Comparación de sistemas estructurales: albañilería confinada Vs Pórticos

Introducción a sistemas estructurales para identificar el más económico y eficiente

Comparación de sistemas estructurales: albañilería confinada Vs Pórticos

Aprende las diferencias entre los sistemas estructurales de albañilería confinada y pórticos, así como las ventajas o desventajas de cada uno.

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Imposible crear una edificación sin un sistema estructural

Como hemos señalado en otras entradas, en la arquitectura e ingeniería la estructura, sino es el elemento más importante, es uno de ellos. 

Es casi imposible imaginar una edificación por simple que sea, sin una estructura. De allí nace la propuesta sobre la  introducción a sistemas estructurales para identificar el más económico y eficiente.

El estudio de los sistemas estructurales nunca pierden vigencia, pese a que sus conceptos inherentes han permanecido inalterables a lo largo de la historia, puesto que los elementos determinantes no han sufrido cambios importantes

La razón es porque la acción sobre las estructuras siempre es la misma: gravedad, leyes de la estática y la física, resistencia de los materiales, entre otras.

Sin embargo, los materiales sí han cambiado, siendo necesario realizar una comparación de sistemas estructurales: albañilería confinada Vs Pórticos, para actualizar conocimientos y novedades aplicables. 

Sigue leyendo y conoce porque muchas veces la sensatez sugiere que lo más sencillo sigue siendo lo que mejor funciona.

Sistemas estructurales

Previo al diseño de cualquier edificación, se suelen analizar las propuestas y primeras decisiones de los diseñadores estructurales, con el objetivo de elegir el sistema estructural acorde al proyecto arquitectónico que se desea construir. 

Se puede definir entonces como sistemas estructurales, ese conjunto de elementos resistentes que se relacionan entre ellos para transmitir las cargas en una determinada edificación hacia los apoyos, cuyo objetivo es garantizar el equilibrio y estabilidad, además de evitar deformaciones incompatibles entre cada elemento.

Es válido afirmar entonces, que la estructura da origen a la arquitectura y soporta la forma, integra soluciones estructurales con la colaboración de áreas multidisciplinarias desde las fases iniciales del proyecto. Mientras que en la ejecución se calculan las dimensiones, además de optimizar el sistema adoptado.

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Objetivo de los sistemas estructurales

El objetivo básico de los sistemas estructurales en su conjunto es por tanto, establecer una configuración de elementos a lo interno de la estructura, capaces de soportar por sí solos determinadas cargas, y en su conjunto garantizar la resistencia y comportamiento que se busca en toda estructura. En construcción se pueden distinguir 3 tipos de sistemas estructurales:

  • El que soporta cargas horizontales (viento/sismo).

  • Fundaciones o bases que soportan los elementos señalados.

Albañilería confinada

La albañilería confinada, se refiere básicamente a construcciones diseñadas bajo un criterio constructivo racional, cuya finalidad es que las cargas actuantes durante toda su vida útil se transmitan adecuadamente hacia el resto de elementos de albañilería, convenientemente reforzados hasta la cimentación.

Este tipo de albañilería se le conoce también como reforzada, puesto que se conforma por paños de albañilería simple enmarcadas en los bordes/esquinas con hormigón armado, e incluye cadenas y pilares, cuyos elementos en su conjunto le aporta a este tipo de albañilería propiedades a los elementos estructurales de calidad considerable.

Su principal característica, es que se constituye por un muro de albañilería simple, debidamente enmarcado por una columna pequeña, que se vacía luego de construir el muro o pared. 

Corresponde a un sistema estructural ampliamente usado en buena parte de Latinoamérica en edificaciones de hasta 5 pisos, por su alta resistencia a los fenómenos naturales, principalmente sísmicos.

¿Dónde descargan los esfuerzos?

La albañilería confinada carece de la robustez que aportan los pórticos a todo el sistema estructural, sólo lleva las llamadas columnetas de amarre, por lo cual la losa carece del necesario apoyo de descarga de esfuerzo. 

Dicha carga en este caso, de la losa del techo, descansará sobre una viga solera delgada transfiriendo la carga al muro/pared, que al mismo tiempo conducirá los esfuerzos al cimento corrido sobre éste, no a la zapata.

¿Cómo se distribuye el peso en este tipo de construcción?

