Introducción
Si bien la sección de una columna está en función a las cargas que reciba y al cálculo estructural, hay ciertos aspectos de las columnas demasiado esbeltas, que debemos tomar en cuenta.
En particular las columnas de 20×20 generan ciertos problemas constructivos que no se producen en columnas más robustas, y son estos pequeños problemas los que describiremos en este artículo.
Sobre el pandeo
Sabemos por conceptos de resistencia de materiales que una columna corta resiste mucho más carga que una columna esbelta. Es así que una columna muy corta (de digamos 1 a 2 metros de longitud) de 20×20 puede resistir más o menos 40 toneladas de carga. Pero si vamos extendiendo la longitud de esta columna a tres o cuatro metros, su capacidad de resistir carga disminuye exponencialmente.
Prueba de esto son las gráficas de resistencia Vs longitud que obtuve en un video donde mencionaba el pandeo. El vídeo y enlace es: Cuándo una columna es esbelta o corta.
En esta gráfica se puede apreciar como una columna disminuye su fuerza resistente a compresión desde 450 [KN] para una longitud de columna de hasta 2 [m], hasta 200 KN de resistencia para una columna de 3 [m], y hasta 100 KN para una columna de 4 [m].
Esta caída de resistencias no es tan crítica en columnas más robustas ya que su inercia incrementa fuertemente ante un leve incremento de su sección.
Si bien la sección de la columna estará en función al cálculo estructural, hay situaciones en las cuales se construye empíricamente y se adoptan columnas de 20×20 para casas de dos o tres niveles, y los constructores no se percatan de que incrementando la sección en 5 cm por lado (a columnas de 25×25) incrementan exponencialmente la seguridad de la estructura.
Incluso si la estructura tiene cálculo estructural, hay ciertos factores que escapan a los conocimientos de algunos ingenieros estructuralistas pues los paquetes de cálculo estructural adoptan por defecto un factor de longitud efectiva k = 1, y sin embargo este factor es mayor en la realidad en casas pequeñas sin arriostre lateral y muchos ingenieros estructuristas no toman en cuenta este aspecto. Un factor k mayor a uno incrementa el riesgo de pandeo de una columna y en los cálculos estructurales este efecto muchas veces no está tomado en cuenta. Cabe recalcar que este Factor k es mucho más alto en Plantas donde no existen muros de corte que resistan el empuje laterial.
Situaciones de col de 4m
Cuando se realiza la construcción de las columnas justo en la conexión con las zapatas hasta la primera losa, la mayoría de las veces se colocan vigas de arriostre a nivel de planta baja para disminuir la longitud de la columna. Esto ayuda a evitar el pandeo de la columna ya que su longitud de pandeo se divide entre dos partes.
Sin embargo hay situaciones en las cuales estas vigas de arriostre no están construidas en ambas direcciones o simplemente no se construyen. Y si se construyen, tienen una construcción deficiente.
Si las vigas de arriostre para disminuir la longitud de la columna están construidas solo en una dirección, la dirección perpendicular aún es susceptible a sufrir pandeo
Existen otras situaciones donde se deja hacer o de espera para la construcción de vigas de arriostre posteriormente. Y al construir estas vigas de arriostre empalmadas al acero de espera, el empalme está mal realizado pues se dan algunas (o todas) las siguientes situaciones:
- no cuenta con la cantidad suficiente de estribos en el empalme
- el recubrimiento de concreto alrededor del acero no es suficiente
- la longitud de Empalme de las barras de espera no es suficientemente larga
En todas estas situaciones es recomendable despreciar el arriostre que disminuye la longitud de desarrollo y considerar la longitud completa desde la zapata hasta la primera losa. Obviamente en situaciones así es difícil que la columna de 20×20 siga siendo la columna de diseño y se deba optar por una más gruesa
Cuando se empotran puertas a los costados
En algunos países de latinoamérica es común que las puertas y ventanas se empotren hacia el tabique o hacia las columnetas de los extremos de cada paño de muro calando estos últimos en ciertos sectores (arriba, al centro y abajo) y agregando elementos de trabe en los marcos de las puertas y ventanas en los sectores equivalentes del marco. Luego el empotrado de los Marcos se realiza con yeso o cemento hacia el muro o columneta.
