Teoría Clásica de Losas Macizas Losas Una losa es un elemento estructural normalmente sometido a flexión ya que las cargas que en esta actúan son principalmente perpendiculares a esta, su función principal es sostener las cargas que hay en una estructura y transmitir estas a las vigas y columnas. Estas losas son elementos usualmente planos que están apoyadas principalmente en las vigas sin embargo algunas losas se encuentran apoyadas sobre las mismas columnas directamente sin la presencia de vigas. Tipos de Losas La variedad de soluciones estructurales que pueden darse a un sistema de piso es tan grande que haría interminable un intento de enumerarlas o aún de clasificarlas en detalle. Es en estos sistemas donde mayor es el número de innovaciones que se presentan continuamente, ligadas sobre todo a tecnologías de construcción que tratan de hacer más rápida y más sencilla la fabricación. Se han seleccionado una serie de parámetros como lo son las condiciones de apoyo, la dirección del armado, la composición de su sección transversal, y el material y el método que se utiliza para su construcción, para hacer posible una clasificación de las losas.
Tipos de Losa Losas Macizas: Son elementos estructurales 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 alto a comparación de otras losas, su ventaja soporta mayor peso, en áreas pequeñas normalmente son utilizadas para montar tanques de agua o estructuras pesadas y son más 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 losas 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. Usos: se utiliza principalmente en casas de habitación, en claros cortos, ya que en claros extensos tiende a colgarse.
Losa Nervada: está constituida 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 continuas 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. La combinación de elementos prefabricados de concreto imple 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. Usos: es ideal para la construcción de viviendas, entrepisos, cubiertas y planteles educativos. Los Acero: este sistema está desarrollado para uso en losas de entrepisos metálicos en edificios. Sus componentes básicos son: lamina acanalada con indentaciones, malla electrosoldada y concreto. Usos: son utilizados en entrepisos de edificaciones, ampliaciones y mezaninas, puentes y techos para vivienda multifamiliar.
Usos de las Losas La losa es un elemento flexional de espesor uniforme que sostiene cargas distribuidas en su superficie. Las losas pueden estar armadas para soportar flexión en una o dos direcciones. Estas losas puedes ser nervadas o viguetas en una o dos direcciones. Losa Unidireccional: una losa unidireccional de concreto armado es un elemento flexional que cubre el claro entre apoyos en una sola dirección y que está reforzado contra la flexión en un solo sentido. Si una losa está apoyada en vigas o muros por los cuatro lados, pero su claro largo equivale dos veces el claro corto, casi toda la carga es soportada en el sentido corto; por tanto, la losa puede diseñarse como si fuera unidireccional. Las losas unidireccionales pueden ser macizas, nervadas o aligeradas con cajonetas. Las losas unidireccionales pueden acartelarse en los soportes para aumentar su resistencia a la flexión o al cortante. La resistencia dependerá del peralte que tenga, así como del refuerzo y las propiedades de los materiales utilizados. El peralte de losa necesario para generar la resistencia se calcula suponiendo que un ancho de 30 centímetros de la losa equivale a una viga.
Tipos de Cargas El tipo y espesor de la losa, permite estimar el peso que va a actuar en la estructura, este estudio se conoce como “análisis de carga” y es un paso importante en el cálculo de una estructura. El análisis de carga se realiza según los pesos de los materiales y elementos constructivos a emplear en la edificación. En ausencia de una información más precisa se pueden adoptar los valores del Capítulo 4 sobre acciones permanentes del “Criterio de acciones mínimas para el proyecto de edificaciones” COVENIN 2002-88. El valor de la carga permanente por lo general es la suma de los siguientes componentes: 1. Peso del pavimento (entrepiso) o revestimiento de techo (techo). 2. Peso de losa. 3. Peso de la tabiquería (entrepiso) o de impermeabilizante (techo). 4. Peso del acabado. En la misma normativa de acciones mínimas, se puntualiza la forma para determinar las cargas variables. Para obtenerla existen dos alternativas, el estudio estadístico de la carga a lo largo del tiempo o los alores mínimos indicados en la Tabla 5.1 de la norma COVENIN 2002-88, la cual está organizada según los usos de la edificación y sus ambientes (COVENIN, 1988).
A continuación, se indica el análisis de carga para un entrepiso y techo según los pesos indicados en COVENIN 2002 – 88.
