Una losa de hormigón es un elemento estructural común de los edificios modernos, que consta de una superficie plana y horizontal hecha de hormigón fundido. Las losas reforzadas con acero, generalmente de entre 100 y 500 mm de espesor, se utilizan con mayor frecuencia para construir pisos y techos, mientras que las losas de barro más delgadas se pueden usar para pavimentar exteriores . [1] [2]
En muchos edificios domésticos e industriales , se utiliza una losa de hormigón gruesa apoyada sobre cimientos o directamente sobre el subsuelo , para construir la planta baja. Estas losas se clasifican generalmente como apoyadas en el suelo o suspendidas . Una losa se apoya en el suelo si descansa directamente sobre la cimentación; de lo contrario, la losa está suspendida. [3] Para edificios de varios pisos, existen varios diseños de losas comunes :
- La viga y el bloque , también conocidos como nervadura y bloque , se utilizan principalmente en aplicaciones residenciales e industriales. Este tipo de losa se compone de vigas pretensadas y bloques huecos y se apuntalan temporalmente hasta que fragua, generalmente después de 21 días.
- Una losa alveolar hueca prefabricada e instalada en obra con grúa
- En edificios de gran altura y rascacielos , losas de hormigón prefabricado más delgadas se cuelgan entre los marcos de acero para formar los pisos y techos en cada nivel. Las losas fundidas in situ se utilizan en edificios de gran altura y grandes complejos comerciales, así como en casas. Estas losas in situ se moldean en obra mediante contraventanas y acero reforzado.
En los dibujos técnicos, las losas de hormigón armado a menudo se abrevian como "losa rcc" o simplemente "rc". Los cálculos y dibujos suelen ser realizados por ingenieros estructurales en software CAD .
Rendimiento térmico
La eficiencia energética se ha convertido en una preocupación primordial para la construcción de nuevos edificios, y la prevalencia de losas de hormigón requiere una consideración cuidadosa de sus propiedades térmicas para minimizar el desperdicio de energía. [4] El hormigón tiene propiedades térmicas similares a los productos de mampostería, ya que tiene una masa térmica relativamente alta y es un buen conductor de calor.
En algunos casos especiales, se han empleado las propiedades térmicas del hormigón, por ejemplo, como disipador de calor en centrales nucleares o tampón térmico en congeladores industriales. [5]
Conductividad térmica
La conductividad térmica de una losa de concreto indica la tasa de transferencia de calor a través de la masa sólida por conducción , generalmente con respecto a la transferencia de calor hacia o desde el suelo. El coeficiente de conductividad térmica, k , es proporcional a la densidad del hormigón, entre otros factores. [4] Las principales influencias sobre la conductividad son el contenido de humedad, el tipo de agregado , el tipo de cemento , las proporciones de los componentes y la temperatura. Estos diversos factores complican la evaluación teórica de un valor k , ya que cada componente tiene una conductividad diferente cuando está aislado, y la posición y proporción de cada componente afecta la conductividad general. Para simplificar esto, se puede considerar que las partículas de agregado están suspendidas en el cemento homogéneo. Campbell-Allen y Thorne (1963) derivaron una fórmula para la conductividad térmica teórica del hormigón. [5] En la práctica, esta fórmula rara vez se aplica, pero sigue siendo relevante para el uso teórico. Posteriormente, Valore (1980) desarrolló otra fórmula en términos de densidad general. [6] Sin embargo, este estudio se refería a bloques de hormigón huecos y sus resultados no están verificados para losas de hormigón.
El valor real de k varía significativamente en la práctica y suele estar entre 0,8 y 2,0 W m −1 K −1 . [7] Esto es relativamente alto en comparación con otros materiales, por ejemplo, la conductividad de la madera puede ser tan baja como 0.04 W m −1 K −1 . Una forma de mitigar los efectos de la conducción térmica es introducir aislamiento .
Masa térmica
La segunda consideración es la alta masa térmica de las losas de concreto, que se aplica de manera similar a paredes y pisos, o dondequiera que se use concreto dentro de la envolvente térmica . El hormigón tiene una masa térmica relativamente alta, lo que significa que se necesita mucho tiempo para responder a los cambios de temperatura ambiente. [8] Esto es una desventaja cuando las habitaciones se calientan de manera intermitente y requieren una respuesta rápida, ya que se necesita más tiempo para calentar todo el edificio, incluida la losa. Sin embargo, la alta masa térmica es una ventaja en climas con grandes oscilaciones de temperatura diarias, donde la losa actúa como regulador, manteniendo el edificio fresco de día y cálido de noche.
