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• Alexis Soler Rincón

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LOSAS, VIGAS Y COLUMNAS 2019

14 NOVIEMBRE UNIVERSIDAD DE PAMPLONA Luis Alexis Soler COD: 1006456401

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ESTRUCTURAS AUTOPORTANTES LOSAS, VIGAS Y COLUMNAS.

Tabla de contenido OBJETIVOS .......................................................................................................................... 1 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 2 MARCO TEORICO ............................................................................................................... 3 DEFINICIÓN ........................................................................................................................ 4 LOSA ................................................................................................................................... 5 VIGAS ................................................................................................................................. 6 COLUMNAS……………………………………………………………………………………………………………………….7 CONCLUSIONES…………………………………………………………………………………………………………………8 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS………………………………………………………………………………………...9

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OBJETIVOS • ESPECÍFICOS: ▪ Identificar las principales características de las losas, vigas y columnas. ▪ Conocer el funcionamiento de estos elementos dentro de la estructura de una edificación. ▪ Compreder la importancia del predimencionamiento de estos elementos( losas, vigas y columnas) a la hora de abordar el diseño de una edificación. ▪ Definir cuales son los principales atributos que han convertido a estos elementos en los pilares de la construcción en nuestro país. • GENERAL: ▪ Alimentar y expardir nuestro conocimiento de los elementos estructurales que juegan un papel determinante en la construcción no solo de edificios colosales sino tambíen de pequenas contrucciones; por lo tanto son el “pan de cada día” en el campo laboral que nos vamos a desenvolver.

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INTRODUCCIÓN Las vigas y columnas asi como las losas o placas, son elementos basicos que conforman el sistema extuctural aporticado; uno de los cuales tiene monopolizado el sector de la construcción en nuestro pais ya sea por su versatilidad o por sus caractreisticas estructurales sismo-resistentes a sido aprobado por la NRS10. Teniendo como premisa lo descrito anteriormente, haremos un recorrido por los distintas tipos y cualidades de estos elementos.

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MARCO TEÓRICO • DEFINICIÓN Vamos a definir cada uno de los siguientes elementos: losa, viga y columna. ▪ LOSA O PLACA: ¿ Que es una losa ?, las losas de concreto son elementos estructurales horizontales cuyas dimensiones en planta son relativamente grandes en comparación con su altura donde las cargas son perpendiculares a su plano, se emplean para proporcionar superficies planas y útiles. Las losas separan horizontalmente el espacio vertical conformando diferentes niveles y constituyen a su vez, el piso de uno de ellos y el techo del otro. La losa es el principal sostén para las personas, elementos, maquinarias que puedan desarrollar de forma segura todas las actividades y a veces de contribuir a la estabilidad de los edificios. Es el elemento que recibe directamente la carga. Las losas de entrepisos y techos, aparte de su función estructural cumplen con otras funciones tales como: control ambiental, seguridad e instalaciones, pavimentos o pisos. Por lo tanto la losa acabada, está formada por la estructura, concreto, capa aislante, cielo falso o cielo raso. ▪ CLASIFICACIÓN DE LOSAS: La clasificación de losas se realiza según varios criterios: distribución del refuerzo, forma estructural, composición, apoyos y como se realiza su construcción. ▪ Según la distribucción del refuerzo - reforzada en una dirección - Reforzada en dos direcciones ▪ Según su composición - Losa maciza - Losa nervada o losa aligerada - Lamina acanalada de acero o Losacero - Placa fácil ▪ Según los apoyos - Sobre columnas - Sobre muros ▪ Según su construcción - Vaciadas - Prefabricadas 5

▪ SEGÚN LA DISTRIBUCIÓN DE REFUERZO o REFORZADA EN UNA DIRECCIÓN La relación entre luces es quien define si el comportamiento es en una o dos direcciones, una losa se considera que trabaja en una dirección cuando se cumple una de las siguientes condiciones: -Cuando tiene dos bordes libres, sin apoyo vertical, y tiene vigas o muros, en los otros dos bordes opuestos aproximadamente paralelos. -Cuando el panel de losa tiene forma aproximadamente rectangular con apoyo vertical en sus cuatro lados, con una relación de la luz larga a la luz corta. -Cuando una losa nervada tiene sus nervios principalmente en una dirección. Nota: La luz es la distancia de los puntos de apoyo de la losa. ejemplo: la distancia que hay entre columnas cuando no hay puntos de apoyos entre ellos como muros u otro soporte.

