Columnas de concreto: Cálculo, Tipos, Diseño

Las columnas de concreto armado son elementos útiles en la construcción de una casa, cuya función principal consiste en transmitir las cargas de trabajo hacia la cimentación.

Estos elementos trabajan en flexión y compresión para brindar soporte a la vivienda. Las columnas pueden ser largas, intermedias o postes cortos. Cumplen la función de soporte de las estructuras superiores de la casa, a la vez que sirven de apoyo a las vigas cargadas, así como también pueden servir de  amarre para las paredes.

Se calculan en base al reglamento estructural que rige para la zona en construcción y normativa de diseño de cada país.

¿Qué son las columnas de concreto armado?

La columnas de concreto armado son elementos verticales con funciones estéticas/decorativas o con fines estructurales para diferentes obras de construcción.

Existen una gran variedad de materiales con los cuales se pueden construir las columnas, se construyen en acero, madera, piedras, concreto, mixtas, etc. En este apartado trataremos acerca de las columnas construidas de concreto, es decir de la mezcla del cemento con el agua y agregados varios.

Podemos encontrar una gran variedad de columnas, tales como las columnas áticas, corintia, dórica, ojival, jónica, entre otras.

Tipos de columnas de concreto armado para una casa

La clasificación de columnas, puede responder a diversas categorizaciones. En base a su forma o a la manera como ha sido dispuesto el refuerzo, podemos encontrar la siguiente clasificación:

• Columnas Rectangulares

• Las columnas Cuadradas

• Columnas Circulares

Columnas cuadradas de hormigón armado

Son de sección simétrica, que pueden oscilar entre los 30 y 50 centímetros (sin limitarse a otras dimensiones). Pueden ser elegidas para dar soporte en las zonas exteriores de la casa, especialmente en el área de estacionamiento, terrazas, portales, etc. 

La estructura de una columna cuadrada está expuesta a la visual del observador, en la mayoría de los casos.

Las columnas rectangulares de concreto

Es el tipo de sección que mayor presencia tiene en la construcción de la vivienda, debido a la estética de sus resultados. Si construimos una pared, cuyo espesor sea de 10 o 15 centímetros, lo normal sería utilizar una sección de columna con el mismo espesor de la pared. 

Las columnas rectangulares quedan integradas a las paredes de la construcción, de manera tal que una vez finalizado el trabajo, éstas pasan inadvertidas al observador.

Las columnas rectangulares en su mayoría desempeñan una función de amarre de paredes, a la vez que transmiten y distribuyen esfuerzos hacia los cimientos.

Columnas circulares

Otro tipo de sección para columnas estructurales son las circulares, pueden servir también para cumplir fines estéticos. Sirven para dar soporte a una construcción, a la vez que pueden ser un complemento al estilo de fachada que proyecta una vivienda. 

Si bien, una columna circular puede desempeñar la misma función que aquellas de sección cuadrada o rectangular, algunos clientes las prefieren por encima de las anteriores.

Columnas decorativas

Su principal función es estética, ya que no deben soportar grandes cargas, incluso pueden ser columnas falsas. Ahora bien, una columna puede desempeñar ambas funciones, ser tanto estructural como decorativa.

Podemos encontrar columnas clasificadas en base al tipo de material utilizado y función que desempeñen en la construcción: 

Tipo de material: columnas de concreto armado, columnas de madera, columnas metálicas

Función que desempeñan: estructural, columnas decorativas de cemento u otro material.

Existen gran variedad de tipos columnas para la construcción de una vivienda, pueden variar en su función como en forma. La diferencia fundamental radica en la función que ésta desempeñe, ya que se relaciona con tipo de soporte va a brindar a la casa.

En ocasiones, son elementos que sólo responden a una necesidad estética (decorativas), sin desempeñar ningún tipo de función estructural para la vivienda.

Plano ejemplo con tipos de columnas

Este es un plano de cimentaciones para la construcción de una casa, en donde podemos observar los distintos tipos de columnas estructurales. Es la información que permite llevar a cabo el cálculo de materiales para columnas.