Típicamente losas de hormigón se desempeñan mejor que implicaba por su valor R . [4] El valor R no considera la masa térmica, ya que se prueba en condiciones de temperatura constante. Así, cuando una losa de hormigón se somete a temperaturas fluctuantes, responderá más lentamente a estos cambios y en muchos casos aumentará la eficiencia de un edificio. [4] En realidad, son muchos los factores que contribuyen al efecto de la masa térmica, incluida la profundidad y composición de la losa, así como otras propiedades del edificio como la orientación y las ventanas.
La masa térmica también está relacionada con la difusividad térmica, la capacidad calorífica y el aislamiento. El hormigón tiene baja difusividad térmica, alta capacidad calorífica y su masa térmica se ve afectada negativamente por el aislamiento (por ejemplo, alfombras). [4]
Aislamiento
Sin aislamiento, las losas de concreto echadas directamente sobre el suelo pueden causar una cantidad significativa de transferencia de energía extraña por conducción, lo que resulta en pérdida de calor o calor no deseado. En la construcción moderna, las losas de hormigón generalmente se colocan sobre una capa de aislamiento , como el poliestireno expandido , y la losa puede contener tuberías de calefacción por suelo radiante . [9] Sin embargo, todavía hay usos para una losa que no está aislada, por ejemplo, en dependencias que no se calientan o enfrían a temperatura ambiente. . En estos casos, verter la losa directamente sobre un sustrato de agregado mantendrá la losa cerca de la temperatura del sustrato durante todo el año y puede evitar tanto el congelamiento como el sobrecalentamiento.
Un tipo común de losa aislada es el sistema de vigas y bloques (mencionado anteriormente) que se modifica reemplazando bloques de hormigón con bloques de poliestireno expandido . [10] Esto no solo permite un mejor aislamiento sino que reduce el peso de la losa, lo que tiene un efecto positivo en los muros de carga y los cimientos.
Diseño
Losas portantes
Las losas de apoyo al suelo, también conocidas como "sobre el suelo" o "losa sobre el nivel del suelo", se utilizan comúnmente para plantas bajas en aplicaciones domésticas y algunas comerciales. Es un método de construcción económico y rápido para sitios que tienen suelo no reactivo y poca pendiente. [11]
Para las losas que soportan el suelo, es importante diseñar la losa alrededor del tipo de suelo, ya que algunos suelos, como la arcilla, son demasiado dinámicos para soportar una losa de manera consistente en toda su área. Esto da como resultado grietas y deformaciones, lo que puede conducir a fallas estructurales de cualquier miembro adherido al piso, como los montantes de la pared. [11]
Nivelar el sitio antes de verter el concreto es un paso importante, ya que el terreno inclinado hará que el concreto se cure de manera desigual y resultará en una expansión diferencial. En algunos casos, un sitio con pendiente natural puede nivelarse simplemente quitando el suelo del sitio cuesta arriba. Si un sitio tiene una pendiente más significativa, puede ser candidato para el método de "cortar y rellenar", en el que se elimina el suelo del terreno más alto y el terreno inferior se construye con relleno . [12]
Además de rellenar el lado de bajada, esta zona de la losa puede apoyarse sobre pilares de hormigón que se extienden hasta el suelo. En este caso, el material de relleno es menos importante estructuralmente ya que el peso muerto de la losa es soportado por los pilares. Sin embargo, el material de relleno sigue siendo necesario para soportar el hormigón curado y su refuerzo.
Hay dos métodos comunes de llenado: llenado controlado y llenado laminado . [12]
- Relleno controlado : el material de relleno se compacta en varias capas mediante una placa vibratoria o un rodillo. La arena llena áreas de hasta alrededor de 800 mm de profundidad, y se puede usar arcilla para llenar áreas de hasta 400 mm de profundidad. Sin embargo, la arcilla es mucho más reactiva que la arena, por lo que debe usarse con moderación y cuidado. La arcilla debe estar húmeda durante la compactación para homogeneizarla. [12]
- Relleno laminado: el relleno se compacta repetidamente con una excavadora, pero este método de compactación es menos efectivo que un vibrador o un rodillo. Por lo tanto, las regulaciones sobre la profundidad máxima suelen ser más estrictas.