o REFORZADA EN DOS DIRECCIONES Cuando se dispone de muros portantes en los cuatro costados de la placa y la relación entre la dimensión mayor y la menor del lado de la placa es de 1.5 o menos, se utilizan placas reforzadas en dos direcciones. El espesor de losa en dos direcciones no depende de las condiciones de apoyo, ni la composición. La ecuación E=perimetro/180 establece el espesor mínimo para este tipo de losa, cabe destacar que el perímetro se refiere al de cada panel, por lo tanto el espesor debe ser el mayor de todos los espesores requeridos para cada panel.

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▪ SEGÚN SU COMPOSICIÓN o LOSA DE CONCRETO ARMADO Estas losas de concreto también conocida como losa maciza, son elementos estruturales de concreto armado de sección transversal rectangular llena, de poco espesor y abarcan una superficie considerable del piso, Las losas macizas se construyen en los siguientes espesores: 8, 10, 12, 14, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 25, 26, 28 y 30 cm. Tienen la desventaja de ser pesadas y transmiten fácilmente las vibraciones, el ruido, el calor y su costo es un poco mas alto a comparación de otras losas, su ventaja soporta mayor peso que cualquiera de las otras losas, gracias el despiece de acero (ver medidas y peso del acero corrugado). En areas pequeñas normalmente son utlilizadas para montar tanques de agua o estructuras pesadas y son fáciles de construir; basta fabricar un encofrado de madera, de superficie plana, distribuir el acero de refuerzo uniformemente en todo el ancho de la losa y vaciar el concreto. Las luces de cada tramo se miden perpendicularmente a los apoyos, cuando éstos no sean paralelos, la luz del tramo será variable y se considerará en la dirección que predomina en la placa. Según sea la forma de apoyo, las losas macizas pueden ser: Armadas en un sentido, si la losa se apoya en dos lados opuestos. En este caso el acero principal se colocará perpendicularmente a la dirección de los apoyos. Armada en dos sentidos, si se apoya en los cuatro lados. En este caso se colocarán barras principales en los dos sentidos ortogonales.

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o LOSA NERVADA O ALIGERADA Estas losas aligeradas o también conocida como sistema de losa con caseton, están constituías por vigas longitudinales y transversales a modo de nervios, de gran rigidez, que enlazan los pies de los pilares. Estas losas se construyen para estructuras de cargas desequilibradas, las vigas de unión de los pilares se calculan como zapatas contínuas bidireccionales. Por lo general, el espesor mínimo de la losa es de 20 cm, Estas losas nervadas definen los arranques de los pilares en los encuentros de las vigas bidireccionales. Este tipo de losas se elabora a base de un sistema de entramado de trabes cruzadas que forman una retícula, dejando huecos intermedios que pueden ser ocupados permanentemente por bloques huecos o materiales cuyo peso volumétrico no exceda de 900kg/m y sean capaces de resistir una carga concentrada de una tonelada. La combinación de elementos prefabricados de concreto simple en forma de cajones con nervaduras de concreto reforzado colado en el lugar que forman una retícula que rodea por sus cuatro costados a los bloques prefabricados. A continuación hablaremos de varios modelos de losas nervadas muy usuales en diferentes estructuras. ➢ LOSA RETICULADA (DOS DIRECCIONES) Losas reticulares este sistema consta de pequeñas vigas en ambos sentidos que al entrecruzarse forman una especie de retícula o entramado, que es de donde toman su nombre, el aligeramiento se logra hoy en día a base de bloques de espuma de poliestireno, llamados también casetones, las pequeñas vigas o nervaduras que ya mencione y que se construyen de concreto reforzado, y una capa de compresión 8

