PRÁCTICO DE EJECUCIÓN DE MAQUETA DE VIGAS, COLUMNAS C OLUMNAS Y BASES Ing. Alberto Alberto Elicabe, Elicabe, Arq. Gabriela Asís Ferri Estructuras II A UNC Facultad de Arquitectura, Urbanismo y Diseño. Córdoba - Argentina
INTRODUCCIÓN El presente trabajo se refiere al desarrollo del trabajo práctico de armado de maquetas de alambre y mortero como analogía de la obra de estructura real. La asignatura tiene inscriptos a 500 alumnos, por lo que las visitas a obra involucran variadas dificultades, desde la posibilidad de acceso de grupos numerosos a la adecuada conducción de los mismos durante el recorrido. El práctico está orientado a alumnos del tercer nivel de la carrera de Arquitectura, los que han tenido un curso previo de las asignaturas Estructuras y Construcciones. Los contenidos abarcan la continuidad estructural, análisis de cargas, modelado de planos, interpretación de resultados, determinación de la armadura necesaria mediante planillas Excel propias y confección de detalles constructivos. El trabajo colaborativo y voluntarioso de docentes permitió abordar esta experiencia, merecen un especial agradecimiento la Ing. Alicia Adler, el Ing. Horacio Altamirano, la Ing. Gabriela Torrisi, la Ing. Dolores Aramburu y la Arq. Laura Bellmann. Bellmann. Y obviamente obviamente los alumnos, por su entusiasmo y predisposición a abordar nuevas experiencias.
OBJETIVOS El desarrollo de esta actividad tiene los l os siguientes objetivos: 1. Que el alumno experimente experimente las dificultades involucradas involucradas en el proceso de armado y desarrolle habilidades para sortearlas de modo técnicamente idóneo. 2. Que explore explore las distintas posibilidades para fundar columnas sobre bases superficiales, aisladas o vinculadas. En especial en el caso de columnas medianeras. 3. Que lleve a la práctica las especificaciones especificaciones contenidas en los planos de armado, comprendiendo cuando éstas pueden resultar inadecuadas o incompletas. 4. Que efectúe el llenado de piezas piezas armadas utilizando mortero cementicio cementicio para experimentar los efectos de una correcta dosificación del mismo, las dificultades ocasionadas por la concentración de armaduras y la necesidad del vibrado. 1
5. Que visualice visualice las diferencias de volumen de las piezas piezas correspondientes correspondientes a superestructura superestructura de las de fundaciones. 6. Que interprete la importancia del cómputo de elementos a los fines de determinar las cantidades de materiales requeridas para su ejecución. 7. Que visualice visualice la rotura de la estructura realizada realizada sometida a carga y elabore elabore conclusiones sobre la misma.
DESARROLLO El trabajo práctico se desarrolló en tres etapas:
Primera etapa: El Profesor Titular de la cátedra ejecutó un modelo similar al que se plantea en el trabajo práctico a los fines de analizar materiales, herramientas y dispositivos necesarios, los tiempos de ejecución, las posibles dificultades en el proceso y consideraciones a tener en cuenta. Luego construyó los dispositivos necesarios, preparó el material para todos los modelos y elaboró un instructivo complementado con imágenes, detallando cada uno de los temas a tener en cuenta:
Materiales Se utiliza alambre galvanizado de 2,11 mm de diámetro (calibre BWG 14), alambre recocido Nº16 de 1,65 mm de diámetro diámetro y para atar alambre alambre negro de Acindar, Acindar, diámetro 0,71 mm. El mortero será de cemento y arena gruesa en proporción volumétrica 1:3. Otros materiales a usar son: cartón de 1 mm de espesor, polyestireno expandido de 3 cm de espesor, pegamento para el mismo, tablillas t ablillas de madera y clavos.
Herramientas y dispositivos Se requieren: alicate para corte diagonal, pinza de punta redonda, pinza de punta plana, un elemento para golpear la mesa generando vibraciones, balde plástico de albañil de 7 ó 9 lts, cuchara de albañil y vaso dosificador graduado de una capacidad no menor a 250 cm3 y con graduaciones cada 10 cm 3. Es necesario contar con trozos de madera de dimensiones mayores que la sección de los elementos a ejecutar, en juegos de tres por cada tipo de sección, perforados con taladro de banco de modo que los orificios queden alineados. La disposición de los orificios será tal que permita introducir en ellos los clavos alrededor de los cuales se doblarán los estribos, debe tenerse en cuenta el diámetro del alambre a utilizar para los mismos y el recubrimiento de mortero previsto para la sección del elemento.
