VICENTE PARRA Estructuras de Concreto Reforzado II

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TEMA: LOSAS (placas) construidas en CONCRETO ARMADO. OBJETIVO: Estudiar y comprender el diseño de losas de concreto

armado para los diferentes propósitos de su empleo.

CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE LOSA

Desde la aparición del concreto reforzado, las losas construidas con este material se han concebido y construido en un sinnúmero de formas. Algunas de estas simplemente eran imitaciones directas de sistemas de entrepiso construidos totalmente de madera, o de madera soportada por vigas de acero. Algunas fueron producto de un uso novedoso del material compuesto por concreto y refuerzo de acero.

Los aspectos económicos, el continuo avance en los métodos de construcción y en los métodos de análisis y diseño de losas, han llevado a la preponderancia a nivel mundial, de ciertos sistemas de losa, los cuales se clasifican y presentan a continuación.

La primera gran clasificación hace referencia a la manera como trabaja la losa con respecto a sus apoyos, con lo cual se pueden dividir en dos grandes grupos: (1) Losas en Una Dirección y (2) Losas en Dos Direcciones. No obstante en muchos casos esta división no es del todo clara, pues dentro de una estructura con losas en dos direcciones, algunos paneles debido a sus dimensiones en planta, donde una de ellas es mayor de dos veces la dimensión perpendicular, pueden trabajar en una dirección o sea en la dirección de menor luz. A su vez las losas tanto en Una Dirección como en Dos Direcciones se subdividen en diferentes modalidades cuya denominación obedece en general a razones históricas.

Con el fin de fijar una terminología que permita hacer referencia a los diferentes sistemas posteriormente, se presenta la siguiente clasificación válida dentro de la industria de la construcción en Norteamérica. No sobra insistir que las cantidades y dimensiones son las típicas del medio norteamericano. Las cuantías de armadura hacen referencia a la losa únicamente, no incluyen cantidades para las vigas, en los casos en que las haya, ni para las columnas ni la cimentación.

Las cantidades fueron estimadas utilizando concreto con f’c de 280 kg/cm2. Espesor de la losa 15 cm. Columnas de 50 x 50 cm. Altura del entrepiso 3 m. Carga muerta adicional al peso propio 240 kg/m2. Carga viva de 240 kg/m2. Los capiteles de 115 x 115 x 15 cm. Ábacos de 425 x 425 x 15 cm. En el caso de la losa con bandas, la banda tiene 115 cm de ancho y descuelga 20 cm por debajo de la losa y su luz es de 9 m. Para la losa reticular el espesor de la losa es de 43 cm la loseta superior de 7.5 cm. Los cajones tienen 91 x 91 cm. Viguetas de 15 cm de ancho y capiteles de 360 x 360 cm.

La práctica norteamericana ha variado con los años, especialmente en lo que respecta al uso del postensado en las losas, desde unos primeros usos a mediados de la década de 1950, hasta la práctica actual con un uso intensivo de

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tendones no-adheridos, los cuales se colocan dentro de ductos de cartón engrasado. Otro aspecto interesante es la desaparición del uso de losas macizas en dos direcciones sobre vigas descolgadas por razones económicas.

DESARROLLO HISTÓRICO DE LOS SISTEMAS DE LOSA EN COLOMBIA

Los primeros usos del concreto reforzado en Latinoamérica ocurrieron a comienzos del siglo anterior, pero su utilización real como un sistema constructivo de amplio uso vino durante la década de 1920. El diseño y construcción en concreto reforzado era simplemente un reflejo de la práctica europea y norteamericana, con una mayor influencia de esta última en el caso colombiano.

El tipo de construcción principalmente consistía en losas macizas sostenidas por pórticos pesados de concreto donde las vigas se descolgaban y tenían ménsulas en sus extremos. A pesar de que se construyeron algunos edificios utilizando losas en dos direcciones, en general el sistema típico tenía losas que trabajaban en una dirección.

Los métodos de análisis utilizando distribución de momentos, desarrollados por esta época en Norteamérica, especialmente el Método de Cross se hicieron muy populares con gran rapidez. Esto guió el desarrollo de los sistemas estructurales hacia concepciones aporticadas en contraposición a las estructuras sobre muros, situación que aún subsiste en el medio colombiano, donde solo hasta hace muy poco tiempo se han empezado a utilizar los muros estructurales de una manera intensiva.

Al final de la década de 1940 las objeciones arquitectónicas y económicas, a los sistemas estructurales con vigas descolgadas condujeron al desarrollo de sistemas de losas con una superficie inferior uniforme la cual se prestaba para una mejor distribución de los espacios interiores de la edificación y facilitaba las labores de diseño y construcción.

El Ingeniero Doménico Parma, nacido y educado en Italia,y quién viviera toda su vida profesional en Colombia, desarrolló en 1949, siendo director del departamento de estructuras de Cuellar Serrano Gómez y Cia. , un sistema de diseño y construcción de losas relativamente gruesas (25 a 55 cm de espesor), las cuales conformaban un sistema de losa-columna, aligeradas por medio de cajones de concreto no reforzado, conformando una retícula de viguetas en dos direcciones a la cual se le dejaban de colocar los cajones en la zona cercana a la columna conformando un capitel embebido dentro de la losa. A este sistema lo denominó el Dr. Parma “Sistema Reticular Celulado”, equivalente a lo que se conoce en Norteamérica como “Waffle Slab” o en México como “Losa-Plana”. Este sistema estuvo por algunos años, patentado no solo en Colombia sino en otros países Latinoamericanos.