en la parte superior de la losa que tiene como función absorber y distribuir los esfuerzos sobre la losa, esta capa se refuerza con malla electro soldada, cuya única función es evitar que esta capa se agriete por la dilatación y contracción del concreto originada por los cambios de temperatura. Ventaja es que se pueden lograr peraltes muy altos, lo que nos permite salvar claros muy grandes en comparación a una losa maciza tradicional, lo que la vuelve la opción más viable para naves industriales, o en edificios donde se necesiten salvar claros muy grandes entre apoyos de losas. Desventaja es que requiere de una cimbra tradicional, como una losa maciza, lo que hace que se vuelva una opción cara para usarla en edificaciones con claros pequeños, como una casa habitación, aun así algunos diseñadores las usan en viviendas por motivos arquitectónicos o de estética. ➢ LOSAS ALIGERADAS A BASE DE VIGUETA Y BOVEDILLA (UNA DIRECCIÓN) Este otro sistema en su concepto es muy similar al primero, solo que aquí las vigas se colocan en un solo sentido, no se forman retículas, el aligerado se logra con elementos de espuma de poliestireno, las cuales se conocen con el nombre de bovedillas, tienen una ceja para apoyarse directamente en la base o patín de las viguetas. Las viguetas son prefabricadas y pueden venir coladas completamente, o con el alma abierta, lo cual es mucho mejor ya que garantiza que la losa trabaje monolíticamente, al igual que en caso anterior se les coloca también una capa de compresión de concreto reforzado con una malla electro soldada para evitar grietas por temperatura. Ventaja de las losas aligeradas a base de vigueta y bovedilla, es que son autosoportables, lo que quiere decir que se elimina la cimbra de contacto, únicamente requieren de un apuntalamiento al centro de los claros, lo que las vuelve mucho más económicas y que puedan construirse mucho más rápido comparado con la losa reticular y la losa maciza, son una excelente opción para edificaciones con claros pequeños, como los de una casa habitación.

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Desventaja es que no funcionan muy bien para claros muy grandes, ya que empiezan a requerir viguetas de mucho peralte. Otra desventaja que más bien en funcional, es que a veces hacen ruidos durante el proceso de dilatación y contracción, estos ruidos son provocados por la bovedilla que cruje y como el área de bovedilla es mayor que en una losa reticular estos ruidos son más notorios, pero no representan de ninguna manera una falla estructural. o ALIGERANTE Son bloques en diferentes dimensiones y pesos, que estan construidos en diferentes materiales pero cumplen una misma funcion, alivianar la losa. Algunos quedan internos en las losas otros son retirados por los diferentes diseños de estructuras.Con dimensiones muy variables, cortados para la utilización en el relleno de losas nervadas reticulares. Se obtienen losas de cubierta y de entrepiso de gran ligereza sin sacrificio de sus caracteristicas estructurales y con ventajas termicas adicionales, optimizando la utilizacion del acero en las estructuras. es un sistema constructivo económico, rapido y flexible en la construcción, su aislamiento térmico y acústico, excelente estabilidad dimensional y tiene la posibilidad de ocultar trabes dentro del mismo espesor de la losa. Las presentaciones mas usuales: ➢ ➢ ➢ ➢ ➢

Fibra de vidrio. Poliestireno expandido. Combinación de bloques de madera. Métalico. Madera recuperable o no recuperable.