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Proceso de armado del pórtico A partir de los planos se realizan los cómputos necesarios a fin de determinar las cantidades de materiales necesarias, bastará con utilizar alambres Nº14 para las armaduras longitudinales de columnas y vigas y para las principales de bases, en general podrá utilizarse alambre Nº16 para los estribos. Debe prestarse especial cuidado en la determinación de las longitudes, la escala a usar será 1:10. El alambre se proveerá en trozos de 1,20 m que simulan, a escala, barras de 12,00 m. Se lo debe torsionar en frío hasta lograr su enderezado. A tal fin se toma un extremo mediante una pinza de bloqueo mandibular, morsa o llave stilson y el extremo opuesto se aprisiona en el mandril de un taladro (es conveniente doblar el alambre para garantizar que no se suelte). Con unas pocas vueltas se logra el enderezado, tener presente que este proceso fragiliza el alambre, por lo cual debe darse la mínima deformación posible. Se procede luego a cortar las armaduras longitudinales a las longitudes requeridas (no se las debe doblar). Se doblan los estribos, ya sea en forma continua o bien individual, en el primer caso se realizan los cortes a fin de obtener estribos individuales. Prestar atención a los ganchos extremos de los mismos. Se pasan las barras longitudinales por los orificios de una de las maderas, se enhebran los estribos (sueltos) y se pasan los extremos opuestos de las barras por los orificios de la segunda madera. Se regula la distancia de modo de mantener las separaciones necesarias, se comienza a atar los estribos.
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Deben guardar las separaciones especificadas especificadas y atarse en todos t odos los cruces con la armadura longitudinal. Se procurará ir alternando los ganchos. Se recomienda el uso del nudo tipo ocho.
Aprisionar ambos extremos con la
pinza
de
punta
plana
y
retorcerlos.
Recortar el sobrante con el alicate.
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Conformado el elemento se agregan las barras longitudinales que corresponda y se las ata. Dejar como última operación, después de haber ensamblado los distintos elementos, como viga y columnas, el doblado de los extremos e xtremos de la armadura longitudinal. Se deben estribar todos t odos los nudos según dos direcciones perpendiculares. perpendiculares. Los estribos, además de brindar resistencia al esfuerzo de corte e i mpedir el pandeo de las barras comprimidas, cumplen una importante función de confinamiento del hormigón la que es importante cuando la estructura está sometida a acciones dinámicas extremas.
A continuación se procede a encofrar el pórtico, obviamente este paso corresponde a la ejecución de la maqueta y no guarda relación r elación con el proceso constructivo. Se marca sobre el cartón la posición del encofrado respetando el recubrimiento previsto y ajustando las medidas a las de las armaduras. Se pegan al cartón los laterales de polyestireno que tendrán que tener el espesor adecuado al ancho de las columnas y vigas. Luego se recorta una tira de polietileno que permita cubrir el cartón para evitar su 5
contacto con el mortero. Finalmente se coloca el elemento armado y se taponan los extremos libres.
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Finalmente se procede al llenado con mortero de cemento – arena gruesa en proporción 1:3. Se determina la cantidad de mortero necesario, se calcula un 10% más de volumen y se separa esa cantidad de arena en el balde. Se agrega a continuación el cemento cuyo volumen será ⅓ del de la arena. Se procede a mezclar bien en seco. Una vez homogeneizada la mezcla puede comenzar a agregarse el agua de mezclado revolviendo continuamente. No se agrega toda en una sola operación y se llegará hasta el 80% de la misma dando un batido enérgico. El llenado no se efectúa apretando la mezcla sino depositándola y desmenuzándola con la cuchara a fin de que penetre, se logra un llenado adecuado mediante vibración, la que puede realizarse golpeando la mesa de trabajo en las proximidades del encofrado. En la foto se observa que se han mantenido limpias las caras del polyestireno que hace de encofrado, lo cual evidencia que no se intentó enrasar el mortero con la cuchara sino que se lo hizo descender por vibración.
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Fundación De acuerdo a lo indicado por el Profesor Asistente se realizará mediante bases aisladas vinculadas por riostra, por base vinculada para dos columnas de igual o distinta carga, por base para columna medianera unida a la base interior por viga de vinculación, por columna medianera en cantiléver y base desplazada o bien otra disposición. Se muestran modelos en polyestireno expandido de algunos casos.
Base aislada con carga centrada
Bases medianeras vinculadas con tensor
Base medianera desplazada con viga de
Base medianera con viga de vinculación
vinculación
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Se brinda un ejemplo de base vinculada para dos columnas, la carga de una de ellas mayor que la de la otra. Las columnas se vinculan mediante una viga de fundación la que se asienta sobre una zapata. x2
P2
a x1
P1 R = P1 + P2
Peso propio base
2a b
La resultante de la carga de ambas columnas (R = P1 + P2) debe quedar centrada con respecto a la reacción del suelo. Si la presión sobre el suelo es uniforme la resultante debe pasar por el centro de gravedad de la superficie de asiento, así se determina la longitud 2 a de la base (el peso propio de la base está centrado con respecto a la reacción del suelo) El ancho se fija en función de la tensión admisible del suelo.
