen comportamiento en caso de fuego; y con fibra de vidrio, que suele ser muy resistente a la tracción y de elasticidad aceptable.
Dimensiones y geometría
Las columnas en construcción se pueden clasificar en diferentes tipos, esto con base a diferentes aspectos que las componen, así como la clase de material con las que están fabricadas.
Las columnas en construcción se pueden componer de elementos resistentes, que a menudo emplean otros materiales como perfiles estructurales de acero o varillas corrugadas.
La dimensión de una columna no prismática cambia según la altura o según el tramo definido en el diseño. Por esta razón, no existe una medida universal que pueda aplicarse a todas las columnas de este tipo.
Los pilares deberán ubicarse según los planos de estructura. En los planos debe aparecer la toda la información necesaria, medidas y cantidad de hierro a utilizar.
De esta manera, la distancia entre columnas no debe ser mayor a 6 metros ni menor a 1.5 metros.
La separación indicada se refiere a la distancia entre columnas en las condiciones descritas y no sustituye el cálculo estructural ni la revisión del sistema completo de vigas, losas y cimentación.
Aspectos que deben definirse en el diseño
- La forma de la sección.
- Las dimensiones de cada tramo.
- La transición entre secciones.
- La altura libre y la esbeltez.
- La posición de las barras longitudinales.
- La separación y el diámetro de los estribos.
- El recubrimiento de la armadura.
- La unión con vigas, losas y cimentación.
- Las cargas verticales y los momentos de flexión.
- Las condiciones ambientales y de exposición.
Cómo se construye una columna de hormigón no prismática
A continuación te indicamos todos los pasos para como construir una columna de concreto armado.
1. Lectura de los planos de estructura
Los pilares deberán ubicarse según los planos de estructura. En los planos debe aparecer la toda la información necesaria, medidas y cantidad de hierro a utilizar.
Primero miraremos los planos para ver la cantidad de hierro necesaria.
En una columna no prismática, los planos deben mostrar también los cambios de sección, las alturas de transición y la configuración del encofrado.
2. Armado del encofrado
Lo primero a realizar es el encofrado del pilar.
Este se arma con tableros verticales y marcos hechos de media tabla.
El primer marco se coloca en la base del pilar y el segundo a unos 30 cm.
Los siguientes marcos se irán colocando a 40 cm de distancia.
Cuando se llega a la altura de la viga, se hace un corte lateral para poner una tabla que hará de fondo de la misma.
En una columna no prismática, los tableros y marcos deben ajustarse a cada cambio de geometría para evitar desplazamientos, fugas de lechada o deformaciones durante el vertido.
En la base del encofrado se debe dejar un hueco que nos facilitará al limpiar el interior antes del llenado, claro que antes de poner el hormigón debemos tapar el hueco.
Finalmente se deben colocar escuadras de madera y asegurarlas al suelo, se colocan en dos direcciones para asegurar así la verticalidad del pilar.
3. Colocación de la armadura
Primero miraremos los planos para ver la cantidad de hierro necesaria.
Normalmente se utilizan 4 hierros del mismo diámetro, y éste variará dependiendo del peso que va a soportar.
Estos hierros van sujetados por los estribos, que son hierros de 6 mm y se colocan en general cada 25 cm.
Las dimensiones y separaciones anteriores deben entenderse como una referencia del procedimiento descrito, porque el diámetro, el número de barras y la separación de estribos deben quedar definidos por los planos y el cálculo de cada columna.
La armadura de los pilares debe ir atada al cimiento, para esto previamente debimos dejar los bigotes saliendo de la cimentación, ya sean patines o dados.
Estos hierros salientes debemos doblarlos en forma de gancho o L para que queden bien trabados con la nueva armadura.
En los cambios de sección, la armadura debe mantener continuidad y quedar correctamente confinada, de acuerdo con los detalles estructurales.
4. Recubrimiento y posición del acero
El siguiente paso será el vertido del hormigón.
Previamente verificaremos que la armadura respete la distancia de 2 cm al encofrado, ya que de lo contrario el hierro quedará en contacto con el exterior y eso provocará su humedecimiento y oxidación.
La impermeabilidad es sumamente importante en el hormigón armado, ya que el recubrimiento de la estructura debe prevenir la oxidación.
