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• John Jairo Saza Ramírez

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CONTRATO NO. 038 – 2013. DESARROLLO DE METODOLOGÍA DE CAPACITACIÓN DE MAESTROS DE OBRA, ENFOCADA A LA APROPIACIÓN DE CONCEPTOS ESPECÍFICOS, ACORDE AL PERFIL OCUPACIONAL QUE DESEMPEÑAN LOS MAESTROS DE OBRA EN LAS CONSTRUCCIONES INFORMALES

ENTIDAD CONTRATANTE:

FUNDACIÓN SUIZA DE COOPERACIÓN PARA EL DESARROLLO TÉCNICO

TALLER N° 2. USO DE PLACAS MACIZAS Y ALIGERADAS EN VIVIENDAS ESTRUCTURADAS CON MUROS DE CARGA EN MAMPOSTERÍA CONFINADA.

DISEÑO: RAÚL HERNÁN ROJAS M. HELMUTH GEOFRE RAMOS C. CARLOS FERNANDO AGUDELO R.

SEPTIEMBRE DE 2014

Taller N°2. Uso de placas macizas y aligeradas en viviendas estructuradas con muros de carga en mampostería confinada. 1. Identificar los problemas instruccionales y especificar los objetivos para los que se diseña el programa instruccional. Problemas instruccionales: 





Se construyen placas de entrepiso macizas en concreto reforzado para luces mayores a 4 m con espesores menores a 18 cm (generalmente entre entre 12 a 14 cm) lo cual no cumple lo establecido en el título E de la NSR10. El proceso de construcción no permite un control de calidad óptimo que permita verificar el distanciamiento adecuado del acero de refuerzo contra la formaleta para garantizar los recubrimientos mínimos necesarios. Se empotran en las placas instalaciones hidro-sanitarias y canalizaciones para conducir circuitos eléctricos que reducen su sección transversal y por ende su capacidad portante.

Objetivos: 

 

Comparar el comportamiento estructural entre las placas macizas y las placas aligeradas según los dimensionamientos indicados en el capítulo E del Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente -NSR-10. Demostrar las ventajas de las placas aligeradas, fundidas en sitio y prefabricadas, frente al uso de las placas macizas. Persuadir al maestro de obra para evitar la utilización de placas macizas en luces mayores a 4 m.

2. Examinar aquellas características del estudiante que deben recibir atención durante la planificación (Villate, 2012) Del conjunto de estudiantes del programa el 53.3% son procedentes de la ciudad de Bogotá mientras el 46.7% provienen de otros lugares del país, de donde se concluye que es un programa que atiende poblaciones de cualquier región del país. El grueso de la población entre los dieciocho y los cincuenta años de edad es de treinta personas y entre 51 y 64, quince personas, lo cual se considera un buen promedio para esta formación denotando que la mayoría es económicamente activa descontando los

1 Taller N° 2. Uso de placas macizas y aligeradas en viviendas estructuradas con muros de carga en mampostería confinada.

mayores de 55 años. Así mismo es un programa netamente para adultos, lo cual demanda una formación con orientaciones andragógicas. 41 personas son de sexo masculino y 4 del femenino de donde también se ve la participación de la mujer en cierta medida y en esta profesión. En cuanto al nivel académico el 22.2% cuenta con décimo grado de educación secundaria, siendo superada por el 39.9%, es decir 20 personas que han desarrollado hasta la primaria, lo cual denota una población de muy bajo nivel académico. Resulta interesante observar que existe un estudiante con cuatro semestres de arquitectura.

3. Identificar claramente los contenidos y analizar los componentes relacionados con los propósitos y objetivos de la instrucción. UNIDAD DE APRENDIZAJE

OBJETIVO GENERAL

Determinar las ventajas y desventajas en la utilización de placas macizas y Placas macizas aligeradas aplicadas a y aligeradas viviendas de dos pisos para entrepiso. construidas con muros de carga en mampostería confinada.