La reacción del suelo se transmite como carga uniformemente distribuída a la viga de vinculación, la que reacciona sobre las l as columnas. El ancho de la viga debe poder recibir a las columnas dejando 5 cm a cada lado para apoyar el encofrado. Los estribos de esta viga se diseñan de cuatro ramas a fin de que las ramas verticales no resulten muy separadas entre sí. Se ha supuesto que lleva cuatro barras longitudinales en cada cara, ya que es el número mínimo necesario para poder armar con estribos de cuatro ramas. 9
4 barras en cada cara
estribo de 4 ramas
Finalmente se han colocado las barras inferiores de la zapata.
Armadura de la zapata Armadura en espera de la columna
Se deben preveer armaduras en espera de la columna de la maqueta las que luego se empalmarán con las inferiores del pórtico previamente llenado, ya que por las 10
dimensiones con las cuales se trabaja sería dificultoso intentar un llenado vertical de la columna, y para evitarnos el encofrado de viga y columnas que también es difícil de realizar en una maqueta. Sección transversal a llenar:
5,00
6,00
5,00
,
Sup. = 94,50 cm
,
2
,
Para una longitud de 58 cm el volumen resulta: 58 cm · 94,5 cm 2 = 5481 cm3 3
3
3
Es decir decir de de 5, 481 dm , por lo que utilizaremos unos 6,0 dm de arena y 6,0/3 dm = 2,0 3 dm de cemento. Se dejan las piezas un mínimo de una semana y luego se procede a empalmarlas. Se atarán las armaduras correspondiente y se colocará en posición horizontal el conjunto fundación – fundación – pórtico. Para esta operación será necesario apoyar sobre polyestireno al pórti
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Segunda etapa: El equipo docente diseñó los posibles modelos para cada taller, en función de la metodología y los objetivos planteados. Cada modelo plantea una complejidad diferente: vigas con voladizos, bases aisladas con riostras, bases unificadas, bases con viga de vinculación. Se confeccionaron confeccionaron las vistas v istas y detalles de cada uno en Autocad.
Cada profesor asistente desarrolló el material necesario para iniciar la clase en taller: láminas de despiece, material ampliatorio, planos de detalles e instructivos de desarrollo.
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Tercera etapa: trabajo en taller Los alumnos desarrollaron el modelo, uno por taller, tr abajando según las indicaciones del docente. Se distribuyeron en equipos para ejecutar cada uno de los elementos que conforman el pórtico (viga, columnas, fundaciones, encofrado, mezcla, llenado). Luego ensamblaron todos los elementos para el llenado de l as fundaciones.
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CONCLUSIONES: Docentes: Esta actividad, de carácter experimental, permitió desarrollar las habilidades y capacidades capacidades en forma individual y colaborativa y de esta manera afianzar conocimientos y relacionar la base teórica con la práctica. Los alumnos pudieron experimentar las dificultades de un proceso constructivo. Si bien está referido a una maqueta guarda relación con la realidad, y permitió que lograran comprender las etapas propias de la obra. Se realizó un proceso de retroalimentación a fin de pulir los inconvenientes emergentes entre los que figuran el tiempo requerido y la necesidad de incrementar el número de piezas a ejecutar por taller. Las consultas realizadas permitieron comprender las dificultades que experimentan los alumnos con relación a los procesos constructivos. Pone en en evidencia evidencia la importancia importancia de una logística adecuada para para la utilización de de materiales y de recursos humanos. Por ejemplo material disponible para ejecutar los distintos elementos (tacos con clavos, herramientas, etc.), y la planificación de los cortes de los alambres, para los estribos y las barras longitudinales. Respecto al modelo conviene introducir introducir algunas algunas variantes, variantes, por ejemplo, ejemplo, dejar armaduras armaduras en espera en la fundación para el ensamble de la armadura de columna, secuenciado las tareas de un modo realístico. Queda como pregunta si es posible coordinar los contenidos de la materia construcciones, con la tarea que que se realiza en éste práctico, práctico, ya que se implementa una resolución estructural-constructiva.
Alumnos: Solicitamos a los alumnos que expresaran en forma anónima sus conclusiones y determinaran aspectos positivos y negativos de la experiencia. Es interesante transcribir algunos comentarios, como también sus paneles síntesis “Ponemos en práctica muchos conocimientos que en lo teórico se estudia de manera mecánica” “terminamos de entender las armaduras que calculamos y en dónde se colocan” “Cuando lo hicimos nos acordamos de cómo lo estudiamos y seguramente se recuerda más que a un apunte” “me ayudó a entender lo que gráficamente no entendía” “Entendimos como se pasa del cálculo a un plano y cómo de un plano a un pórtico” 14
BIBLIOGRAFÍA: - CABERO ALMENARA, J. “Las TIC y las inteligencias múltiples. Universidad de Sevilla (España-UE) - FERREIRO GRAVI, Ramón. Conferencia. “Una visión de conjunto a una de las alternativas educativas más importantes de los últimos años. El aprendizaje cooperativo.” Revista Electrónica de Investigación Educativa. Redie. México. Vol 9_2. 2007 - ZYGMUNT BAUMAN "Sobre la educación en un mundo líquido".
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