Entrepiso Elemento
Peso Kgf/m2
Granito
100
Losa nervada armada una dirección 20 cm
270
Bloque de arcilla de tabiquería espesor de 15 cm
230
Friso de cal y cemento 4 cm de espesor
19*4=76
Total Carga Permanente (CP)
676 Kgf/m2
Carga Variable Educacional Área Privada (CV) 300 Kgf/m2
Techo Elemento
Peso Kgf/m2 100
Teja curva de arcilla con mortero de asiento Manto asfaltico de 5 mm de espesor 3 capas
6*3=18
Losa maciza armada una dirección 22 cm
550
Friso de cal y cemento 4 cm de espesor
19*4=76
Total Carga Permanente (CP)
744 Kgf/m2
Carga Variable Techo Sin Acceso (CV)
100 Kgf/m2
Losas macizas Este tipo de losas son usadas principalmente para la construcción de caminos a los cuales se les llama losa de pavimentación. Cabe mencionar que las losas macizas suelen usarse también en construcciones de edificios. Las aceras, los caminos y los pisos de sótanos se construyen al colar una capa de concreto delgada directamente sobre la superficie del terreno (Parker y Ambrose, 1996). Ver la siguiente imagen.
Las losas macizas se diseñan, en general, como si estuvieran compuestas de una serie de tablones de 12 pulg de ancho. Por consiguiente, el procedimiento, consiste, simplemente, en diseñar una sección de viga con un ancho determinado de 12 pulg. Una vez que se establece el peralte de la losa, se determina el área de acero, que se requiere la cual se especifica como el número de pulgadas cuadradas que se requiere, de acero por pie pulgada de ancho de la losa.
Las varillas de refuerzo se seleccionan entre una variedad limitada de tamaños apropiados para el espesor de la losa. Para las losas delgadas (4 a 6 pulg de espesor), las varillas pueden ser del número 4 al número 6 (diámetro nominal de 3/8” pulg a ¾” pulg). La selección del tamaño de las varillas se relaciona con la separación entre ellas, por lo que la combinación da por resultado la cantidad del refuerzo en función de pulgadas cuadradas por pie de ancho de la losa. No existe una separación mínima, aparte de la que se requiere para el colado apropiado del concreto; sin embargo, una separación muy pequeña indica un número muy grande de varillas, lo que hace que su instalación sea laborosa. Cada losa debe estar provista de refuerzo en dos direcciones, no importa cuáles sean sus funciones estructurales. Esto es necesario para satisfacer los requisitos de resistencia a efectos de contracción, producidas por la reducción de la humedad y de la temperatura.
Diseño de losas mediante teoría Clásica En la mayoría de las construcciones y especialmente en los edificios, se pueden identificar dos subsistemas estructurales sobre los que se pueden tomar decisiones independientes, relativas a la solución más conveniente, antes de analizar la estructura completa. Estos subsistemas son el horizontal, o de los sistemas de piso, y el vertical, o de los sistemas resistentes. A pesar de esta subdivisión, es importante tener en mente que el sistema estructural de la construcción es una sola unidad y que la interacción entre los diversos subsistemas no es en general despreciable. Esta sección se enfoca en el estudio de los sistemas de piso, los cuales son conocidos en nuestro país con el nombre de Losas o Placas. Las losas son los elementos estructurales encargados generalmente de recibir de forma directa las cargas de funcionamiento de una edificación, es decir, estas soportan el peso de las personas, objetos, materiales, maquinarias, etc., que estarán dando uso a la misma, y así trasmitirlo a los demás elementos estructurales que llevarán las cargas hasta el suelo de fundación. Generalmente son considerados elementos bidimensionales debido a que tienen una dimensión mucho más pequeña que las otras dos. El ancho y el largo, de dimensiones parecidas, forman un plano perpendicular al espesor de dimensión mucho menor. Las cargas que actúan sobre las losas son esencialmente perpendiculares a su plano principal, es por ello que su comportamiento está dominado por el efecto de flexión de dicho plano. Cumplen un papel muy importante en el desempeño antisísmico de la estructura, ya que se deben comportar como un diafragma rígido que no sufre deformaciones en las direcciones paralelas a su plano principal y une a todos los demás elementos en su mismo nivel de manera que se garantice que todos los elementos de un piso tendrán desplazamientos laterales de igual magnitud cuando la estructura sea atacada por un sismo. Las losas son el primer elemento a ser diseñado y calculado en la estructura y aportan la mayor parte del peso de la misma tanto por las cargas verticales que resisten como por su peso propio por lo que pequeñas diferencias en las dimensiones significan grandes diferencias en el peso. Durante el proceso constructivo son el último elemento a ser construido por nivel, y
la manera como se lleve a cabo su elaboración puede ser determinante en su posterior desempeño, razón por la que se debe ser muy cuidadoso en éste aspecto. Armado de losa nervada de una dirección con casetones con bloques de polietileno.
Losa Reticular
Losa Prefabricada
Las losas son el primer elemento a ser diseñado y calculado en la estructura y aportan la mayor parte del peso de la misma tanto por las cargas verticales que resisten como por su peso propio por lo que pequeñas diferencias en las dimensiones significan grandes diferencias en el peso. Durante el proceso constructivo son el último elemento a ser construido por nivel, y la manera como se lleve a cabo su elaboración puede ser determinante en su posterior desempeño, razón por la que se debe ser muy cuidadoso en éste aspecto.