Para incrementar la impermeabilidad debe haber una baja relación de agua/cemento y una dosificación y compactación apropiadas.
5. Mezcla, vertido y compactación
La mezcla para el hormigón en general es de 3 partes de pedregullo, 2 partes de arena fina y 1 parte de cemento.
Una proporción de mezcla no sustituye la dosificación de proyecto, porque el hormigón debe fabricarse para cumplir exigencias muy específicas.
Dependiendo de las condiciones climáticas o el tiempo que tenemos se pueden agregar aditivos a la mezcla para que endurezca más rápido o sea más fuerte.
A simple vista, cualquier persona puede fabricar hormigón. Por supuesto que sí puede, es cosa de mezclar áridos, agua y cemento y el resultado será hormigón, con la salvedad de que las características de esta mezcla son impredecibles y que, de seguro, no van a servir para el propósito con el que se fabricó.
En realidad, este material se fabrica para cumplir exigencias muy específicas, por lo que se tienen que estudiar los componentes con el fin de que el resultado se ajuste a los requisitos solicitados.
La docilidad, también llamada trabajabilidad, consiste en que pueda ser transportado y colocado sin que sus componentes se separen y que se pueda compactar de la manera adecuada.
Requisitos de una columna segura
Resistencia
Al fraguarse, este debería poder soportar la acción de las cargas.
La resistencia a la compresión y la resistencia a la tracción deben analizarse conjuntamente, especialmente cuando la columna recibe flexión, excentricidades o acciones horizontales.
Durabilidad
Debe ser capaz de permanecer inalterado en el tiempo, soportar la humedad, la corrosión, ambientes agresivos, heladas y una innumerable cantidad de condiciones.
Las estructuras de hormigón armado son duraderas si se diseñan y colocan correctamente.
El material no se ve afectado por el clima como la lluvia y la nieve, y puede durar muchos años.
Debido a la baja permeabilidad, el hormigón armado puede resistir químicos disueltos en agua como sulfatos, cloruros y dióxido de carbono, que pueden causar corrosión en el concreto, sin un deterioro grave.
Control de la humedad y la corrosión
Esto es válido para todas las situaciones de extrema humedad como sería el caso de estructuras sumergidas bajo el agua y en ambientes agresivos.
Problemas como la humedad, hace que el hormigón armado sea muy complicado de reciclar.
No se recomienda su uso en lugares excesivamente húmedos como acuíferos.
Estas afirmaciones se refieren a condiciones de exposición especialmente exigentes; la selección del sistema debe realizarse según el ambiente, la impermeabilidad, el recubrimiento y la protección previstos en el diseño.
Estabilidad y ductilidad
Otra característica que se puede destacar de las columnas en construcción es su forma, pues generalmente esta es de fisonomía, alargada y esbelta.
Sin embargo, hay otros factores que caracterizan a las columnas, por ejemplo su rigidez, su resistencia y estabilidad.
El acero utilizado en el refuerzo del hormigón actúa como una especie de «esqueleto» que refuerza las zonas que experimentan tensiones, mientras que el hormigón resiste las fuerzas de compresión que ocurren durante un sismo.
Además, tiene una alta ductilidad y capacidad de disipar la energía sísmica, gracias a la interacción entre el hormigón y el acero.
Comportamiento frente al fuego
La naturaleza del hormigón no permite que se incendie ni se queme.
Puede soportar el calor de 2 a 6 horas, lo que otorga tiempo suficiente para las operaciones de rescate en caso de incendio.
Los edificios de hormigón armado son más resistentes al fuego que otros materiales de construcción de uso común como el acero y la madera.
Ventajas de las columnas de hormigón no prismáticas
- El hormigón tiene propiedades plásticas.
- Ofrece larga duración.
- Al fabricarlo no se calienta.
- Soporta temperaturas de hasta 400°C y radiación nuclear.
- Tiene una dilatación parecida al acero, lo que lo hace muy buen compañero de este.
- Proporciona buena adherencia y protección contra la corrosión.
- Al fraguarse, se endurece y adquiere resistencia.
- Permite variedad de relieves y colores y permite el uso de distintas técnicas de construcción, corrección y adaptación.
