UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
HORMIGÓN II
Las losas son elementos estructurales a los cuales se les aplicará directamente las cargas de servicio transmitiendo éstas a los soportes vigas y columnas. Éstas se pueden clasificar en diferentes categorías dependiendo de la forma en que transmitan la carga a sus apoyos. Las losas pueden estar apoyadas sobre vigas, muros de mampostería, muros de concreto, columnas, elementos de acero estructural o apoyadas directamente sobre el terreno.
Cuando diseñamos un elemento debemos pensar en el cuándo deja de ser útil ese elemento. Se puede decir que deja de ser útil cuando falle por resistencia, (se quiebre, se rompa, etc.) o cuando se deforme demasiado, tanto que afecte psicológicamente a los usuarios y no les de la sensación de seguridad.
Hay que tener en cuenta para evitar fallas en las estructuras el refuerzo necesario a cortante y la forma en que se realizan las conexiones entre la losa y la columna. Ya que puede ocurrir una falla por punzonamiento en la estructura, la sección crítica a cortante se toma en dirección perpendicular al plano de la losa y a una distancia d/2 desde la periferia del apoyo.
Cuando la falla es por deflexiones excesivas se dice que falló para condiciones de servicio, aunque no presenta una rotura visual ya no se puede usar y cuando la falla es por fractura real del elemento se dice que es para condiciones de resistencia.
QUÉ ES UNA LOSA?
Son sistemas estructurales en la que una de sus dimensiones es mucho menor que sus otras dos y reciben cargas predominantemente en la dirección perpendicular a su plano.
Las losas planas son las más comunes en edificios. Por la forma de trabajo de sus elementos, esto es, la forma en que llevan la carga a sus apoyos, podemos clasificar las losas en: cáscaras o membranas y en losas planas. Las losas planas llevan la carga a sus apoyos por trabajo a flexión y cortante de sus elementos constitutivos, en ellas es importante la rigidez a flexión que depende directamente de la altura de la losa. En las losas cáscaras la rigidez a flexión es pequeña debido a su poco espesor y el trabajo de ella se realiza por medio esfuerzos axiales de tracción y de compresión combinada o no con esfuerzas de flexión o corte.
Las losas planas pueden estar apoyadas sobre vigas, muros de mampostería, muros de concreto, columnas, elementos de acero estructural o apoyadas directamente sobre el terreno.
TIPOS DE LOSAS
De acuerdo con su tipo de apoyo se pueden dar los siguientes
tipos de losas:
• Losa apoyada sobre vigas en dos de sus lados opuestos. • Losa apoyada sobre muros en dos lados opuestos.
• Losa apoyada sobre cuatro vigas en sus bordes. • Losa apoyada sobre cuatro muros en sus bordes.
• Losas apoyadas sobre columnas directamente (placa plana). • Losa reticular apoyada sobre columnas directamente.
• Losa apoyada sobre el terreno. • Losas presforzadas.
FALLAS EN LAS LOSAS
Dos tipos de cortantes pueden ser críticos en el diseño de losas
planas. El primero es el ya conocido cortante por acción de
viga, que lleva a fallas por tensión diagonal. Este análisis
considera que la losa actúa como una viga ancha,
extendiéndose entre los apoyos suministrados por las franjas
perpendiculares de columna y es aplicable en particular a
losas largas y delgadas. Una grieta diagonal potencial se
extiende en un plano a través del ancho total de la losa; la
sección crítica se toma a una distancia d de la cara de la
columna o capitel. Al igual que para vigas, la resistencia a
cortante de diseño V
cdebe ser al menos igual a la resistencia
requerida V
upara las cargas mayoradas.
FALLAS EN LAS LOSAS
Como alternativa, puede ocurrir una falla a cortante por
punzonamiento con la grieta diagonal potencial formando
una superficie de cono o pirámide truncadas alrededor de la
columna, del capitel o del ábaco. La superficie de falla se
extiende desde la parte inferior de la losa, en el apoyo, hacia
arriba en la dirección diagonal hasta la superficie superior. El
ángulo de inclinación con la horizontal
depende de la
naturaleza y de la cantidad de refuerzo en la losa. Éste puede
variar entre 20° y 45° aproximadamente. La sección crítica a
cortante se toma en dirección perpendicular al plano de la losa
y a una distancia d/2 desde la periferia del apoyo.
