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Trabes y columnas

Los sistemas estructurales van estrechamente relacionados con la historia de la arquitectura, la utilización de nuevos materiales, la búsqueda de construcciones más altas, más esbeltas, con claros más largos, está vinculada con el momento histórico, los ensayos de prueba y error en las construcciones permitieron que se hicieran grandes catedrales, fábricas muy amplias y abiertas, y en la actualidad rascacielos de alturas inimaginables, así como obras de gran envergadura en ingeniería como puentes o túneles.

Aunque hay sistemas que se siguen ocupando hoy en día, tanto en construcciones de adobe, ladrillo, madera y piedra, pues se ha sabido reconocer la riqueza de la arquitectura vernácula y algunas aplicaciones en edificios contemporáneos, la construcción de edificios por medio de marcos rígidos realizados por trabes y columnas ya sea de concreto o acero, nos da mucha flexibilidad en el diseño de espacios en plantas libres.

En esencia seguimos aplicando los mismos sistemas estructurales que se usaron en la antigüedad, pero siempre en la búsqueda de un perfeccionamiento acorde a la época.

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CLASIFICACIÓN Y APLICACIÓN DE SISTEMAS ESTRUCTURALES:

Los sistemas estructurales se pueden clasificar en tres grupos,

  • el primero por medio del uso de apoyos corridos como muros de carga;
  • el segundo grupo, por medio del uso de apoyos aislados como sería el tipo de estructura de marcos rígidos formados por trabes o vigas y columnas o pilares, siempre con el fin de trasladar las cargas vivas y muertas a una cimentación que a su vez es soportada por el suelo, y
  • el tercer grupo sería la combinación de ambos.

La elección del sistema adecuado será regida por un proyecto y programa arquitectónico que nos indicará la amplitud de los claros necesarios para determinado uso.

Generalmente el uso de muros de carga es utilizado cuando la ubicación de los muros se repite en todos los niveles del edificio, sin importar el número de pisos, por ejemplo, en un edificio de departamentos que todos los pisos tienen la misma distribución, se recomienda usar este sistema.

El uso del sistema de trabes y columnas es más utilizado en edificios de planta libre, pues al ser elementos aislados, permiten que cada entrepiso se pueda diseñar de diferente forma, además de que los claros pueden ser muy grandes, como en el caso de un estacionamiento o un edificio industrial donde se requieren claros de hasta 50 metros libres o más.

La combinación de ambos sistemas es muy común también en edificios de uso mixto también, en estos casos es muy importante que el cálculo estructural se realice con mayor cuidado considerando al máximo la seguridad estructural sobre todo en el caso de empujes horizontales provocados por los sismos.

Es importante recalcar que muchos edificios que sufrieron fallas en la Ciudad de México en el terremoto de 2017, tenían estacionamientos hechos a base de trabes y columnas y la parte superior del edificio estaba por medio de muros de carga, y aunque el sismo fue excepcional por su fuerza y cercanía del epicentro, los edificios no estaban preparados para soportar tales movimientos, sufriendo fisuras y fallas, sobre todo en las columnas, ya sea por cortante, flexión o cortante y trabes de los estacionamientos, e incluso en la falla total de la estructura en general que es el colapso del edificio.

Tal defecto o anomalía es llamado “planta baja débil”, que es “un efecto generado por la ausencia de muros en la planta baja en relación con los pisos superiores, lo que provoca que los desplazamientos se concentren en ese punto dañando en exceso y comprometiendo la estabilidad”1. 

1Acerca de la “Planta Baja débil” y otras Patologías, https://www.cmic.org/patologias-estructurales/

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FUNCIÓN ESTRUCTURAL DE LAS TRABES

Las trabes o vigas son elementos horizontales que tienen la función de recibir las cargas de las losas de entrepiso y losas de azotea, en el caso de un diseño de losa unidireccional, –vigueta y bovedilla, losas alveolares, láminas metálicas, entre otras–, las cargas se trasladan hacia los lados del área tributaria hacia las trabes principales y a su vez hacia las columnas que trasladan las fuerzas a la cimentación.

Si la losa es de diseño bidireccional –losa plana, losa reticular–, las cargas se trasladan a unas trabes perimetrales y a su vez a las columnas, y así hasta llegar a la cimentación. Hay algunos sistemas de losas que permiten la omisión de trabes, o en su caso que las trabes sean más separadas entre sí, ahorrando en materiales, mano de obra y tiempo de construcción, como la prelosa o la losa alveolar.