En la albañilería confinada toda la carga se distribuye a lo largo y ancho de toda la estructura, por lo cual se desplaza con el movimiento

Para evitar que el muro se fracture con el movimiento/desplazamiento de las esquinas, se usan elementos de arriostramiento, que conjuntamente con las columnas de concreto reforzado a su lado resisten la fuerza y previene el agrietamiento.

Es decir, que ante un posible movimiento sísmico toda la estructura se mueve, y las columnas con los muros tienen la suficiente rigidez para evitar la fractura de las esquinas. 

En todo caso, es importante colocar en el sistema de riostra al menos 4 varillas de acero de ½ y estribos de 3 ó 4 octavos. 

Desventajas del sistema

El sistema de albañilería confinada en la construcción es viable y perfectamente aplicable a un proyecto, porque facilita llevar a cabo cualquier cambio que se desee a futuro en el interior de la edificación, dado que los muros/paredes, al no soportar cargas importantes de la estructura se pueden mover sin problema. Sin embargo tiene inmerso algunas desventajas que deben conocerse:

  • Por normativa constructiva de albañilería, no puede ser muy alto, por lo general el sistema estructural no debe superar 15 mts de altura, esto significa, edificaciones no mayores a 5 pisos.

  • El peso de la estructura de albañilería confinada descansa en los muros, por lo cual estos son agentes de carga, lo que requiere colocar estos elementos al menos en dos direcciones (ejes x/y) con columnas en sus esquinas para transportar los esfuerzos en los cimientos corridos y la cortante sísmica.

  • Los muros deben tener la misma posición y/o dirección en todas los niveles de la edificación, de lo contrario la carga no tendría el necesario apoyo de descarga. Por ello se requieren muros/paredes en posición contínua de abajo hacia arriba

  • Un muro/pared se puede complementar con una pequeña placa para aportar rigidez y que absorba el movimiento sísmico.

  • Los esfuerzos no se distribuyen de forma puntual en un sistema estructural de albañilería confinada, sino a través de una viga delgada sin armadura o concreto tipo ciclopio con cargas bajas.

  • De omitir las columnas en las esquinas, los muros/paredes además de desplazarse con el movimiento, se agrietan ocasionando daños considerables al área confinada

Los pórticos en la construcción moderna

Los pórticos conocidos en el sector de la construcción como marcos de portal, por lo general se constituyen de sistemas estructurales de poca altura, y constan de columnas y vigas horizontales/inclinadas, unidas a través de conexiones resistentes al momento. 

El pórtico como sistema estructural se conforma por vigas apoyadas en pilares/columnas, su función es transmitir cargas

En caso de que la unión entre ambos elementos (vigas/pilares) esté articulada, la viga sólo conduce carga vertical a los pilares, en cuyo caso, las columnas trabajan a compresión simple, es decir, solo el esfuerzo axial.

De tal forma, que en el sistema de pórticos, la resistencia de las acciones laterales/verticales, se valora por medio de la rigidez existente en las uniones o conexiones, así como la rigidez a la flexión de los elementos. El objetivo es aumentar el aprisionamiento o profundizar las secciones de la viga.

¿Cuándo aporticar una estructura?

Cabe destacar, que el pórtico se fundamenta en losas y techos, este último elemento transfiere la carga viva a las vigas a través de las viguetas de los techos hacia la columna, y ésta hacia la zapata donde descansará toda carga recibida al suelo.

Para construir un sistema aporticado, se debe analizar previamente la altura que tendrá la edificación

Por ejemplo, para un proyecto constructivo de 3 ó 4 niveles, hay que considerar el lugar, si es una zona sísmica o costera, por motivos de seguridad lo ideal es colocar placas para proveer la necesaria rigidez lateral.

En el caso de los muros, estos deben ser aislados, ya que tienen incidencia en los sistemas estructurales aporticados, vaciados con o sin muros.  

Los pórticos tienen un excelente comportamiento ante los desplazamientos sísmicos, gracias a la rigidez y robustez que aportan las vigas aporticadas. 

En general, las vigas peraltadas para sistemas estructurales aporticados son altamente robustas. Puesto que todo el conjunto de pórticos son resistentes al momento o desplazamiento, con la ayuda de las placas. 

Pórtico Vs albañilería confinada

Para muchas personas puede que le resulte muy oneroso desembolsar recursos para invertir en un sistema estructural aporticado, en cuyo caso la siguiente opción puede ser la albañilería confinada, descrita anteriormente, por resultar más accesible. Sin embargo hay que aclarar que este tipo de construcción tiene sus limitaciones.