Armado de losa nervada de una dirección con casetones con bloques de polietileno.
Pasos A Seguir En El Análisis, Diseño Y Construcción De Una Losa El siguiente diagrama de flujo nos permite seguir una serie de pasos que han sido ordenados en forma esquemática para facilitar el proceso de análisis y diseño de una losa. Como se verá más adelante cada paso depende del anterior, por lo que debemos seguir a cabalidad el orden y la secuencia de los mismos. A lo largo de éste capítulo se detallan los procedimientos y métodos que se involucran en cada uno de estos pasos, haciendo referencia a las pautas que establece la Norma para cada uno de ellos.
Fundamentos Teóricos Considerados Durante El Diseño Y Cálculo De Losas En el análisis y diseño de losas hay una gran cantidad de conceptos y fundamentos teóricos involucrados que hemos considerado pertinente mencionarlos para facilitar el entendimiento de los procedimientos que se llevan a cabo durante icho proceso. Durante muchos años el cálculo estructural estuvo basado en la Teoría de Línea Recta también conocida como Teoría de los Esfuerzos Admisibles, en la que los elementos se diseñaban para soportar un esfuerzo admisible menor al de rotura (máximo), rango en el cual las relaciones esfuerzosdeformación pueden considerarse lineales (Ley de Hooke, de allí el nombre de “Línea Recta”).
Materiales ………………….
Concreto……….. α adm =0,4 fc
Esfuerzos admisibles
Acero………….. α adm= 0,55 – 0.6 Fy
Cargas: Cargas reales: cargas a las cuales estará sometida las estructuras cuando entre en servicio: por ejemplo, el peso propio de los elementos, personas, objetos, entre otros. Esta teoría conllevaba a la obtención de dimensiones muy grandes de los elementos debido a que solo se les permitía trabajar a un porcentaje de su resistencia máxima y no dejaba un rango de seguridad debido a la incertidumbre que existe en el cálculo de algunas de las cargas que actúan sobre una estructura. En la actualidad se ha adoptado la Teoría de Rotura como patrón de trabajo en el ámbito de la Ingeniería Estructural, en ésta los materiales se diseñan en base a su máxima capacidad (a la rotura) pero para cargas ya no reales, sino mayoradas, lo que le aporta un rango de seguridad más amplio al cálculo estructural.
Materiales ………………….
Concreto……….. α = fc
Esfuerzos admisibles
Acero………….. α = Fy
Cargas: Cargas Mayoradas (últimas): cargas reales multiplicadas por un cierto factor de mayoración detemrinados en forma probabilística. Los factores de mayoración de cargas y de minoración de resistencias dependerán del estado límite para el que se esté diseñando, y de los efectos que se consideran en el cálculo estructural, los mismos están contenidos en la Norma COVENIN.
Análisis de Cargas Una vez definidos los apoyos y el espesor de las losas, el próximo paso consiste en determinar las cargas que el sistema de pisos le aportará a la estructura. Recordemos que dichas cargas estarán constituidas por la combinación de cargas que se mencionó anteriormente, contempladas en el Capítulo 9 de la Norma. Debemos determinar en primer lugar las cargas permanentes, constituidas por el peso propio de los elementos, los acabados como el mortero, el friso, las baldosas, y la tabiquería. Las mismas se expresarán en una relación de fuerza por unidad de área, que en otras palabras simplemente refleja cuantos kilos por metro cuadrado pesa la losa. En segundo lugar, se determinarán las cargas variables que dependerán básicamente del uso que tendrá la edificación, las mismas se encuentran en forma tabulada en la Norma Venezolana COVENIN-MINDUR 2002-88, y se presenta más adelante en éste capítulo. La combinación de las cargas permanentes y variables en forma algebraica sin ningún tipo de mayoración conforman lo que llamamos Cargas de Servicio y serán las que debe resistir la estructura a lo largo de toda su vida útil. Sin embargo, debemos combinar las cargas mayoradas, siendo éstas las utilizadas en el análisis estático que se le realiza a la misma para determinar las dimensiones definitivas y cantidades de acero de refuerzo que necesita cada elemento antes de proceder a métodos de análisis más rigurosos que incluyan las acciones sísmicas y otras de carácter accidental. El análisis de carga es un procedimiento a través del cual se determina el peso de un metro cuadrado de losa, para lo que debemos conocer con precisión la sección transversal de la misma y el peso unitario de cada material que ella contiene.
Sección transversal típica de Losa Nervada
Corte de una sección típica de losa maciza
Disposición del refuerzo en abertura de losa maciza
Disposiciรณn del refuerzo de una losa en volado