Las trabes pueden ser ubicadas por debajo del nivel del entrepiso o también pueden ser por arriba del nivel, sin afectar su función. Su uso dependerá de cómo queremos que se vea el diseño de la losa por la parte de abajo, generalmente se ponen debajo del nivel de piso terminado para no tener que hacer rellenos en el entrepiso, pero hay ocasiones en que el diseño requiere una losa limpia y lisa en la parte inferior, por lo que se ponen por arriba del nivel, o incluso pueden quedar “ahogadas entre la losa” cambiando la sección, pero aumentando el acero en el armado.

La idea es formar una especie de esqueleto que conecta todos los puntos hacia las columnas y a su vez hacia la cimentación, por lo que la unión o juntas entre las trabes y las columnas es muy importante que esté bien resuelta, porque es el elemento que transfiere las fuerzas y momentos cortantes de las vigas a las columnas.

 

MATERIALES USADOS EN TRABES

Se pueden construir trabes o vigas de madera, de metal, ya sea por medio de armaduras hechas de ángulos o diferentes perfiles de acero, vigas tipo “I”; y de concreto armado.

Las trabes también son elemento a considerar de diseño en interiores, se debe tomar en cuenta su altura para no tener entrepisos muy bajos, para poder dejar el espacio necesario para pasar instalaciones de tamaño considerable como ductos de aire acondicionado, se pueden dejar aparentes para lucir su función estructural, por ejemplo, si son vigas de madera, dan un aspecto de mucha calidez que se puede reforzar con iluminación adecuada.

 

FORMA DE LAS TRABES

El perfil o dimensión de la trabe es definido por el claro que va a cubrir y la carga que se va a soportar, aunque hay algunas reglas geométricas de pre-dimensionamiento, lo ideal es que cada trabe sea diseñada por separado, por lo que puede ser que cada una tenga un armado o una sección diferente para poder optimizar el uso del material del que se vaya a construir. Generalmente son de forma rectangular con el peralte más alto que la base.

 

FUNCIÓN ESTRUCTURAL DE LAS COLUMNAS

La columna o pilar recibe las fuerzas de forma vertical por medio de la compresión y de forma horizontal por medio de la tensión, por lo que deberá estar calculada de tal manera que soporte las dos fuerzas sin deformarse, flambearse –flexionarse– o cuartearse. Por ejemplo, si se quieren hacer columnas de piedra, sólo se recomienda en casos que reciban esfuerzos de compresión2.

El uso del concreto armado tan común hoy en día, gracias a su cualidad de soportar los dos esfuerzos, la tensión a través del acero utilizado en el armado de la columna y la compresión por medio de la mezcla de concreto que le da la rigidez y la resistencia necesarios. Los cálculos de cargas indican la carga que cada columna recibe y con base en eso se puede definir el área de acero en cm², así como el número de estribos y su distribución a lo largo de la columna.

 2 Pérez, Vicente. Materiales y procedimientos de construcción, Apoyos aislados y corridos. Ed. Trillas, México 2011. P. 110.

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MATERIALES USADOS EN COLUMNAS

Se pueden construir columnas de diferentes materiales, se pueden hacer de piedra o roca (con alma de concreto armado para mayor resistencia), de madera, de ladrillo, de concreto armado, de vigas de acero, incluso de materiales más ligeros como el bambú.

También se pueden combinar, por ejemplo, hacer una columna de piedra y concreto; o de madera con refuerzos de metal para soportar las tensiones. Y se pueden combinar tanto el material de la trabe como el de la columna, por ejemplo, trabes de acero o metálicas con columnas de concreto, siempre considerando el diseño de ambos elementos y sus uniones y juntas de manera que funcionen de forma correcta.

 

FORMA DE LAS COLUMNAS

Como elemento estructural o constructivo, la forma de las columnas es susceptible de diseñarse no sólo por su función de carga. Vistas en planta, básicamente pueden ser de cualquier forma, ya sea cuadrada o rectangular, circular, triangular, en forma de cruz, como las esbeltas columnas metálicas del Pabellón de Barcelona de Mies Van der Rohe, o incluso huecas. Se pueden decorar de forma escultural o tener acabados de otros materiales como mármoles y granitos. Se pueden dejar aparentes, con la textura natural del concreto y la cimbra, el brillo de la pintura en elementos metálicos.

 

CONCLUSIONES

El uso del sistema de trabes y columnas para la construcción es tan versátil como antiguo, de alguna forma seguimos teniendo la referencia de los templos griegos y sus largas columnas y arquitrabes de mármol del Partenón, que se siguen adaptando a los edificios actuales, reconociendo el conocimiento acumulado a lo largo de la historia de la humanidad.

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