Esta es una práctica muy destructiva, que en construcciones más modernas y con mayor supervisión ya no se realizan. Sin embargo muchas veces cuando un ingeniero estructural realiza un cálculo estructural, luego no forma parte de la supervisión de su diseño. Al contar la obra con poca o ninguna supervisión, o al estar la construcción en una zona donde se acostumbre esta práctica constructiva destructiva al empotrar los marcos, entonces se realizarán calados si es que la columna tiene posición al lado de una columna.
Si bien el calado lo realizará el obrero sin importar la sección de la columna, es mucho más probable que la reducción porcentual de la sección de la columna sea más crítica en una columna de 20×20 que en una columna más grande. En consecuencia el daño porcentual en una columna más pequeña será mayor.
Sobre el vaciado de esas columnas
Cuando se prepara el vaciado de las columnas, por lo general los cajones de encofrado suelen prepararse para el vaciado de la columna de una sola vez de piso a techo. Esta altura de encofrado es sobrepasada por los encofrados en varios centímetros más. Si por ejemplo se quiere vaciar una columna de 20×20 de sección y 2.2m de altura, la altura del encofrado suele ser de 2.60m o hasta 3m, dependiendo de la madera que exista en obra.
En consecuencia, la altura que debe caer la mezcla desde la cima hasta la base es muy alta, y en el caso de columnas de 20×20, el recorrido es muy angosto. En este recorrido angosto la mezcla choca contra las barras transversales (estribos) segregandose la mezcla, llegando primero la pasta fina y luego el agregado grueso. O en ciertas circunstancias, la pasta o mortero se acumula en un lado y la grava en el extremo opuesto.
Este fenómeno no se da solamente en columnas angostas, sino en todas las secciones si no se usa una manga de vaciado. Sin embargo el fenómeno de cangrejeras o coqueras que se forman en una columna angosta (20×20) proporcionalmente disminuyen mucha mas sección que en una columna de sección más grande (igual que en el subtítulo anterior).
Consejos
Todos los puntos arriba mencionados naturalmente pueden evitarse. Si se toman los recaudos pertinentes, una columna 20×20 puede ser completamente funcional.
Para lograr construir una columna de 20×20 cm2 adecuadamente se debe:
- Tomar en cuenta en el cálculo estructural la longitud efectiva adecuada de la columna con un factor de longitud efectiva “k” real.
- Al momento de construir los arriostres de las columnas entre zapata y primera losa, asegurarse de que los arriostres restrinjan el desplazamiento en ambas direcciones de pandeo.
- En vez de picar y dañar las columnas para el empotramiento de marcos de puertas y ventanas, asegurar los últimos con tarugos y tiraforndos hacia las columnas, de tal forma que el daño hacia la columna sea mínimo.
- Al momento de vertir el hormigón dentro del encofrado de la columna, vaciar el concreto con una manga que llegue por lo menos hasta la mita de la columna por dentro del encofrado. Esta manga puede fabricarse con calamina plana o con lona.
En general recomiendo utilizar este tipo de columnas en zonas de poca carga, para estructuras de un máximo de 2 niveles o para el último nivel de estructuras de más de dos niveles. Obviamente esta recomendación está fuera de lugar en zonas de alto riesgos sísmico, donde la dimensión mínima de la seccón de una columna es de 30×30 [cm2]
Notas finales
No confundamos la funcionalidad de estas columnas de 20×20 cm2, con las columnetas o castillos de la mampostería confianada, cuya función es la de servir como bastidor del muro que es el que recibe toda la carga. En el caso de columnas aisladas, son éstas solas las que reciben toda la carga de pisos superiores y es por eso que se las debe cuidar íntegramente. Las columnetas o castillos de la mampostería confinada no tienen una función tan directa de resistencia de carga vertical sino masbien de confinamiento, y su cuidado es un poco menos importante que en el de columnas de carga.
Video
Tengo un vídeo con una explicación similar, aunque fue publicado hace años atrás. Si te interesa verlo, sigue el enlace:
autor: Marcelo Pardo