- Los componentes del hormigón están ampliamente disponibles en todo el mundo y, del mismo modo, el coste de producción es muy bajo.
- Debido a la naturaleza duradera del hormigón armado, su coste de mantenimiento también es asequible.
- Las estructuras de hormigón reducen los costos operativos relacionados con el consumo de energía operativa gracias a su durabilidad, resiliencia y bajo mantenimiento.
- El hormigón se puede colocar en varias configuraciones de encofrado y se adapta muy bien a la forma, la superficie, la textura y el tamaño deseado en el sitio de construcción.
- Entre sus ventajas, podemos destacar su estética, versatilidad, facilidad de transporte y construcción y seguridad frente a incendios.
La geometría no prismática amplía las posibilidades formales del hormigón fresco, ya que el material puede adaptarse al encofrado y producir cambios de sección que serían más complejos con elementos de geometría constante.
Desventajas y limitaciones
Baja resistencia a la tracción
Aunque se diseña para resistir esfuerzos de compresión, como ocurre con losas, pavimentos y vigas, este material es capaz de soportar tales esfuerzos, ya que su resistencia a tracción varía entre 1/6 y 1/10 de su resistencia a compresión.
Esto quiere decir que si se exceden su capacidad de tracción por cargas o retracciones, este presentará grietas.
Para evitar esta situación, las estructuras sometidas a tracción van reforzadas con mallas o barras de acero que serían las que reciban los esfuerzos de tracción (hormigón armado).
Cambios de volumen
El hormigón se dilata y se contrae de acuerdo con los cambios de temperatura o de humedad.
Estos movimientos de dilatación y retracción producen esfuerzos considerables, especialmente la tracción, por lo que se utilizan juntas de dilatación o de contracción para que no se produzcan fallas.
Impermeabilidad y exposición ambiental
La impermeabilidad es una característica sumamente importante en el hormigón armado, ya que el recubrimiento de la estructura debe prevenir la oxidación.
Una ejecución deficiente puede facilitar la entrada de humedad y agentes agresivos hasta la armadura, con pérdida de durabilidad y posible corrosión del acero.
Complejidad del cálculo y de la ejecución
Aunque el levantamiento de estas estructuras sea fácil, calcular exactamente el diseño de las estructuras de hormigón armado no es fácil.
Una columna no prismática exige prestar especial atención a las discontinuidades geométricas, a la transmisión de cargas, a la colocación de armaduras y al comportamiento de las zonas donde cambia la sección.
En conclusión, el tema de este material no se limita a lo que hemos visto en esta nota, da para muchísimo más.
Es un mundo amplio y variado que se debe estudiar con detenimiento porque de este depende el éxito o el fracaso de una construcción y, por lo tanto, debe ser manejado por profesionales absolutamente calificados.
Ejemplos de uso del hormigón armado
Gracias a sus cualidades técnicas, el hormigón reforzado tiene muchas aplicaciones en construcción.
Todo edificio se compone de vigas, columnas, paredes, pisos y techos.
El hormigón armado es ideal para la construcción de pisos, losas de techo, columnas y vigas en estructuras residenciales y comerciales.
Los suelos de rejilla de hormigón armado que comprenden vigas y losas se utilizan para cubrir grandes áreas.
Es un material rentable, duradero, ignífugo y confiable, lo que lo hace idóneo para su aplicación en edificios.
De hecho, el hormigón armado se utiliza en la construcción de casi todos los tipos de cimentaciones.
Puentes y estructuras de contención
La tendencia actual es adoptar hormigón armado para puentes pequeños, medianos y grandes, lo que resulta en estructuras estéticamente superiores y económicas en comparación con los puentes de acero.
En la construcción de puentes, el hormigón reforzado ofrece una combinación de fuerza y flexibilidad que es ideal para soportar cargas dinámicas como el tráfico vehicular.
El uso típico de hormigón armado en estructuras de contención incluye estribos para puentes y muros de contención para terraplenes de tierra.
Carreteras, fábricas y plantas industriales
El hormigón armado se utiliza en la construcción de carreteras que están diseñadas para transportar tráfico pesado.
El hormigón armado se emplea en plantas industriales y fábricas debido a su resistencia a la compresión y capacidad para soportar grandes pesos, como maquinaria pesada.