DURACIÓN

TEMÁTICA

4 horas

TÉCNICOCONSTRUCTIVO (Vulnerabilidad)

4. Elaborar una lista de objetivos instruccionales comunicados al estudiante. (Competencias).   

que

deben ser

Establece las diferencias entre el comportamiento estructural de las placas macizas comparadas con las placas aligeradas. Identifica los rangos de luces en los cuales pueden ser utilizadas las placas macizas y las placas aligeradas. Reconoce los principales problemas constructivos en las placas macizas y aligeradas y toma los correctivos necesarios para evitarlos.

5. Secuencia de los contenidos en unidades didácticas y que respondan a un aprendizaje lógico. 2 Taller N° 2. Uso de placas macizas y aligeradas en viviendas estructuradas con muros de carga en mampostería confinada.

UNIDAD DIDÁCTICAS UNIDAD

PROBLEMAS

Por qué se construyen placas macizas para luces mayores a 4 m Placas con espesores y macizas y refuerzos aligeradas insuficientes? para entrepiso. Por qué no hay un

DIDÁCTICAS

CONTENIDOS

-Espesores mínimos El plano vs la -Refuerzos mínimos plegadura: Comparativo entre las características geométricas de las placas macizas y las placas aligeradas y su efecto en

-Rangos de luces para su aplicación -Placas fundidas en sitio y prefabricadas

las deformaciones.

uso extensivo de otros tipos de sistemas para entrepiso?

6. Aplicabilidad del conocimiento elaborado Situaciones reales: 

Construcción de obra nueva y ampliaciones de viviendas de hasta dos pisos con muros de carga en mampostería estructural. Puede incluirse acá el campo de la construcción con otro tipo de sistema portante, tal como los pórticos en concreto, siempre y cuando la estructura pertenezca al grupo de uso 1.

7. Planificar las estrategias de carácter didáctico. 7.1. Preguntas para abordar el tema: El concepto de elemento autoportante y elemento portante … ¿Cuánta carga puede soportar una hoja de papel sostenida se sus extremos? ¿Es la hoja por sí sola autoportante?...

3 Taller N° 2. Uso de placas macizas y aligeradas en viviendas estructuradas con muros de carga en mampostería confinada.

Figura 1: Efecto de la gravedad sobre el peso propio.

Una hoja de papel, apoyada en los extremos, no puede soportar ningún tipo de carga ni siquiera su propio peso (ver figura 1). No es autoportante. La hoja se desliza y cae por efecto de la gravedad. No es un elemento rígido y su forma no le ayuda, al contrario es muy flexible. Si se cuelga de sus extremos, probablemente sea capaz de soportar una carga y sus fibras trabajan como lo hace un cable, estirándose hasta el límite de su capacidad y luego causar su rotura (ver figura 2).

Figura 2: Trabajo como cable de una hoja de papel colgada de sus extremos.

…¿Cómo se puede mejorar la capacidad portante de la hoja de papel? Aun cuando el papel es un material liviano y en apariencia poco resistente, existen maneras para lograr que sea autoportante o que inclusive pueda soportar cargas adicionales a su propio peso. …¿Colocando más hojas superpuestas?

4 Taller N° 2. Uso de placas macizas y aligeradas en viviendas estructuradas con muros de carga en mampostería confinada.

Es un modo inútil de lograr mayor rígidez en la hoja de papel. Si se toma una resma de papel y se ejerce una carga está no soportará demasiado y la relación entre el peso propio del papel y la carga que soporta será muy baja (ver figura 3).

Figura 3: Hojas superpuestas que no mejoran de manera significativa la capacidad portante.

…¿Utilizando un papel más grueso? Es una opción no muy eficiente. Si se pegan muchas hojas de papel y se obtiene algo similar a un cartón, se puede aumentar la rigidez del material para tratar de soportar cargar mayores (ver figura 4).

Figura 4: Incremento del espesor del material para ganar capacidad portante.