Es necesario un curado adecuado del concreto de apoyo al suelo para obtener la resistencia adecuada. Dado que estas losas se vierten inevitablemente en el sitio (en lugar de prefabricados como lo son algunas losas suspendidas), puede ser difícil controlar las condiciones para optimizar el proceso de curado. Esto suele ser ayudado por una membrana, ya sea de plástico (temporal) o un compuesto líquido (permanente). [13]
Las losas de apoyo al suelo generalmente se complementan con algún tipo de refuerzo, a menudo barras de refuerzo de acero . Sin embargo, en algunos casos, como carreteras de hormigón, es aceptable utilizar una losa no reforzada si está diseñada adecuadamente.
.Losas suspendidas
Para una losa suspendida, existen varios diseños para mejorar la relación resistencia-peso. En todos los casos, la superficie superior permanece plana y la inferior se modula:
- Una losa corrugada se diseña cuando el concreto se vierte en una bandeja de acero corrugado, más comúnmente llamada decking. Esta bandeja de acero mejora la resistencia de la losa y evita que la losa se doble por su propio peso. Las corrugaciones corren en una sola dirección.
- Una losa nervada proporciona una resistencia considerablemente mayor en una dirección. Esto se logra con vigas de hormigón que soportan carga entre pilares o columnas y nervaduras integrales más delgadas en la dirección perpendicular. Una analogía en carpintería sería un contrapiso de soportes y viguetas. Las losas nervadas tienen capacidades de carga más altas que las losas onduladas o planas, pero son inferiores a las losas reticulares. [14]
- Una losa reticular da mayor resistencia en ambas direcciones utilizando una matriz de segmentos empotrados debajo de la losa. [15] Este es el mismo principio utilizado en la versión de apoyo al suelo, la base de losa reticular . Las losas reticulares suelen ser más profundas que las losas nervadas de resistencia equivalente y son más pesadas, por lo que requieren cimientos más fuertes. Sin embargo, proporcionan una mayor resistencia mecánica en dos dimensiones, una característica importante para la resistencia a las vibraciones y el movimiento del suelo. [dieciséis]
Losas no reforzadas
Las losas no reforzadas o "planas" [17] se están volviendo raras y tienen aplicaciones prácticas limitadas, con una excepción que es la losa de barro.
. Alguna vez fueron comunes en los EE. UU., Pero el valor económico de las losas reforzadas para apoyo en el suelo se ha vuelto más atractivo para muchos ingenieros. [9] Sin refuerzo, toda la carga sobre estas losas está soportada por la resistencia del hormigón, que se convierte en un factor vital. Como resultado, cualquier esfuerzo inducido por una carga, estática o dinámica, debe estar dentro del límite de la resistencia a la flexión del concreto para evitar el agrietamiento. [18] Dado que el concreto no reforzado es relativamente muy débil en tensión, es importante considerar los efectos de la tensión de tracción causada por suelo reactivo, levantamiento de viento, expansión térmica y agrietamiento. [19] Una de las aplicaciones más comunes de losas no reforzadas es en carreteras de hormigón.Losas de barro
Las losas de lodo, también conocidas como losas de rata , son más delgadas que las losas suspendidas o que soportan el suelo más comunes (generalmente de 50 a 150 mm) y generalmente no contienen refuerzo. [20] Esto los hace económicos y fáciles de instalar para propósitos temporales o de bajo uso, como subsuelos, espacios de acceso, caminos, pavimentos y superficies de nivelación. [21] En general, se pueden utilizar para cualquier aplicación que requiera una superficie plana y limpia. Esto incluye el uso como base o "sublosa" para una losa estructural más grande. En superficies irregulares o empinadas, esta medida preparatoria es necesaria para proporcionar una superficie plana sobre la que instalar barras de refuerzo y membranas impermeabilizantes. [9] En esta aplicación, una losa de barro también evita que las sillas de barra de plástico se hundan en la capa superior del suelo blanda, lo que puede causar desconchado debido a la cobertura incompleta del acero. A veces, una losa de barro puede sustituir al agregado grueso . Las losas de lodo suelen tener una superficie moderadamente rugosa, terminada con un flotador . [9]
Ejes de apoyo
Losas unidireccionales
Una losa unidireccional tiene armadura resistente al momento solo en su eje corto y se usa cuando el momento en el eje largo es despreciable. [22] Estos diseños incluyen losas onduladas y losas nervadas. Las losas no reforzadas también pueden considerarse unidireccionales si se apoyan solo en dos lados opuestos (es decir, se apoyan en un eje). Una losa reforzada unidireccional puede ser más resistente que una losa bidireccional no reforzada, dependiendo del tipo de carga.