Por ejemplo, si se prescindiera de los pórticos con aislamiento de muros (paredes), dichos muros dentados sin columnas y vigas peraltadas como suele trabajarse la albañilería confinada, el proyecto no tendría la necesaria rigidez y robustez que aporta el pórtico al sistema, se sugiere además no construir más de una planta.

En arquitectura, ingeniería civil y estructural, todo es posible, y efectivamente se puede optar por otros sistemas menos costosos y efectivos hasta cierto punto. 

Pero ciertamente en construcciones simples o de menor envergadura, es posible prescindir de esas grandes zapatas y columnas, siendo una alternativa viable la albañilería confinada.

Desventajas del pórtico

Además de la desventaja más obvia, como es el costo de los sistemas aporticados que supone la inversión en materiales como el concreto, perfiles, varillas, etc; se pueden mencionar algunos contras de este tipo de sistema estructural, que si bien es mucho más robusto y resistente que la albañilería confinada, se asocia con:

  • Ocupación de grandes luces (espacios) con longitudes limitadas debido al concreto reforzado (generalmente menor a 10 mts). Pudiendo incluso aumentar dichas luces si se opta por concreto pretensado
  • Por lo general, los pórticos son sistemas estructurales muy flexibles, con un diseño dominado por el desplazamiento lateral para proyectos que superan los 5 niveles.

  • Es un tipo de construcción húmeda, lo que hace el trabajo del pórtico más lento, pesado y, por tanto, más costoso.

¿Puedo combinar sistemas estructurales de albañilería confinada y pórtico?

Puede ocurrir, que una vivienda construida hace 30 ó más años se haya realizado con albañilería confinada, en cuyo caso, luego del estudio respectivo para determinar la modalidad constructiva aplicada, se puede construir con un enfoque de pórtico. ¿Qué hacer?, ¿Se pueden combinar ambos sistemas?

Si es posible combinar ambos sistemas, no es lo ideal, sin embargo hay que recordar que la distribución de las cargas, por ejemplo, no es inteligente colocar un sistema de pórtico sobre una de albañilería confinada, porque el primer nivel o piso carece de la capacidad para recibir y distribuir el esfuerzo del piso superior.

Debiendo reiterar en este sentido, que la regulación aplicable al sector de la construcción en general, rechaza o no autoriza este tipo de combinaciones estructurales híbridas, como es el caso de la albañilería confinada y el pórtico.

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Evaluación previa

¿Qué hacer y opciones viables?, lo primero es realizar una evaluación previa, a fin de  determinar si se puede optar por combinar ambos modelos, bien continuar con el sistema de albañilería confinada, siguiendo el orden de los muros/paredes de la primera planta.

O bien instalar un sistemas de columnas de pórtico en dicho nivel, es decir, sembrar columnas desde el primer nivel hasta el segundo, y partir de esta base sólida y robusta. 

Adicionalmente, conviene colocar alguna plaquita o losa, con el fin de que la primera planta aporte la necesaria rigidez a ella misma y a la segunda, el objetivo es que toda la estructura sea resistente y segura con los esfuerzos y desplazamiento lateral.

Detectar si hay problemas estructurales

Si durante la evaluación previa para detectar posibles problemas de humedad,  agrietamiento, o corrosión en la o columnas del primer nivel. 

Por ejemplo, algún sector afectado por dicha humedad, y se inicia la construcción de las columnas en el segundo nivel sin atender esa anomalía, puede acarrear consecuencias serias, y hasta fatales de sobrevenir algún sismo.

El acero al corroerse por la humedad es frágil, por lo cual es importante reemplazar las piezas de acero dañadas en lugar de resanar el área, pues de haber algún movimiento el muro se fractura. Y peor aún, las columnas de confinamiento con varillas de acero colocadas en el nivel superior se perderán.

¿Por qué?, muy sencillo, nunca una viga puede ser mayor a una columna, y siendo que está dañada, su capacidad de soporte es menor a las 4 varillas de acero con concreto colocadas para confinar el área superior. Al construir una viga más grande, lo primero que fallará será la columna por fractura ante cualquier esfuerzo.

Necesidades constructivas de pórtico Vs albañilería confinada

En definitiva, los pórticos son sistemas estructurales compuestas por columnas robustas, mucho acero de refuerzo, vigas peraltadas acompañadas de placas de concreto armado

Mientras que la albañilería confinada se fundamenta en ladrillos tipo king kong de 18 huecos, por tener la capacidad para soportar el peso de la vigueta del techo y columnas de confinamiento.