Elementos prefabricados
El hormigón prefabricado es la línea de desarrollo del hormigón armado cuya aplicación ha aumentado considerablemente en los últimos años.
El hormigón prefabricado se utiliza para construir diferentes tipos de estructuras y varios elementos estructurales y porciones de estructuras.
Se obtienen módulos prefabricados que, posteriormente, se ensamblan en el lugar de construcción.
El que se hace en el sitio de construcción tiene una aproximación más cercana a las características propias de la construcción que los módulos prefabricados.
Cómo Encofrar y Plomar Columnas, ¡En Solo 4 Pasos!
Columna de hormigón frente a columna de acero
La elección entre columnas de acero o concreto es una de las decisiones más importantes en cualquier proyecto de construcción.
Mientras el acero se asocia con velocidad y flexibilidad, el concreto (u hormigón) destaca por su solidez, bajo mantenimiento y costo inicial menor.
Pero ¿cuál es realmente mejor?
El acero suele ser más caro por tonelada, ya que requiere procesos industriales complejos y precios que varían según el mercado del metal.
El concreto, por otro lado, es más económico en materiales y muy accesible en la mayoría de los países, especialmente cuando se utiliza hormigón armado con varillas de acero.
Comparación general
| Aspecto | Hormigón armado | Acero estructural |
|---|---|---|
| Resistencia principal | Muy resistente a la compresión | Durabilidad excepcional cuando se protege de la corrosión |
| Durabilidad | Puede durar más de 100 años con el cuidado adecuado | Requiere pintura, galvanizado o recubrimientos especiales |
| Costo | Más económico en materiales y muy accesible en la mayoría de los países | Suele ser más caro por tonelada |
| Mantenimiento | Coste de mantenimiento asequible | Necesita protección frente a la corrosión |
| Forma | Se adapta a varias configuraciones de encofrado | Se asocia con velocidad y flexibilidad |
| Resistencia al fuego | Puede soportar el calor de 2 a 6 horas | Los edificios de hormigón armado son más resistentes al fuego que el acero |
En relación a qué tipo de columnas en construcción son las más resistentes, se deben destacar las columnas de acero reforzado, ya que estas son versátiles, fuertes y resistentes.
En ingeniería estructural, las columnas se clasifican principalmente por su material y función.
Hormigón (concreto):El hormigón es muy resistente a la compresión y puede durar más de 100 años con el cuidado adecuado.
Acero estructural:El acero tiene una durabilidad excepcional cuando se protege de la corrosión mediante pintura, galvanizado o recubrimientos especiales.
En resumen, tanto las columnas de acero como las de concreto son pilares del mundo de la construcción.
Seguridad durante el diseño y la construcción
El hormigón armado es perfecto en regiones azotadas por muchos terremotos.
Los terremotos generan fuerzas dinámicas que provocan movimientos horizontales y verticales en las estructuras.
El acero utilizado en el refuerzo del hormigón actúa como una especie de «esqueleto» que refuerza las zonas que experimentan tensiones, mientras que el hormigón resiste las fuerzas de compresión que ocurren durante un sismo.
Además, tiene una alta ductilidad y capacidad de disipar la energía sísmica, gracias a la interacción entre el hormigón y el acero.
La seguridad no depende únicamente del material, sino de que la columna sea diseñada, armada, encofrada, vertida, compactada y curada correctamente.
El hormigón armado es un sistema de construcción moderno y seguro, pero el diseño y la ejecución deben ser manejados por profesionales absolutamente calificados.
- Comprobar los planos de estructura antes de ubicar los pilares.
- Verificar las medidas y la cantidad de hierro.
- Asegurar la estabilidad y la verticalidad del encofrado.
- Limpiar el interior antes del llenado.
- Comprobar que la armadura quede separada del encofrado.
- Evitar que el acero quede en contacto con el exterior.
- Utilizar una mezcla cuya dosificación responda a las exigencias del proyecto.
- Transportar y colocar el hormigón sin que sus componentes se separen.
- Compactar la mezcla de manera adecuada.
- Considerar la humedad, la corrosión, los ambientes agresivos y los cambios térmicos.
El hormigón armado es un material rentable, duradero, ignífugo y confiable, lo que lo hace idóneo para su aplicación en edificios.
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