El cálculo de los requisitos de refuerzo para una losa unidireccional puede ser extremadamente tedioso y lento, y nunca se puede estar completamente seguro del mejor diseño. [ cita requerida ] Incluso cambios menores en el proyecto pueden requerir un nuevo cálculo de los requisitos de refuerzo. Hay muchos factores a considerar durante el diseño de la estructura estructural de losas unidireccionales, que incluyen:
- Cálculos de carga
- Cálculo del momento flector
- Profundidad aceptable de flexión y deflexión
- Tipo y distribución de acero de refuerzo.
Losas bidireccionales
Una losa de dos vías tiene refuerzo resistente al momento en ambas direcciones. [23] Esto puede implementarse debido a los requisitos de la aplicación, como cargas pesadas, resistencia a las vibraciones, espacio libre debajo de la losa u otros factores. Sin embargo, una característica importante que rige el requisito de una losa bidireccional es la relación de las dos longitudes horizontales. Si dónde es la dimensión corta y es la dimensión larga, entonces el momento en ambas direcciones debe considerarse en el diseño. [24] En otras palabras, si la relación axial es mayor que dos, se requiere una losa bidireccional.
Una losa no armada es bidireccional si se apoya en ambos ejes horizontales.
Construcción
Una losa de hormigón puede ser prefabricada ( prefabricada ) o construida en el sitio.
Prefabricado
Las losas de hormigón prefabricadas se construyen en una fábrica y se transportan al sitio, listas para ser colocadas en su lugar entre vigas de acero u hormigón. Pueden estar pretensados (en la fábrica), postensados (en el sitio) o no estresados. [9] Es vital que la estructura de soporte del muro se construya con las dimensiones correctas, o es posible que las losas no encajen.
En el sitio
Las losas de hormigón in situ se construyen en el sitio de construcción utilizando encofrado , un tipo de caja en la que se vierte el hormigón húmedo. Si se va a reforzar la losa , las barras de refuerzo , o barras de metal, se colocan dentro del encofrado antes de verter el hormigón. [25] Las sillas de barra de plástico o metal con punta de plástico se utilizan para mantener la barra de refuerzo alejada de la parte inferior y lados del encofrado, de modo que cuando el hormigón fragüe envuelva completamente la armadura. Este concepto se conoce como revestimiento de hormigón . Para una losa portante, el encofrado puede consistir solo en paredes laterales empujadas hacia el suelo. Para una losa suspendida, el encofrado tiene la forma de una bandeja, a menudo sostenida por un andamio temporal hasta que fragua el hormigón.
El encofrado se construye comúnmente con tablones y tablas de madera, plástico o acero. En las obras de construcción comerciales, el plástico y el acero están ganando popularidad ya que ahorran mano de obra. [26] En trabajos de bajo presupuesto o de pequeña escala, por ejemplo, al colocar un camino de jardín de concreto, las tablas de madera son muy comunes. Una vez que el hormigón haya fraguado, la madera puede retirarse o dejarse allí de forma permanente.
En algunos casos, el encofrado no es necesario, por ejemplo, una losa de tierra rodeada por muros de cimentación de ladrillo o bloque, donde los muros actúan como los lados de la bandeja y el duro (escombros) actúa como base.
Ver también
- Cimentación poco profunda (comúnmente utilizada para losas de apoyo al suelo)
- Losa alveolar ( Losa hueca, vano unidireccional)
- Losa biaxial hueca ( losa hueca, vano bidireccional)
- Encofrado
- Concreto prefabricado
- Concreto reforzado
- Barras de refuerzo
- Cubierto de concreto
Referencias
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enlaces externos
- Conceptos básicos del concreto: una guía para la práctica del concreto
- Cimentaciones de losas súper aisladas
- Diseño de losas sobre suelo