…¿Realizando pliegues en la hoja? Este método es mucho más eficiente y le confiere al elemento la capacidad de soportarse a sí mismo, es decir, que sea autoportante. Inclusive, puede llegar a soportar otra u otras hojas de papel sobre ella sin deformarse (ver figura 5). …¿Enrollándolo? 5 Taller N° 2. Uso de placas macizas y aligeradas en viviendas estructuradas con muros de carga en mampostería confinada.

Si se arman tubos de papel, la hoja adquiere capacidad estructural y puede soportarse una carga mucho mayor a su propio peso (ver figura 6). En este caso, como en el anterior, la relación entre la carga soportada y el peso muerto del material es mayor, lo cual demuestra el aprovechamiento de las características mecánicas del material.

Figura 5: Plegadura en papel.

Figura 6: Tubo de papel.

6 Taller N° 2. Uso de placas macizas y aligeradas en viviendas estructuradas con muros de carga en mampostería confinada.

…¿Qué propiedades mecánicas mejoran en la hoja de papel cuando se le realizan pliegues? En esencia lo que mejora es la rigidez incrementando su capacidad portante. El material sigue siendo el mismo por lo tanto su densidad y por consiguiente su resistencia no se han afectado. Se trata de una variación geométrica de sus condiciones iniciales que le permite un mejor desempeño estructural.

7.2. UNIDAD DIDÁCTICA: Placas macizas y aligeradas para entrepisos. 7.2.1. OBJETIVO GENERAL: Determinar las ventajas y desventajas en la utilización de placas macizas y aligeradas aplicadas a viviendas de dos pisos construidas con muros de carga en mampostería confinada. 7.2.2. ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS: “El plano vs la plegadura” Estrategia 1: Construcción de una plegadura en papel bond 28 para soportar una carga de una libra uniformemente distribuida. Tiempo estimado: 1.5 horas. Didáctica: El taller estará basado en la observación de las propiedades geométricas de los materiales y su influencia en su comportamiento estructural, mediante la elaboración de modelos a escala en grupos de trabajo (enfoque constructivista). Desarrollo: La primera parte del taller se realizará mediante la observación de las deformaciones en elementos constructivos reales tales como láminas metálicas, de fibrocemento y de policarbonato, comparando su funcionamiento contra una lámina tipo Corpalosa, una teja eternit y el policarbonato alveolar. Estos ejemplos servirán de apoyo para explicar el funcionamiento de una placa maciza en concreto versus una placa aligerada en el mismo material. En la segunda parte, se les solicitará a los diferentes grupos, que construyan una plegadura en papel con determinadas características geométricas que sea capaz de soportar una carga de una libra uniformemente distribuida. 7 Taller N° 2. Uso de placas macizas y aligeradas en viviendas estructuradas con muros de carga en mampostería confinada.

Metodología Materiales: -

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Un metro cuadrado de lámina de acero galvanizado calibre 22 Un metro cuadrado de Corpalosa 1.5” calibre 22 Un metro cuadrado de Eterboard 6 mm Un metro cuadrado de teja Eternit P 10 Un metro cuadrado de policarbonato macizo Un metro cuadrado de policarbonato alveolar Base en MDF 50 cm x 30 cm x 2 cm. Esta base se podrá cortar a laser para obtener una superficie adecuada y ajustada a las dimensiones requeridas. Piezas en mdf espesor 10 mm para simular los muros de soporte de la placa. Papel bond 28. Dos cuartos de pliego por grupo. Adhesivo: silicona líquida. Láminas de mdf o madera contrachapada con espesor de 5 mm para realizar la prueba de carga.

Proceso de construcción: a. Para iniciar esta parte del taller, se ensayaran las láminas metálicas, de fibrocemento y de policarbonato para comparar su comportamiento estructural frente a cargas transversales. Se debe distribuir la carga superficialmente para evitar fallos de los elementos por cargas concentradas (ver figura 7). El tallerista hará énfasis en la importancia de la geometría del elemento en su capacidad portante y tomará nota de las conclusiones de cada uno de los ensayos en un mural o cartelera.

