ANÁLISIS Y DISEÑO DE LOSAS EN DOS DIRECCIONES Y EN UNA DIRECCION

Introducción

3.1. INTRODUCCIÓNLos criterios más usuales a la hora de realizar una clasificación de losaspostesadas son: la forma de las losas, la disposición en planta de la armaduraactiva y el sistema de transmisión de cargas. Precisando estas trescaracterísticas se obtiene una definición exacta de la estructura.Se presenta a continuación una serie de tipologías estructurales atendiendo alos tres criterios mencionados:3.2. TIPOLOGÍA SEGÚN LA DISPOSICIÓN DE TENDONES EN PLANTALa transferencia de cargas desde el interior de una losa plana hacia los pilaresse realiza de la siguiente manera: los tendones de vano trasladan las cargas alos tendones sobre pilares y éstos a los apoyos.A partir de este concepto se plantean 4 soluciones para la disposición en plantade los tendones.• Concentrados en dos direcciones• Distribuidos en dos direcciones• Concentrados en una dirección y distribuidos en la otra• Disposiciones mixtas

En las edificaciones de hormigón armado las losas son aquellos elementos estructurales planos que permiten en primer lugar suministrar superficies de apoyo a las cargas verticales sean estas vivas o muertas y en segundo término actuar como elemento de amarre ( diafragma ) al sistema de columnas y muros que es en definitiva el que soporta la estructura.

Representación esquemática de las losas de edificiosComo ya se ha dicho, las losas pueden ser armadas en una o en dos direcciones, esto

quiere decir que pueden estar apoyadas en dos lados opuestos o en todo su perímetro. La dirección del armado de una losa depende básicamente de las dimensiones de sus lados y de las condiciones de apoyo de los mismos, y será determinante en el comportamiento estructural tanto de la losa como de sus elementos de apoyo.

En general, todo análisis y diseño de losas requiere de un planteamiento estructural previo, es decir, de una estructuración general a partir de la cual se confeccionan los planos índices que nos indican los apoyos y las dimensiones de los paños, con lo que se hará la determinación del tipo de losa a utilizar de acuerdo a la dirección del armado.

Las losas pueden ser de un solo tramo o continuas, dependiendo de la presencia de otras losas adyacentes en la estructura. El análisis y diseño de este tipo de entrepisos según la teoría de la elasticidad, conduce por lo general a desarrollos matemáticos complejos y laboriosos que sólo reflejan parcialmente las verdaderas condiciones de trabajo de los elementos.

Por ello, se han propuesto diferentes métodos simplificados que permiten abordar con suficiente aproximación los casos comunes en la práctica. Entre ellos, el método de Henry Marcus es uno de los más usualmente utilizados para la resolución de losas de entrepiso, y sus fundamentos teóricos permiten determinar, en función de las luces y condiciones de apoyo, el porcentaje de la carga total que es soportado en una dirección y en la ortogonal, de manera que podremos saber si es necesario armar en una o en dos direcciones.

A partir de los planos índices del edificio, en los que se indica la ubicación de las vigas, muros y columnas, se puede determinar las dimensiones que tendrá cada paño de losa en cada nivel.

Para cada paño se debe verificar la relación de luces, con la que podremos determinar en qué dirección se debe armar la losa.

La losa puede apoyarse directamente sobre columnas o descansar sobre muros cargueros, vigas de hormigón o de acero generando así diferentes de condiciones de apoyo que indican formas especiales de trabajo estructural. Por ejemplo si la losa se apoya en todo su perímetro sobre vigas cargueras rígidas o sobre muros se tiene el sistema de “ Losas perimetralmente apoyadas ” el cual puede trabajar en una o dos direcciones de acuerdo a la relación de sus lados, figura 10.2.b. Si la losa se apoya en solo dos vigas o muros cargueros se tiene la “losa en una dirección”, figura 10.2.a. Si finalmente se apoya directamente sobre las columnas se generan dos tipos de superficies únicas en el hormigón armado: “la losa plana y la placa plana“, figura 10.3.