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▪ LOSAS EN STEEL DECK O METALDECK Las losas de acero para la construcción han sido cada vez mas utilizadas por su proceso constructivo que le permite realizar trabajos en tiempos mas cortos. Es una lámina de alma de acero acanalada galvanizada con nervaduras transversales para usar como losa de entrepiso o techo. Esta fabricada con acero estructural galvanizado en ambas caras, galvanizado y prepintado en la parte expuesta o inferior de la losa. Posee una alta resistencia estructural debido a su troquel trapezoidal y alto de 6.0 a 8.0 centímetros que le permite una alta capacidad para resistir cargas, pero sobre todo por su adecuada distribución de refuerzos para cubrir cargas. Esta lámina sirve de formaleta al momento del armado y fundición del concreto, además es el refuerzo principal de acero durante la vida útil de la losa. Con esta lámina es posible colocar apoyos con una mayor separación que las losas tradicionales manteniendo altas cargas de diseño, pero es recomendable utilizar soportes de apoyo en el momento de la fundición en espacios mayores de 2 metros. Estos soportes pueden colocarse en espacios mas grandes dependiendo el calibre de la lámina. La lámina posee un ancho total de 1.00 metro y un ancho útil de 0.95 metros, Esta lámina puede cortarse a la medida por lo que reduce costos por concepto de traslapes, necesidad de pocos apoyos y rapidez de instalación. Los elementos adicionales para este tipo de losa son: la malla electrosoldada, conectores (pernos, tornillos auto perforantes, soldadura o clavos de disparo) y trabe metálico (amplie la información medidas y cálculos de una losa metaldeck o Steel Deck ), Si el diseño de la losa es una estructura metalica se deben tener en cuenta los perfiles de acero y vigas de acero. o VENTAJAS: ➢ La losa de acero es versátil al permitir su colocación sobre apoyos de metal o bien de concreto. ➢ Reduce considerablemente los costos por requerir de menor cantidad de párales para apoyarse, menor cantidad de refuerzo. ➢ Excelente resistencia estructural.

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➢ El galvanizado de la lámina le garantiza una larga vida útil en cualquier condición ambiental. ➢ Se obtienen placas más livianas (10cm de espesor como minimo). ➢ Se instala de forma rápida y limpia. ➢ Sencillez y economía en su instalación al disminuir considerablemente la mano de obra requerida. ➢ Alta capacidad de soportar cargas. ➢ Baja cantidad de empalmes por fabricarla del largo requerido. o DESVENTAJAS: ➢ El espesor de la losa es de 8 a 10 cm, lo que permite que sea mas liviana, pero se pueden también sentir mas vibraciones. ➢ Por su espesor y la lamina galvanizada puede aumentar la temperatura en interiores, no se recomienda como losas externas a menos de que este en lugares bien ventilados. ➢ Su soporte de carga es menor que las losas anteriores, pero si se define un buen diseño estructural puede realizar alta cargas.

Referencia: Todo lo relacionado con losas tomado de: https://construyendo.co/losas/tipos.php

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• VIGAS:

Las vigas son elementos estructurales de concreto armado, diseñado para sostener cargas lineales, concentradas o uniformes, en una sola dirección. Una viga puede actuar como elemento primario en marcos rígidos de vigas y columnas, aunque también pueden utilizarse para sostener losas macizas o nervadas. La viga soporta cargas de compresión, que son absorbidas por el concreto, y las fuerzas de flexión son contrarrestadas por las varillas de acero corrugado, las vigas también soportan esfuerzos cortantes hacia los extremos por tanto es conveniente, reforzar los tercios de extremos de la viga. Para lograr que este elemento se dimensione cabe tener en cuenta la resistencia por flexión, una viga con mayor peralte (altura) es adecuada para soportar estas cargas, pero de acuerdo a la disposición del proyecto y su alto costo hacen que estas no sen convenientes. Para lograr peraltes adecuados y no incrementar sus dimensiones, es conveniente incrementar el área del acero de refuerzo para compensar la resistencia a la flexión. Para el diseño de una viga se deberá considerar también para su dimensionamiento, los esfuerzos de corte, torsión, de control, de agrietamiento y deflexión.

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o FUNCIÓN DE LA VIGA Las vigas son las piezas extensas que, unidas a las columnas, soportan las estructuras y las cargas en las obras, permitiendo flexibilidad. De hecho, estos elementos se utilizan para soportar los techos y las aberturas, y también como elemento estructural de puentes. Por tal motivo, a la hora de elaborarlos o armarlos se debe comprobar que soporten a la perfección los esfuerzos de tracción y de compresión de modo simultáneo, como sucede al doblarse la pieza. o MATERIALES Y COMPOSICIÓN DE LA VIGA Pueden ser realizadas en madera, en hormigón o también en hierros soldados, con cuatro tiras angulares y piezas que se entrecruzan para dar soporte y unión. Los materiales de elaboración deben ser flexibles, duraderos y resistentes a la vez, por lo que no se utiliza elementos cerámicos, pétreos u otros en su formación. ➢ VIGAS DE MADERA: La madera de las vigas se comporta de un modo ortotrópico con diversidad en su resistencia y rigidez, soportando así diferentes sentidos en los esfuerzos (paralelo o transversal a la fibra de la madera). La madera es capaz de soportar exigencias con menos deformación que otros materiales.