Figura 7: Ensayos de carga transversal a láminas macizas y plegadas.

8 Taller N° 2. Uso de placas macizas y aligeradas en viviendas estructuradas con muros de carga en mampostería confinada.

b. Una vez terminado el punto anterior, se le solicitará a cada grupo que construya una placa a partir de plegaduras en papel bond 28 y que sea capaz de soportar una libra de carga distribuida superficialmente. Como material adhesivo se utilizará la silicona líquida. La placa tendrá una medida de 4 m x 2 m a escala 1:10. La placa se construirá sobre una base en madera de 50 cm x 30 cm x 2 cm de espesor en MDF, en al cual se empotrarán dos elementos verticales actuando como muros de carga y sobre los que se construirá la placa en papel (ver figura 8).

Figura 8: Base para la construcción de la plegadura.

c. Terminada la plegadura, cada grupo presentará su trabajo y se colocará la carga para determinar si cumple con la capacidad portante solicitada. La prueba de carga se realizará colocando láminas de madera superpuestas hasta lograr la falla del elemento por aplastamiento o flexión. En este punto el tallerista explicará el mecanismo de soporte y transmisión de carga de una placa, tomando como base las cargas vivas estipuladas por la NSR-10 en el título B. De este modo se entenderá el por qué de la aplicación de carga repartida superficialmente (ver figura 9).

Figura 9: Prueba de carga sobre las plegaduras en papel.

9 Taller N° 2. Uso de placas macizas y aligeradas en viviendas estructuradas con muros de carga en mampostería confinada.

Los participantes deben tomar en cuenta la cantidad de material utilizado versus la carga final soportada y las características geométricas del elemento propuesto. Al respecto, el tallerista será el encargado de moderar la presentación, resaltar y tomar nota de los pros y contras de cada una de los planteamientos hechos durante la práctica. d. Para finalizar, se abrirá un espacio para compartir las opiniones de cada uno de los grupos participantes, complementadas y retroalimentadas por parte del tallerista. Estrategia 2: Construcción de una placa maciza y una placa aligerada (comparación entre la mala y la buena práctica). Tiempo estimado: 2.5 horas Didáctica: El taller tendrá un caso real enfocado en las prácticas constructivas, con base en la elaboración de modelos a escala, realizados en grupos de trabajo, que permitan visualizar el comportamiento estructural de las placas macizas frente a las placas aligeradas (enfoque constructivista). Desarrollo: Los grupos de trabajo deberán probar el comportamiento estructural de una placa maciza para una luz de cuatro metros – luz máxima - con espesor menor a lo establecido en el título E de la NSR-10 frente a otra de espesor acorde a los parámetros normativos. Posteriormente, se construirá una placa aligerada siguiendo los lineamientos del título E y se probará su comportamiento estructural ante cargas de la misma magnitud para las que se presentaron deflexiones en las placas macizas. Así mismo, se realizará una comparación entre el volumen de material requerido para la construcción de estos elementos. Metodología Materiales:

10 Taller N° 2. Uso de placas macizas y aligeradas en viviendas estructuradas con muros de carga en mampostería confinada.

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Base en MDF 50 cm x 30 cm x 2 cm. Esta base se podrá cortar a laser para obtener una superficie adecuada y ajustada a las dimensiones requeridas (ver anexo). Piezas en mdf espesor 10 mm para simular los muros de soporte de la placa (ver anexo). Láminas de cartón industrial 20 cm x 40 cm con espesor de 2 mm. Láminas de cartón paja 20 cm x 40 cm con espesor de 1 mm. Lámina de icopor de 2 cm Adhesivo: silicona líquida. Escuadras. Cortador. Hojas de segueta. Pesos en hierro de diferentes masas para realizar la prueba de carga.