Los circulos punteados encierran un tipo de columna denominada cimiento tipo «G», en la planta de cimientos de la casa. En esas intersecciones de paredes se indican columnas rectangulares de 10 cm de espesor y ancho de 30 cm en las secciones rectas.

Sin embargo, se observa que las líneas punteadas demarcan una extensión de área mayor. Si observamos el detalle en planta para ese tipo de cimiento, a continuación.

El plano muestra un detalle para el cimiento Tipo G, la construcción de una zapata de 0.70 x 0.70 metros y espesor de 0.25 metros. La zapata lleva una parrilla de 4 piezas de acero # 5, en ambas direcciones.

En la sección del detalle de columna estructural «G», se puede observar que su ancho es de 0.30 metros. Este tipo de columna se ancla a la parte más profunda de los cimientos (zapatas) gracias al acero, algunas formarán una «T» o una «L» al interceptarse paredes.

Estas son columnas de amarre de paredes, las mismas desempeñan una función estructural de soporte en conjunto con las vigas de la casa. 

Una sección en «T» o en «L» son los detalles mostrados, que amplían la comprensión del ejemplo anterior.  En aquellos casos para los cuales las paredes forman una figura de «L», se deben colocar 3 barras de acero corrugado # 4  y estribos # 3, espaciados a 0.30 metros.

En el caso de intersecciones que las paredes formen un «T», se especifican 4 barras de acero corrugado #4 y los estribos espaciados de igual manera.

Este tipo de columnas desaparecen al observador, debido a que su espesor se hace coincidir con el de las paredes. Salvo en el caso que se detalle la necesidad de utilizar una columna más robusta, la cual va a quedar expuesta.

Ejemplo de columnas de concreto armado para paredes

Columnas rectangulares

Paso 1.

Determinar la cantidad de columnas a construir.

Cantidad de columnas en intersección de paredes (esquinas) y las intermedias (columnas de amarre).

Paso 2.

Alturas de columnas. En el ejemplo la altura a considerar desde nivel de suelo a piso es de 0.60 metros y de 2.2 desde nivel de piso a nivel de vigas de amarre.

 

Paso 3.

Calcular las áreas de nuestras columnas, que van en relación con el material de construcción. Para efectos del ejemplo, se consideran paredes con un espesor de 0.15 metros en cimientos y de 0.10 metros de espesor en paredes sobre nivel de piso.

Intermedias

= 0.10 x 0.30 (metros)

= 0.03 m²

Esquinas

= 0.10 x 0.20 (metros)

= 0.02 m²

Paso 4.

Acorde a la normativa, cantidad de refuerzo longitudinal, longitudes y espaciamiento de estribos. La cantidad para utilizar en el ejemplo: 2 barras longitudinales, con una longitud de 0.30 en columnas intermedias y de 0.20 metros en columnas de esquina; con espaciamiento de estribos a cada 0.30 metros. Se suman los cálculos y se divide entre 9 o 12 metros, dependiendo de la longitud comercial de la barra de acero disponible.

Paso 5.

Volumen total de columnas.

Multiplicar área por cantidad por altura, se suman las intermedias con esquinas para determinar el volumen de mortero a utilizar.

Paso 6.

Se calculan las proporciones de cantidad requerido.

Establecer los rendimientos de materiales a utilizar (cemento, arena, agregado grueso, acero) y la proporción de mortero. Multiplicar por la cantidad obtenida.

Paso 7.

Estimación del encofrado.

Solo debemos multiplicar ancho de columna por altura para obtener una cara, el resultado se multiplica por dos y luego por el total de columnas. En el caso del ejemplo se ha colocado la mitad del cálculo, ya que esta madera puede reutilizarse para optimizar nuestro presupuesto.

