CLASE DISEÑO DE LOSAS EN CONCRETO (MACIZAS Y LOSAS NERVADAS EN UNA SOLA DIRECCIÓN ) ~ Información básica de ingeniería civil

Los elementos estructurales que poseen gran cobertura superficial, son las bases del sistema teórico de cálculo debido a que en su superficie las acciones están transmitiéndose de forma directa, ya sean las de condición constante (permanente o variable) y las cargas móviles, estos elemento transforman el peso de los seres u objetos que se reposan sobre ellas en una corriente de energía mecánica que se transmite a las vigas de carga y luego a los miembros verticales, esto siempre cumpliendo con el estudio de integridad estructural y la teoría de la disipación de energía mecánica en los mecanismos estables.

En el diseño de estos elementos se encuentra una tipología, las losas macizas, losas nervadas en una dirección y las losas nervadas en dos direcciones o losa reticular, esto varia en el criterio del ingeniero calculista el uso del elemento más idónea para las exigencias de la losa.

En el diseño de vigas o losas de forma continua, con varios apoyos en condición hiperestáticas, existe una formulación para hallar los momentos en los tramos y apoyos de un elemento lineal, con carga constante uniformemente distribuida a lo largo de su cuerpo, esta formulación es representada por un algoritmo ya preestablecido del cálculo de variables en esta condición, con el propósito de simplificar la tarea del cálculo de los momentos y fuerzas de corte, y solo dedicarse al diseño del elemento, en caso con cargas de distinto orden geométrico se debe aplicar otro método de cálculo para determinar los valores necesarios para el diseño.

El método de los diagrames de momentos envolventes y fuerzas constantes cumplen las siguientes condiciones.
El número de tramos debe ser de dos o más.
Las luces deben ser aproximadamente iguales, sin que la luz de dos tramos adyacentes supere más de un 20% al otro.
Las cargas deben ser uniformemente distribuidas a los largo de la continuidad.
El valor de la carga variable no debe exceder tres veces el de la carga permanente.
Los miembros deben ser prismáticos.
Las cargas en los diferentes tramos son iguales entre si y no debe diferir más de un 20% una de la otra.

La carga distribuida corresponde a la variable Wu, previamente mayorada sea la condición de cargas, estos diagramas envolventes dan el mayor de los valores según la adecuada aplicación de las sobrecargas en los tramos del elemento. En los casos ln debe representar.

La luz libre para los momentos positivos o fuerzas cortantes.
La luz promedio de las luces libre adyacentes para momentos negativos en los apoyos.

Estos diagramas de momentos las fuerzas de corte se determinan superponiendo los cortes resultantes de las cargas aplicadas en los tramos, y obtener los momentos de continuidad dados por los momentos negativos en los apoyos.

Momentos flectores y fuerzas cortantes aproximados para vigas y losas continuas.

LOSAS EN UNA SOLA DIRECCIÓN

Losas macizas.

Las losas de este tipo son elemento pesado debido que se conforman de concreto y acero, de manera maciza en toda su área, son de espesor uniforme, el área mínima y la separación máxima del acero principal será las que sean necesarias por la retracción y la variación de temperatura.

Para soportar los esfuerzos de retracción y temperatura las losas estructurales armadas en una sola dirección, se integrara una armadura de repartición de forma perpendicular a la principal con una separación máxima de 35 cm, la relación que existe entre la sección de acero y concreto con respecto a los esfuerzos de retracción y temperatura no será menor a los siguientes valores.

En losas donde se emplean cabillas estriadas de grado 28 o grado 35: 0.002
En losas donde se emplean cabillas o mallas de alambre electrosoldadas (lisa o estriada) grado 42: 0.0018
En losas de acero de fy > 4200kg/cm2: (0.0018*4200)/fy
En ningún momento será menor a 0.0014

El cálculo de los acero de las armaduras en cada dirección se deben considerar los momentos mayorados de las secciones más críticas pero no puede ser menor que el acero requerido para soportar la retracción y la temperatura. Las distancia de centro a centro de acero en las secciones críticas no será mayor de dos veces el espesor de la placa, a excepción de las losas nervadas, las armaduras ellos tramos regidas por los momentos positivos perpendiculares a un borde discontinuo será colocado hasta el extremo de la losa con su respectivo anclaje de gancho rectos de 15 cm o más de una viga de borde o muro.