Proceso de construcción: a. Cada grupo construirá una placa maciza para una luz de 4 m utilizando láminas de cartón superpuestas hasta alcanzar el espesor que frecuentemente usan para este tipo de luces (no es necesario aplicar adhesivo en toda la superficie con el fin de reutilizar el material en la construcción de otros modelos). Se espera que en general trabajen con placas de entre 12 cm a 15 cm de espesor. Esta placa se apoyará sobre muros en MDF sobre la base usada en la anterior didáctica (ver figura 10).

Figura 10: Placa maciza de espesor reducido.

b. Terminada la placa, se socializarán los espesores de placa que usaron los grupos de trabajo. Seguido a esto, se compararán estos valores con el espesor obtenido aplicando la relación entre luz y espesor que establece el título E en su capítulo E.5 (ver figura 11). Cada grupo de trabajo aplicará la 11 Taller N° 2. Uso de placas macizas y aligeradas en viviendas estructuradas con muros de carga en mampostería confinada.

relación que a su juicio sea la conveniente y se los socializarán los resultados nuevamente. Para finalizar este punto, el tallerista indicará cuál es la relación correcta a usar en el caso que se está trabajando - la relación a usar será L/20 debido a que se trata de una placa simplemente apoyada – y mostrará la tabla E.5.1-2 en la cual se consignan los espesores mínimos para placas macizas (ver figura 12).

Figura 11: Tabla E.5.1-1. Espesor mínimo de losas (AIS,2010).

Figura 12: Tabla E.5.1-2. Refuerzo mínimo en losas macizas (AIS,2010).

c. Con el espesor matemáticamente obtenido, se construirá una nueva placa. Al terminar su elaboración, se colocará cada una de estas sobre los muros de soporte empotrados en la base y se les aplicará la carga paulatinamente hasta obtener deflexiones observables y se tomarán los datos correspondientes a los pesos soportados (ver figura 12).

Figura 12: Prueba de carga a placas con diferentes espesores.

12 Taller N° 2. Uso de placas macizas y aligeradas en viviendas estructuradas con muros de carga en mampostería confinada.

d. En cada grupo calcularán el volumen de concreto de la placa con espesor reducido y el volumen de la placa con el espesor matemáticamente obtenido (ver figura 13).

Figura 13: Fórmula para el cálculo de volumen. Tomado de:

http://www.pps.k12.or.us/district/depts/edmedia/videoteca/curso1/htmlb/SEC_122.HTM

e. El tallerista presentará un análisis de costo unitario para placa maciza por m3 de tal modo que se pueda multiplicar por los datos obtenidos en el punto anterior y se pueda obtener un comparativo de costos entre la mala y la buena práctica. f. A continuación, se solicitará a los grupos de trabajo que dibujen en un cuarto de papel bond, en planta y en corte, una placa aligerada. El área a cubrir será la misma que para el caso anterior (ver figura 14). El diseño de la placa y sus dimensiones serán los que cada grupo considere suficientes.

Figura 14: Placa aligerada en una dirección.

g. Acto seguido, cada grupo presentará brevemente su solución. El tallerista moderará las intervenciones y destacará los pros y contras de cada uno de los planteamientos. Se hará énfasis en el uso de cuatro elementos 13 Taller N° 2. Uso de placas macizas y aligeradas en viviendas estructuradas con muros de carga en mampostería confinada.

primordiales: la torta inferior, los aligeramientos, las viguetas y la torta superior. h. Terminada la presentación, el tallerista mostrará la tabla E.5.1-3 y comparará los dimensionamientos planteados por los grupos en el punto anterior y destacará los aciertos y errores cometidos en los planteamientos (ver figura 15).

Figura 15: Tabla E.5.1-3. Refuerzo mínimo para viguetas de losas aligeradas (AIS, 2010).

i.

Tomando como referencia los valores de la anterior tabla, el tallerista solicitará a los grupos de trabajo, la construcción de una placa aligerada para una luz de 4 m que cumpla con la normativa. Para ello se les darán los dimensionamiento mínimos para los elementos componentes: -

Torta superior, espesor 5 cm. Torta inferior, espesor 3 cm. Viguetas, base 8 cm. Distanciamiento máximo entre viguetas, 60 cm entre ejes.