Generalmente, lo ideal es que toda la edificación se ejecute con el sistema elegido, es decir, albañilería confinada, toda la estructura tendrá columna/muro. Y en el caso del pórtico, contará con columna/zapata a lo largo y ancho de la estructura.

Por tanto, no deben combinarse ambas técnicas porque aunque se puede hacer, no son compatibles entre sí, al tiempo que la normativa aplicable a la construcción no admite tal combinación constructiva. O mejor dicho, la combinación de la albañilería confinada vs pórtico no tiene normativa que regule este sistema estructural híbrido.

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Comparativa de la albañilería confinada Vs Pórticos como sistemas estructurales 

En el sector de la arquitectura, ingeniería y construcción civil, muchos profesionales consideran que una edificación estructurada basada en muros de albañilería confinada, ofrece o tiene un mejor comportamiento frente a los fenómenos sísmicos, además de ser más económico que un proyecto constructivo  estructural fundamentado en pórticos de concreto armado.

En realidad es un asunto de preferencia y según la magnitud del proyecto constructivo, pues, como bien se aclaró en las líneas anteriores, si una edificación supera los 5 ó 6 niveles, lo más conveniente en términos de resistencia y seguridad, es optar por un sistema estructural basado en pórticos

Mientras que para un proyecto destinado a una vivienda, se puede optar por el sistema de albañilería confinada, al ser resistente a la fuerza sísmica y más económico que el aporticado. Sin embargo, para ilustrar de mejor forma la diferencia entre ambas propuestas constructivas, a continuación dejamos una tabla comparativa, para optar por la ideal:

Diferencias más representativas del pórtico y albañilería confinada

Albañilería confinada

Pórticos

Es más económicaEs más costosa, por requerir más materiales, tiempo y mano de obra.
Es menos vulnerable frente a un sismo. Confina los ambientes, no aporta valor a la construcción. Es resistente a los sismos, y aprovecha mejor  las áreas de uso, lo que añade valor a la edificación. 
Se aplica generalmente para edificaciones destinadas a viviendas. Además suelen ser de menor altura, es decir, para no mayores a los 15 mts.Se usan para proyectos de mayor envergadura. Su altura puede superar los tranquilamente los 30 mts. Su uso es frecuente en el sector industrial, comercial, etc.
Las cargas actuantes se transmiten y distribuyen a través de todos los elementos de albañilería debidamente reforzados (muros/paredes con viguetas), que llegan hasta el suelo de la cimentación.Las cargas actuantes se dirigen a las columnas y zapatas de la edificación, de manera uniforme en toda la estructura de columnas, losas y cimentación.
Requiere abundancia de muros/paredes de apoyo, que servirán de carga.Admite espacios o luces más amplias sin necesidad de recurrir a muros/paredes de carga.
Todos los muros/paredes por lo general deben tener una misma dirección vertical, ya que son portantes y distribuyen las cargas.No requiere de muros/paredes en una misma dirección, al no ser portantes, los esfuerzos se distribuyen en el sistema de columnas.
La cadena de concreto se vacía posterior a la construcción del muro/pared.Se conforma de una estructura de marco continuó y  estable con tramos claros sin obstrucción del arriostramiento.
El muro/pared se debe enmarcar en sus 4 lados por elementos de concreto armado o cimientos. Frecuente en construcciones de viviendas, porque los muros/paredes son elementos verticales que soportan las cargas horizontales y verticales.Las cargas verticales/horizontales se soportan conjuntamente por vigas y columnas. Muy común en grandes estructuras de concreto y acero.
Los muros/paredes deben ser capaces de resistir al menos 75% de la carga horizontal ante un sismo.El pórtico, debe estar capacitado para soportar el 25% del total de la carga sísmica.
Reduce y confina los ambientes debido a que debe reforzarse con elementos de concreto armado a lo largo de su perímetro. No se pueden mover.Ofrece múltiples usos gracias a la disposición de los muros/paredes que se pueden mover o eliminar, ofreciendo espacios internos más amplios, pudiendo incluso, cambiarse constantemente.
La cimentación de concreto de la albañilería se considera de confinamiento horizontal para los muros del primer nivel, lo que la hace menos flexible.Son sistemas estructurales ligeros en su masa que es más reducida, siendo por tanto un sistema altamente flexible que atrae poca carga sísmica.
Ofrece mayor rigidez lateral, permitiendo edificaciones de hasta 5 niveles con seguridad; la razón de ello es que los muros proveen rigidez lateral ante las cargas de este lado.Poseen menor rigidez debido a sus dimensiones más reducidas en ambas direcciones, con grandes derivas producto de su gran flexibilidad, lo que puede afectar los elementos no estructurales.
Cabe destacar que ambos sistemas estructurales: albañilería confinada y pórtico ofrecen un comportamiento estructural adecuado para cualquier edificación de 5 pisos, porque hacen frente a las amenazas sísmicas. Este riesgo es el factor clave señalado y regulado en casi todas las normativas aplicables a la construcción y que aplican en buena parte del mundo.