El. Dr. Parma publicó posteriormente un libro donde describía los fundamentos acerca de cómo analizar y diseñar la losa y las columnas de la estructura. La preocupación primordial en esa época eran las cargas verticales de la estructura y esta publicación solo trataba este problema.

En 1974 apareció una nueva publicación del Dr. Parma con algunas modificaciones al procedimiento de diseño de “Reticular Celulado” y una

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metodología para tomar en cuenta las cargas horizontales. Este artículo fue presentado en la Convención de otoño del Instituto Americano del Concreto que tuvo lugar en la ciudad de México en Octubre de 1976.

Con la expedición del “Código Colombiano de Construcciones Sismo Resistentes” en 1984 se limitó la utilización de estructuras de losa -columna, como sistema estructural de resistencia sísmica, a las zonas de Riesgo Sísmico Bajo e Intermedio. En estas últimas se impusieron limitaciones adicionales al sistema en el Capítulo C.20, entre las cuales vale la pena mencionar:

(A) Obligación de dejar constancia de que los requisitos de deriva se verificaron y se cumplen.

(B) Toda la armadura colocada para resistir el momento causado por el sismo debe quedar en la franja de columna.

(C) La armadura que se coloque para resistir el momento causado por el sismo debe quedar en viguetas de capitel.

(D) Las viguetas de capitel deben tener estribos cerrados de dos ramas. El estribo de una rama solo se permite en aquellas viguetas que no sean de capitel.

Sistemas de Losa Utilizados Actualmente en Colombia

En la actualidad los sistemas de losa prevalecientes en Colombia pueden clasificarse dentro de las siguientes categorías:

Losas Macizas. Losas sin ningún tipo de aligeramiento. Su uso principal es como losas en una dirección de luz corta (luz de 3 a 4 m con espesores de 10 a 15 cm) en proyectos de vivienda de baja altura sobre muros portantes, ya sean de concreto reforzados o de mampostería estructural. En estructuras aporticadas su utilización forza la necesidad de utilizar vigas descolgadas, cuyo costo en formaleterla es demasiado alto en la gran mayoría de los casos o bien inaceptables desde el punto de vista estético. Su utilización como losas en dos direcciones en un sistema de columna-losa sin vigas, como el centro comercial Bulevar Niza (luces de 8 por 8 m y espesor de 25 cm) en la ciudad de Bogotá y otros casos forzados por la reciente reglamentación urbanística de la ciudad capital que limita la altura de los edificios y no su número de pisos, lo cual ha conducido a soluciones de losa muy delgadas con el fin de obtener un piso adicional, lo cual no se lograría con mayores espesores del entrepiso.

Losas Aligeradas (Nervadas). Puede decirse que es el sistema más popular en el país. El material utilizado como aligeramiento varía de región a región del país. Se utilizan aligeramientos de arcilla cocida, bloques no reforzados de concreto y formaletas de madera, removibles y permanentes. Las losas de Reticular Celulado entrarían dentro de esta clasificación.

El sistema más popular en la parte central del país es un cajón de aligeramiento de madera no-removible construido con guadua (una planta de la familia del bambú) el cual permite gran flexibilidad dimensional aunque existe toda clase de objeciones como son alto desperdicio de concreto e insectos que vienen

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con la guadua y posteriormente atacan la obra de carpintería de la edificación. No obstante, la facilidad de fabricación combinada con la enorme versatilidad para producir desde losas aligeradas con espesores mayores de 1 m de altura para cimentaciones, hasta losas aéreas cuyos espesores varían desde 25 hasta 60 cm, con luces que varían desde 3 hasta 10 m hace que siga siendo el sistema más utilizado.

Es importante también reconocer que en el presente momento se logran construir las losas aligeradas empleando para el efecto, casetones con armazón de madera (varengas) y adherida a estas se encuentra una tela polimérica de diferente textura y color denominada casetex.

También tiene influjo y crecimiento notable en el presente momento, el empleo de losas construidas con lámina colaborante (STEEL DECK) soportada por un sistema de vigas y viguetas, estas últimas que pueden ser en concreto o metálicas

Losas Prefabricadas. Existe gran variedad de ellas, pero tienen en común que se utilizan exclusivamente como viguetas de sistema; en una dirección y que en general se trata de prefabricados livianos que pueden ser montados manualmente, lo cual limita las luces a un máximo de 4 m

A continuación se presentan esquemas de diferentes tipos de losa, en una y dos direcciones más frecuentemente empleados:

Figura 1.

Losa maciza con banda de soporte

Figura 2.

Losa maciza con viga de soporte

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Figura 3

Losa con vigueta pérdida (nervios muy separados)

Figura 4.

Losa aligerada típica

Figura 5.

Losa aligerada con viga T

Los cinco casos inmediatamente anteriores indicados con la numeración impuesta sobre las figuras, se refieren a casos de losas macizas en los dos primeros casos y aligeradas en los tres últimos, pero todos ellos están sujetos a

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una modalidad estructural de análisis y diseño, denominado UNA DIRECCIÓN (conocido también como Unidireccional).

Los casos siguientes correspondientes a las figuras 6 a 11 corresponden a la modalidad de análisis y diseño, denominado DOS DIRECCIONES (conocido también como Bidireccional)

Figura 6

Losa Plana

Figura 7

Losa con Abaco

Figura 8

Losa con Capitel

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Figura 9

Loza con Abaco y Capitel

Figura 10

Losa aligerada, con Cabezal (panel deprimido) (drop panel)

Figura 11

Losa aligerada, apoyada sobre vigas Cargueras