La transferencia de cargas verticales o de gravedad y momentos entre la losa y la columna en estructuras de losa plana causan grandes esfuerzos cercanos a las caras de las columnas los cuales pueden producir agrietamiento o fallas por punzonamiento. Este tipo de falla es el resultado de una combinación de los esfuerzos normales y cortantes.
Además de los esfuerzos cortantes y de los esfuerzos horizontales de compresión ocasionados por el momento flector negativo, se hace presente un esfuerzo de compresión vertical un poco inclinado debido a la reacción de la columna. La presencia simultánea de compresiones en direcciones vertical y horizontal aumenta la resistencia a cortante del concreto.
Refuerzos a cortantes especiales en los apoyos
DISEÑO DEL REFUERZO CON BARRAS
DOBLADAS
Si se utiliza el refuerzo a cortante
conformado por barras, el límite para la
resistencia nominal a cortante V
n,
calculada en la sección crítica a d/2 de la
cara del apoyo, puede incrementarse
hasta 6
f’c b
od de acuerdo con el
código ACI 11.12.3. como consecuencia
del agrietamiento diagonal, la resistencia
a cortante del concreto, V
c, se reduce a 2
f’c b
od, y se debe proporcionar
refuerzo para que resista el cortante en
exceso por encima de V
c.
el área requerida de refuerzo a cortante será:
A
v=( V
u- V
c)/(
f
y*sen
)
Únicamente las tres cuartas partes centrales de la porción
inclinada de las barras dobladas pueden considerarse
efectivas para resistir el cortante; además, debe
suministrarse la longitud completa de desarrollo, más allá
de la ubicación del refuerzo máximo en el acero, que se
supone ocurre a una distancia igual a la mitad del espesor
de la losa, o sea d/2.
DISEÑO DEL REFUERZO MEDIANTE
CONECTORES DE CORTANTE
Cuando se utilizan perfiles embebidos de acero estructural, el valor límite de Vn puede incrementarse hasta 7*f’c bo d . este tipo de conector de cortante, siempre y cuando sea suficientemente rígido y fuerte, tiene el efecto de desplazar la sección crítica alejándola de la columna como aparece en la figura. De acuerdo con el código ACI 11.12.4, la sección crítica atraviesa cada brazo del conector de cortante en un punto distante a tres cuartos de su proyección más allá de la cara del apoyo y se define de modo que el perímetro sea mínimo. Ésta no necesita acercarse a menos de d/2 de la cara del apoyo.
Una
cantidad
limitada
de
información
de
ensayos
relacionados con conectores de
cortante en los bordes de losas
indica que el comportamiento
puede ser sustancialmente diferente
por los efectos de torsión, entre
otros. Si se van a utilizar
conectores de cortante en una
columna de borde o esquina, debe
darse atención especial al anclaje
del acero embebido dentro de la
columna. Puede ser preferible la
utilización de vigas de borde o de
un borde de losa en voladizo.
Ejemplo de refuerzo mediante conectores de
cortante
DISEÑO DE VIGAS INTEGRALES CON
ESTRIBOS VERTICALES
Los conectores de cortante en acero no han sido utilizados ampliamente, en especial por su costo, pero también por la dificultad en la colocación del refuerzo a flexión de la losa para lograr su paso por las secciones de acero estructural y por la interferencia con el acero de la columna. El refuerzo a cortante conformado por barras dobladas es menos costoso, pero lleva una congestión complicada del refuerzo en la zona de la unión la columna y la losa. El refuerzo a cortante que consta de estribos verticales para conformar vigas integrales, evita muchas de estas dificultades.
Ejemplo de refuerzo a cortante mediante
DISEÑO DEL REFUERZO MEDIANTE
ESPIGOS DE CORTANTE
El refuerzo a cortante en losas, que consta de vigas integrales con estribos, es posiblemente el tipo de refuerzo más utilizado en la actualidad. Sin embargo, el armazón conformado por los estribos y por las barras de anclajes longitudinales puede ser difícil de instalar. También, la zona de unión entre la losa y columna queda un poco congestionada con el acero de la losa (superior e inferior), dirigido en dos direcciones perpendiculares, con barras verticales en la columna y con estribos. La congestión puede convertirse en un aspecto crítico cuando la losa tiene aberturas, las cuales se requieren a menudo en o cerca de las caras de las columnas.