Con respecto a los armados en los apoyos definidos por el momento negativo, perpendiculares a un borde discontinuo se doblaran para terminar con un anclaje en una viga de borde o muro, de modo que se logre alcanzar la resistencia cedente de la cara del apoyo. Cuando el borde de una placa losa deforma discontinuo no está apoyado a una viga se considera como un voladizo las armaduras deben anclarse en la placa.

Las losas armadas en una dirección, son elementos que transmiten la carga únicamente en una dirección según definirá el sentido longitudinal del acero principal junto al borde traccionado.

Las losas en una dirección presentan tres tipos de formas de trabajo mecanico.

Caso1, como volados soportándose en un solo borde empotrado o de forma continúo.
Caso 2, soportadas solamente en dos bordes opuestos por la ausencia de bordes perpendiculares.
Caso 3, apoyadas en todos los bordes pero cumpliendo la relación de luces a los lados, (lado mayor/ lado menor) > 2, en este caso la transmisión de los esfuerzos se realiza en el lado más favorable.

Para los diseño de losas en una dirección se considera un ancho de 1 metro, suponiendo la totalidad de las cargas permanentes y variables mayoradas actuando de manera uniforme distribuidas a los largo de la losa.

Las cargas permanentes correspondes al peso propio de la losa más las sobrecargas estáticas del piso, sobre pisos cielos rasos entre otros. Qu = 1.2 carga permanente.

Las variables o sobrecargas accidentales corresponden al peso de las personas, vehículos y otras cargas móviles en general. Pu = 1.6 carga variable.

Considerando que la carga total mayorada para el diseño de losas es la suma de las dos Qu + Pu.

La luz de los tramos para el cálculo de losas es tomada desde el eje que cada apoyo en la dirección considerada. Los casos 2 y 3 explicados anteriormente los tramos tiene en común que se encuentran simplemente apoyadas en los bordes de la luz de la losa y en estas condiciones solo se generan momentos positivos, máximos en el centro de la luz. Pero las losas pueden ser continuas siendo estructuras hiperestáticas los cual resultan con momentos negativos en los apoyos y momentos positivos en los tramos.

En el caso 1 los momentos son negativos y corresponde a los bordes de losas empotradas en un miembro de gran rigidez flexión, como una viga de gran peralte o un muro estructural.

Al diseñar losas con tramos continuos, se debe tener en cuenta cual es la continuidad que tiene el elemento para obtener un diseño viable y buena distribución del acero principal, se debe tomar en cuenta los momentos máximos en los tramos y los momentos máximos en los apoyos estas se causan por los esfuerzos que están accionando en todos los tramos de forma simultánea.

Posición de la carga accidental.

Estados de la carga más desfavorable.

Momento negativo máximo sobre el apoyo B.

Para el máximo momento negativo sobre apoyo se debe aplicar la máxima carga en los tramos adyacentes al apoyo y de forma alterna a los demás.

Momento positivo máximo en los tramos 2 y 4.

Para que el máximo momento positivo en un tramo se supondrá la máxima carga en ese tramo y de forma alterna a los demás.

Momento mínimo positivo o negativo en los tramos 2 y 4.

En el mínimo momento negativo o positivo en un tramo o apoyo, se debe descarga dicho tramo en forma alterna a los demás.

Cuando las luces son iguales en todos los tramos y no difieren entre tramos adyacentes en más de 20% y el valor de la sobrecarga no supere tres veces el valor de la carga permanente se puede resolver usando los diagramas de momentos envolventes.

Si los tramos son muy disparejos en cuanto carga y luces, estos exceden las condiciones, el estado de solicitación de debe obtener aplicando criterios para la resolución de estructuras hiperestáticas, como el métodos cross, el de las fuerzas o el teorema de los tres momentos.

Se tiene en cuenta que en las losas de este tipo el acero principal va en dirección de la carga donde se producen los momentos positivos y negativos máximos junto al borde traccionado. De manera perpendicular se debe colocar el acero mínimo de retracción y temperatura. Las alturas mínimas de las losas se deben expresar por la condición de apoyos y la longitud de la luz para contrarrestar las deflexiones por flecha.