Igualmente una losa puede ser completamente sólida o contener cavidades vacías, en el primer caso de tiene la “Losa maciza” y en el segundo “la losa aligerada”. La losa aligerada es la más utilizada en los edificios porque al permitir disminuir el peso propio de las edificaciones se disminuye el costo. La losa maciza es utilizada en los tableros de puentes por su alta capacidad estructural, figura 10.4.

Adicionalmente a los tipos de losas indicados, existen otras que se apoyan en toda su superficie como los pisos de edificios, pavimentos de vías, pisos de bodegas y parqueaderos que requieren un tratamiento diferente a las anteriormente mencionadas.

El refuerzo en las losas se coloca en forma convencional en dirección paralela a lassuperficies planas superior e inferior, sin embargo en el caso de losas de puentes, se pueden utilizar acero doblado a 45° que permite resistir tensiones por flexión positivas y negativas sin interrumpir longitudinalmente el refuerzo. Se puede utilizar también mallas electro soldadas como refuerzo en losas y acero de alta resistencia en forma de cables para losas postensadas.

Análisis y diseño de losas perimetralmente apoyadasComportamiento estructuralLas losas en una dirección se deforman bajo carga siguiendo una superficie cilíndrica similar a la indicada en la figura 10.5. En este sentido la acción estructural es principalmente en una dirección, es decir normal a los bordes de apoyo de la losa. Sin embargo este no es el caso general y muchas veces las losas tienen dimensiones y están apoyadas de tal forma que se presenta una acción bidireccional es decir la superficie deformada ya no es cilíndrica sino en forma de domo esférico y cualquier punto de la losa está sometido a dos tipos de curvaturas indicando que existen momentos en las dos direcciones ortogonales. Para resistir estos momentos la losa se debe reforzar en ambas direcciones con capas de acero cuyas cuantías aseguren una adecuada capacidad de carga cuando se someta a las diferentes solicitaciones externas.

DETERMINACIÓN DE LA DIRECCIÓN DEL ARMADO

Como ya se ha dicho, las losas pueden ser armadas en una o en dos direcciones, esto quiere decir que pueden estar apoyadas en dos lados opuestos o en todo su perímetro. La dirección del armado de una losa depende básicamente de las dimensiones de sus lados y de las condiciones de apoyo de los mismos, y será determinante en el comportamiento estructural tanto de la losa como de sus elementos de apoyo.En general, todo análisis y diseño de losas requiere de un planteamiento estructural previo, es decir, de una estructuración general a partir de la cual se confeccionan los planos índices que nos indican los apoyos y las dimensiones de los paños, con lo que se hará la determinación del tipo de losa a utilizar de acuerdo a la dirección del armado.Las losas pueden ser de un solo tramo o continuas, dependiendo de la presencia de otras losas adyacentes en la estructura. El análisis y diseño de este tipo de entrepisos según la teoría de la elasticidad, conduce por lo general a desarrollos matemáticos complejos y laboriosos que sólo reflejan parcialmente las verdaderas condiciones de trabajo de los elementos.Por ello, se han propuesto diferentes métodos simplificados que permiten abordar con suficiente aproximación los casos comunes en la práctica. Entre ellos, el método de Henry Marcus es uno de los más usualmente utilizados para la resolución de losas de entrepiso, y sus fundamentos teóricos permiten determinar, en función de las luces y condiciones de apoyo, el porcentaje de la carga total que es soportado en una dirección y en la ortogonal, de manera que podremos saber si es necesario armar en una o en dos direcciones.A partir de los planos índices del edificio, en los que se indica la ubicación de las vigas, muros y columnas, se puede determinar las dimensiones que tendrá cada paño de losa en cada nivel.Para cada paño se debe verificar la relación de luces, con la que podremos determinar en qué dirección se debe armar la losa.