Sería aconsejable que la mitad de los grupos construyeran placas fundidas en sitio y la otra mitad plantearán placas prefabricadas (ver figura 16), con el fin de obtener resultados más variados y enriquecedores para el taller.

14 Taller N° 2. Uso de placas macizas y aligeradas en viviendas estructuradas con muros de carga en mampostería confinada.

Figura 16: Placa aligerada fundida en sitio y prefabricada.

j.

Terminados los modelos, se probarán aplicándoles carga transversalmente y se compararán los datos obtenidos con relación a la placa maciza de espesor acorde a la normativa. De allí, se obtendrán las conclusiones finales relacionadas con la influencia de la altura y la geometría de la placa frente a su rigidez y consiguiente capacidad portante. Al mismo tiempo, se comprobará la eficiencia en el uso de material comparando la cantidad de láminas de cartón utilizadas en la fabricación de la placa maciza y el ahorro obtenido en la placa aligerada.

k. Para finalizar el taller, se abrirá una discusión donde se realizarán las siguientes actividades: -

Una breve exposición por parte del tallerista - o de alguno de los participantes - de los aportes consignados en el mural de la sesión.

-

Una presentación de imágenes donde se visualicen las malas prácticas de construcción asociadas a todas las partes de construcción trabajadas en el taller. En este punto se puede incluir una galería de imágenes relacionada con las diferentes alternativas para construir placas presentes en el mercado (placas macizas, aligeradas y prefabricadas). Los siguientes vínculos le permitirán al tallerista obtener información acerca de sistemas de entrepiso alternativos: o Corpalosa: http://www.corpacero.com/ 15

Taller N° 2. Uso de placas macizas y aligeradas en viviendas estructuradas con muros de carga en mampostería confinada.

o Placa fácil: http://www.santafe.com.co/ o Duralosa: http://www.durapanel.com.co/Productos/Duralosa/tabid/77/Default .aspx o Losas prefabricadas: http://www.indural.com/w/index.php?option=com_content&view=a rticle&id=31&Itemid=104 o Losas alveolares: http://www.titancemento.com/espanol/component/ourproducts/?co ntroller=products&task=productDetailsView&productId=47&catego ryId=11

-

Un debate que tenga como eje central la comparación entre la mala práctica y la buena práctica. Es preciso hacer énfasis en los costos de cada tipo de placa y los consumos de materiales con respecto al desempeño del elemento. En el punto “e” de la estrategia dos se analizará el costo por metro cuadro, o metro cúbico, de placa maciza: o Se determinará el del área y/o el volumen en concreto del elemento. o Se multiplicará este valor por el costo enunciado en el análisis de precio unitario. De este modo se realizará la comparación entre la mala y la buena práctica. En el caso de las placas aligeradas, se procederá así: o Se determinará el área del elemento. o Se multiplicará este valor por el costo enunciado en el análisis de precio unitario. Con los costos obtenidos para los diferentes tipos de placa se realizará un análisis comparativo entre la aplicación de placas macizas y aligeradas para luces mayores a 4 m. En este punto se pueden comparar los costos de los otros sistemas mostrados por el tallerista en su presentación frente a los dos tipos de placas trabajadas en el taller.

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Se solicitará, por último, que los participantes mencionen cuáles son las principales barreras para poder ejecutar las buenas prácticas de construcción.

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-

Se cerrará la sesión con una toma fotográfica de todas las propuestas realizadas en el taller para hacer un archivo documental.

8. Normativa de referencia. Para adelantar las buenas prácticas referidas en las temáticas abordadas en este taller se deberán consultar y aplicar, según sea el caso, las siguientes normas, reglamentaciones o recomendaciones. 

Dimensionamientos mínimos de placas macizas y aligeradas para viviendas de dos pisos en mampostería confinada: título E del Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente (NSR-10).

17 Taller N° 2. Uso de placas macizas y aligeradas en viviendas estructuradas con muros de carga en mampostería confinada.