Losas nervadas.

Este tipo de losas es con el propósito de aligerar el peso propio del elemento especialmente en aquellos casos donde los espesores son considerables, se les construye con nervios que no están a mas de 70 cm de separación de eje a eje, los espacios de los nervios pueden dejarse libre o se coloca bloques aligerados.

Estos bloques son los que reemplazan el área de concreto de una losa maciza, otorgando a los entrepisos una buena aislación térmica y acústica, la construcción de este tipo de los es sencilla ya que los bloques se colocan directamente sobre los encofrados soportados por cerchas o viguetas, estos deben respetar el nervio así que se colocan bien alienados unos a los otros, después se vacía las losa, se forma el nervio y la loseta para formar un todo de manera monolítica.

Esta loseta debe tener un espesor mínimo y la distancia libre entre los bloques no debe ser menor a 10 cm, para absorber los momentos que se producen en los empotramientos parciales, donde se le coloca una franja maciza entre la losa y la viga o muro.

Estas losas livianas cuando son empotradas a un muro o viga se deben macizar porque es en donde se generan los momentos negativos. El diseño de este tipo de losas se realiza de la misma forma que el macizo tomando en consideración el ancho de 1 metro en direcciones ortogonales, la diferencia entre estas losas se nota en el acero de refuerzo que no se distribuye de manera uniforme en la superficie sino que es concentrada en los nervios donde se colocan 1 o dos barras de acero principal.

La capa de compresión superior de espesor no menor a 5 cm se coloca una armadura mínima de repartición, por retracción y temperatura. Las losas nervadas en una dirección deben llevar nervios transversales.

Hasta 4 m de luz, un 1 nervio transversal.
Hasta 6 m de luz, dos 2 nervios transversales.

Los nervios tendrán igual dimensión y armadura que los nervios longitudinales incluyen los anchos o estribos.

Cuando las losas nervadas llevan bloques de relleno, estos deben cumplir con las especificaciones de las normativas, que exige una resistencia a la compresión de los mismos no inferior a la del concreto para evitar la rotura por esfuerzos excesivos a compresión.

Para el diseño de los nervios en las losas nervadas en una dirección se debe diseñar una viga T, con las dimensiones requeridas por la losa.

Vigas de sección T y L de concreto armado.

Debido a su sección estas vigas se caracterizan por tener un ala de compresión que ayuda a soportar los esfuerzos flectores solicitados.

Para el ancho mínimo del ala en las vigas T se determina.

Este tipo de vigas en T presentan dos casos, en relación a la posición que ocupa el eje neutro.

El eje neutro cae dentro del ala de la viga, es decir corta la losa o la paca.

Corresponde a una viga rectangular de ancho b donde se ha eliminado una parte del concreto de la zona traccionada. Como no se acepta la hipótesis del concreto traccionado la viga en este caso se analiza como si fuese rectangular de ancho b.

El eje neutro corta el nervio de la viga, en el ancho bw.

Es de una viga T donde el ala se encuentra comprimida en su totalidad, y también una parte del nervio, por lo cual su resistencia es algo menor que si fuera de manera rectangular de ancho b en toda la zona comprimida.

En el trabajo de una viga en forma de T, el bloque de compresión es de forma rectangular, representando un ancho variable en su altura del área comprimida, por lo cual resulta que la C se analiza por separado C1 y C2.

C= C1 + C2 =0.85*fc*a*bw + 0.85*fc*t(b-bw)

C1, es la resultante de los esfuerzos de compresión en la zona del alma de la viga con un ancho bw, C2 corresponde a las alas de los nervios.

La compresión C1 está siendo aplicada a la mitad de la altura a y C2 esta situada en la mitad del espesor del ala t. el área de acero en tracción necesaria para mantener un equilibrio de la sección de concreto del nervio, es un As, y el acero para equilibrar las alas es Asf.

Sabiendo que Asf, es conocido como área de acero ficticio estáticamente equivalente a la fuerza de compresión correspondiente a las salientes el ala, es decir, las alas a los lados del nervio equivalieran una determinada área de acero a compresión, por lo cual las vigas T se analizan como vigas doblemente armadas y su área total de acero resulta.