3.3. TIPOLOGÍA SEGÚN LA FORMA DE LA LOSA.En este caso se realiza además una primera clasificación de los forjados según si la transmisión de cargas se realiza de modo unidireccional o bidimensional. Losas Planas:

Las ventajas de este tipo de forjados residen fundamentalmente en la sencillez y economía del encofrado, la flexibilidad en la disposición de pilares y la

planeidad de los techos, que garantiza una adecuada estética y un sencillo trazado de servicios e instalaciones.

Como desventajas aparecen, a medida que aumenta la luz, problemas de punzonamiento y de congestión de armadura pasiva sobre apoyos. En vanos importantes el consumo de hormigón es excesivo debido a la ausencia de aligeramientos y se producen mayores deformaciones que en otros sistemas.

Se utilizan para cubrir luces entre 7 y 10m y para cargas no mayores de 10kN/m.

No se recomienda su utilización cuando existan luces muy distintas en cada dirección, salvo que la dirección de mayor luz se haga postesada y la otra armada.

En cuanto al trazado de tendones, se puede utilizar cualquiera de las tipologías citadas, siendo la concentración de tendones en una dirección y la distribución en otra, la más usual al proveer una mejor compensación de cargas.

Losas con Capiteles o Ábacos:Las ventajas de este tipo de forjados residen en un aumento de la resistencia de la losa al punzonamiento así como en un menor consumo de hormigón para vanos importantes cuando se utilizan capiteles. Los ábacos además, si respetan ciertas dimensiones mínimas, también aumentan la capacidad resistente frente a momentos sobre pilares y la concentración de armadura sobre pilares se ve reducida. El principal inconveniente es la mayor complicación y costo del encofrado.Se utilizan para cubrir luces de hasta 13 m y para cargas no mayores de 10 kN/m.El trazado de tendones es similar al caso anterior, siendo más adecuadas las disposiciones mixtas.

Losas Aligeradas:Las ventajas de este tipo de forjados son similares a los de las losas bidireccionales macizas; no obstante, a igualdad de canto, cargas y luces, estas losas tienen una mayor resistencia al punzonamiento y las deformaciones generadas son menores.

Las desventajas de este tipo de estructura son evidentes. El encofrado y el armado de los nervios poseen un mayor grado de complicación, lo que aumenta el precio del metro cuadrado de forjado.

Se utilizan de modo óptimo cuando las luces se sitúan en torno a los 13 m y para cargas no mayores de 10 kN/m.

Respecto al trazado de tendones, en este caso se utilizan trazados en planta distribuidos, y si se disponen macizamientos en las líneas de pilares, se concentran una mayor cantidad de tendones en estos.

Este tipo de losas deben cumplir unos requisitos mínimos de ancho de nervio, espesor de losa y recubrimiento para satisfacer las condiciones de resistencia al fuego, y también para permitir un correcto hormigonado de los nervios, ya que poseen armadura pasiva y activa.

Losas de Vigas Planas en dos direcciones:La ventaja de este tipo de estructura es la capacidad de obtener

grandes luces en ambas direcciones. Su utilización resulta óptima para cubrir luces de alrededor de 15 metros en ambas direcciones y con cargas mayores de 10 KN/m2.

Las desventajas de este tipo de estructura son principalmente económicas. El alto coste del encofrado y la complicación para el tendido de instalaciones conllevan una rara utilización

La disposición en planta de los tendones puede ser concentrada en ambas direcciones o mixta en ambas direcciones.

3.3.2. Sistemas unidireccionalesLos sistemas unidireccionales son muy usuales cuando las luces en ambas direcciones son muy distintas; de forma que las vigas se encargan de cubrir las luces mayores y la losa se encarga de las luces menores.

Existen principalmente dos tipologías, las losas con vigas planas y las losas con vigas de canto. La mayor diferencia, aparte de la estética, radica en que las segundas cubrirán luces mayores que las primeras.

Los tendones se colocan concentrados en las vigas y se distribuyen uniformemente en la losa.