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Se ha comprobado que elegir los materiales adecuados para construir una edificación, más allá de los pórticos y la albañilería confinada, es clave para los sistemas estructurales, ya que será el esqueleto o armazón que sostendrá dicha obra constructiva. Por ende, nunca hay que declinar en invertir en materiales de óptima calidad y garantía, y eso es lo que hallarás en 3G Aceros.

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¿Te quedaron dudas?

Si quedan algunos vacíos en la presente introducción a sistemas estructurales para identificar el más económico y eficiente, en las siguientes líneas encontrarás algunos datos puntuales que son de gran ayuda para elegir el sistema estructural más idóneo y conveniente según el proyectos constructivo planteado. 

La razón de ello, es que muchas veces el desconocimiento impulsa a las personas a construir viviendas o proyectos con elementos estructurales que no se ajustan a la realidad o necesidad real. 

Esto lleva a invertir más recursos en materiales innecesarios, o bien optar por un sistema más barato sin un análisis previo de la zona o necesidad real.

Más del 60% de las viviendas en Latinoamérica se ejecutan por autogestión o medios propios. Donde se evidencian generalmente estructuras con pórticos y albañilería de confinamiento, sin observancia de los requerimientos de diseño sismorresistente previstos en la normativa aplicable en la región,  lo que incrementa la vulnerabilidad de las edificaciones, cuyo argumento es no invertir más de lo necesario.
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¿Cuántos tipos de albañilería y pórticos se pueden usar?

En términos de albañilería confinada, se han estudiado y aplicado en el sector de la construcción tres tipos básicos, donde su implementación determina el destino o uso de la edificación, los proyectos de cálculo y arquitectura respectiva. Y se refieren a:

  • Albañilería simple.

  • Albañilería armada.

  • Albañilería confinada o reforzada.

En cuanto a los tipos de pórticos clásicos que se suelen usar en las distintos construcciones, se pueden emplear los siguientes, también atendiendo a la magnitud o envergadura del proyecto arquitectónico:

Hay que recordar en este sentido, que el aporticado de conforma de un sistema de construcción más sólida y duradera, en vista de sus elementos estructurales compuesto por vigas y columnas conectadas por medio de nudos, formando pórticos resistentes en ambas direcciones: verticales (columnas), y horizontales (vigas).

¿Cuáles son las condiciones que debe tener un muro para considerarse confinado?

No todos los muros/paredes se pueden valorar como de albañilería confinada, para clasificar con tal, debe reunir algunos requisitos constructivos, dentro de los cuales se pueden mencionar:

  • El muro/pared debe enmarcarse en sus 4 esquinas o lados por algún sistema compuesto de concreto armado, o bien sujetarse a los cimientos.

  • Debe tener una distancia máxima entre cada eje de las columnas al menos 2 veces la distancia entre los elementos de refuerzo horizontal o vigas. 

  • Cada elemento de sus empalmes y anclajes que sujetan su armadura, debe ser altamente eficiente.

En conclusión, ambos sistemas estructurales, albañilería confinada y pórticos, son altamente eficientes cuando se trabajan adecuadamente y conforme a las necesidades reales de cada proyecto y la región donde se apliquen

Lo ideal es optar por el sistema que satisfaga los requerimientos constructivos conforme lo exige la normativa aplicable y capacidad de inversión, para construir viviendas o edificaciones seguras, confortables y eficientes, y ambos sistemas de albañilería confinada y pórticos son viables y seguros si se trabajan correctamente.

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Comparación de sistemas estructurales: albañilería confinada Vs Pórticos
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Aprende las diferencias entre los sistemas estructurales de albañilería confinada y pórticos, así como las ventajas o desventajas de cada uno.
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