Consideraciones especiales para columnas de concreto armado

“Vivienda unifamiliar construida con bloques huecos de concreto o arcilla, ventanas, fundaciones de paredes de concreto reforzado, vigas y columnas de amarre de concreto reforzado, losa de concreto sobre suelo, estructura de techo de carriola y vigas de madera o de acero formado en frio, cielo raso suspendido a estructura de techo de metal corrugado o tejas”.

Es recomendable en uniones de pared entre cimiento y el techo, para resistencia al volteo, considerar la construcción de columnas intermedias en paredes largas.

Consideraciones

• Las paredes que sirven de apoyo a carriolas de techo, se requiere apoyo de una columna intermedia cuando la longitud de la pared exceda los 3500 milímetros.
• Paredes que no sirven de apoyo a carriolas de techo, se requiere apoyo intermedio cuando la pared exceda los 2750 milímetros.

 

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Estribos para columnas de concreto armado

Medidas de estribos para columnas

Columnas cuadradas de 30×30

La medida para el estribo será menor a 30 cm, debido al recubrimiento que debe respetarse para cada una de las caras de concreto de la columna.

Recubrimiento 5 cm 

Medida del estribo = 15 +15+15+15 = 60 cm + 2ganchos (5 cm) = 70 cm por cada pieza

Columnas de concreto armado: proceso constructivo

Las columnas de concreto armado se caracterizan por ser de materiales como el acero y el concreto, tienen etapas de construcción bien definidas.

La selección del elemento estructural que cumple la función de columna en una edificación, es un tipo de columna que se diseña principalmente tomando en consideración los siguientes factores:

• Resistencia
• Rigidez
• Estabilidad

Para hacer columnas de concreto se debe llevar a cabo un buen control en la calidad de los materiales y durante el proceso constructivo para obtener buenos resultados.

1- Acero de refuerzo

El diseño estructural determina la cantidad y diámetro del acero requerido para la construcción de las columnas, así como también el espaciamiento de los estribos a lo largo de toda la sección.

2- Estribos para columnas

Con mayor frecuencia se construyen las columnas con estribos, debido al menor costo de construcción que tienen.

3- Encofrado

La correcta colocación de los tableros sirve para soportar la mezcla, deben estar bien alineados horizontal y verticalmente para evitar abombamientos y desalineación durante el vertido de concreto.

La altura de los encofrados para columnas va a variar en relación con la necesidad de cada proyecto. Es importante dejar ventanas de inspección y de vertido, de manera tal que se eviten alturas de vaciados superiores al metro, que puedan causar disgregación de las mezclas.

Los encofrados deben ser lo suficientemente rígidos para evitar roturas o deformaciones de los tableros durante el vaciado de concreto.

Vaciado

Las caras de las formaletas deben humedecerse para preservar la humedad de la mezcla de concreto. A medida que se vierte la mezcla dentro de las formaletas, se deben emplear vibradores que ayuden a remover el aire atrapado.

4- Curado

Es importante humedecer las superficies de concreto vaciadas, para evitar deterioro de la estructura por cambios bruscos de temperatura.

Conclusión

Las columnas que forman parte del sistema estructural de una casa, son diseñadas y se detallan en los planos de cimientos y paredes. Pueden ser construidas en acero (perfiles prefabricados) o un sistema de hormigón y acero reforzado (trabajado en sitio).

Las dimensiones de las columnas que desempeñan una función estructural son variables, el diseño va ligado a la ubicación y propósito que cumplen.

Las columnas estructurales cargan y distribuyen a la cimentación de la casa, todos los esfuerzos que se generan desde arriba.

La columna puede ir cimentada sobre una zapata/pedestal, lo que le permite soportar mayores cargas de trabajo. Por lo tanto, el plano de cimentaciones detallará el tipo de cimientos que será construido para cada caso.

Por ejemplo, una columna de 40cm x 40cm, podría estar soportada bajo la superficie por un pedestal de 50 cm x 50 cm y este a su vez por una superficie más robusta (zapata).

La mayor cantidad de las columnas que se construyen en una vivienda, responden a una necesidad estructural, cuya finalidad es brindar una estructura segura.