➢ VIGAS DE ACERO: El acero en las vigas presenta un comportamiento isotrópico, con más resistencia y menor peso que el hormigón. Con ello, logran soportar mayores esfuerzos de compresión y también mayores tracciones, lo que las hace las grandes favoritas para obras residenciales y urbanas. 14

➢ VIGAS DE CONCRETO U HORMIGÓN ARMADO: Para elaborar vigas se utiliza el concreto pretensado y el postensado, a diferencia de su antecesor (el concreto armado), por su adecuación a las exigencias de las obras y esfuerzos. Son resistentes, presentan buena flexibilidad y adaptación a las exigencias y tensiones del terreno, aunque son de mayor peso que las de hierro, normalmente usadas en construcción de viviendas.

o ENCOFRADOS DE VIGAS DE CONCRETO: Los elementos principales de los encofrados de vigas son: el fondo del encofrado, los tableros de los costados formados por tablas, barrotes y tornapuntas de soporte, y las “T”, formada por los cabezales, los pies derechos (soporte temporal) y las crucetas. El fondo generalmente está formado por tablas o tablones de 1 1/2 ″ de sección por el ancho que corresponde al ancho de las vigas. En los tableros de los costados, se emplea tablas de 1″ ó de 1 1/2″ montadas sobre barrotes de 2″ x 3″ ó 2″ x 4″ de sección. Las “T” de madera cumplen la función de soportar las cargas. Los pies derechos y cabezales deben tener secciones de 2″ x 3″ ó 2″ 15

x 4? y la altura requerida para alcanzar el nivel del vaciado (ver figura 113). En primer lugar, se colocarán los pies derechos que soportarán el encofrado. Éstos se regulan al contacto con el suelo por medio de cuñas de madera. Por ningún motivo se debe utilizar piedras, cartón o cualquier otro material débil, pues pueden fallar con el peso al que serán sometidos.

La distancia entre estos pies derechos deberá ser como máximo de 90 cm, de ser mayor se podrían producir hundimientos en el entablado (ver figura 114).

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Los tablones o tableros de los costados, que servirán para dar forma a la sección de viga, contarán con espaciadores de madera y pasadores de alambre N° 8 (ver figura 115). Con estos dos elementos se garantiza que el ancho de las vigas sea el que se especifica en los planos. Los barrotes, que sirven de apoyo a los tablones de los costados de la viga, serán soportados por elementos diagonales llamados tornapuntas, que los arriostran con los cabezales de las “T. Una vez armado el encofrado, debe verificarse que esté perfectamente horizontal. Para eso, contamos con la ayuda de un nivel de mano. Consideraciones Antes de empezar a encofrar, se deberá verificar que la superficie del suelo sobre la cual se apoyarán los puntales, esté bien compactada y tenga de preferencia falso piso. De esta manera, evitaremos que los puntales se hundan y desnivelen el encofrado. No es recomendable usar pies derechos que estén conformados por piezas de madera empalmadas, ya que los empalmes podrían fallar durante el vaciado y producir hundimiento del encofrado y posibles accidentes. o VIGA CANAL:

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• LA COLUMNA:

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La columna es el elemento estructural vertical empleado para sostener la carga de la edificación. Es utilizado ampliamente en arquitectura por la libertad que proporciona para distribuir espacios al tiempo que cumple con la función de soportar el peso de la construcción; es un elemento fundamental en el esquema de una estructura y la adecuada selección de su tamaño, forma, espaciamiento y composición influyen de manera directa en su capacidad de carga. Para la columna se indica las características que la definen, así como el comportamiento para definir los aspectos a tomar en cuenta en el diseño de las columnas de madera, acero y concreto armado. La columna es un elemento sometido principalmente a compresión, por lo tanto, el diseño está basado en la fuerza interna, conjuntamente debido a las condiciones propias de las columnas, también se diseñan para flexión de tal forma que la combinación así generada se denomina flexo compresión. Según el uso actual de la columna como elemento de un pórtico, no necesariamente es un elemento recto vertical, sino es el elemento donde la compresión es el principal factor que determina el comportamiento del elemento. Es por ello que el predimensionado de columnas consiste en determinar las dimensiones que sean capaces de resistir la compresión que se aplica sobre el elemento, así como una flexión que aparece en el diseño debido a diversos factores1. Cabe destacar que la resistencia de la columna disminuye debido a efectos de geometría, lo cuales influyen en el tipo de falla. El efecto geométrico de la columna se denomina esbeltez2 y es un factor importante, ya que la forma de fallar depende de la esbeltez, para la columna poco esbelta la falla es por aplastamiento y este tipo se denomina columna corta, los elementos más esbeltos se denominan columna larga y la falla es por pandeo. La columna intermedia es donde la falla es por una combinación de aplastamiento y pandeo. o COLUMNA COMO ELEMENTO INDISPENSABLE EN LA CONSTRUCCIÓN: Ponte a analizar la función e importancia de las columnas de cualquier tipo de construcción, de seguro te diste cuenta que sin este elemento la edificación no se puede sostener en pie, en palabras simples, no la podrías llevar a cabo. Por eso que un elemento tan simple, que muchas veces solo se construye tiene 19

tanta importancia, las columnas van a sostener toda la carga de tu edificación. Los arquitectos además de construir las columnas con cemento para sostener el peso de la edificación, las utilizan porque les proporciona libertad en los espacios y así distribuirlos de la manera que deseen. o TIPOS DE COLUMNAS En la construcción existen 3 tipos de columnas que puedes elaborar, siendo estas: ➢ Columnas de acero: clasificadas como sencillas, empleando perfiles únicos o compuestos, donde puedes usar diferentes combinaciones. ➢ Columnas de madera: aquí puedes elegir de distintos tipos, como de madera laminada, compuesta, ensamblada y maciza, siendo esta última la más utilizada en construcción. ➢ Columnas de concreto: en este tipo de columna el cemento es el protagonista, utilizando también técnicas de vaciado de concreto. Y es en el último tipo de columna donde nos vamos a detener, ya que es la columna más usada en la construcción, por ello debes tener claro todo acerca del proceso de elaboración y materiales de estas. ✓ Acero de refuerzo: son varillas que se colocan de manera longitudinal y como su nombre lo indica, son para reforzar tu estructura de cemento. ✓ Encofrado: este es el armazón que puede ser tanto de madera como de planchas metálicas las cuales van a recibir el hormigón que posteriormente formara la pared. ✓ Vaciado del concreto: antes del vaciado se recomienda humedecer las caras interiores de la formaleta para no perder las propiedades de la mezcla y realizar con cuidado el traslado del concreto. 20

✓ Curado del elemento: para el curado te recomiendo usar recubrimientos de plástico para que evites el escape de humedad. No olvides que el mejor lugar de venta de cemento de Perú es INKA, donde podrás ser asesorado por los mejores especialistas y encontrar el cemento específico para tu construcción. ¡No esperes más y manos a la obra!

• CONCLUSIONES Sin lugar a duda las losas, vigas y columnas son pilares sobre los cuales la civilización occidental a construido sus ciudades, sus hogares. Es un axioma que estos elementos han llegado a tomar ese lugar gracias a esas esenciales características sismorresistente, así como su versatilidad; lo concierten en los elementos estructurales predominantes en el medio de la construcción. • REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS: Estas son las principales fuentes. ▪ http://www.cementosinka.com.pe/blog/tipos-de-columnas-deconstruccion/ ▪ https://es.scribd.com/doc/97938075/DISENO-DE-COLUMNAS-DECONCRETO-ARMADO-SOMETIDASA-FLEXOCOMPRESION1 ▪ http://fing.uncu.edu.ar/catedras/DisenoEstructural2/apuntes/DIES%2022017-T03-columnas%20V2.pdf ▪ https://joelrequejo.wordpress.com/2014/07/14/vigas/

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