UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ANDAHUAYLAS-APURIMAC – PERÚ 2023 COMO ES UNA ESTRUTURA DE LOZA Se trata de un material constructivo para edificaciones empleado, por ejemplo, para pavimentar el suelo, constituir tejados o revestir muros. La losa, al ser una piedra lisa de escaso grosor, desde la antigüedad se ha empleado para construir distintas clases de estructuras. Hablando en materia técnica, la losa es una estructura horizontal plana de hormigón armado que separa un nivel de otro en una construcción, por lo que se considera para el techo de una planta o el piso de la planta de arriba de una casa; es decir, lo que cierra las paredes, siendo lo último que se hace en la estructura. Una vez colocada, ésta permite el paso a las terminaciones y revestimientos en la edificación. No se deberá confundir losa con el techo, puesto que, aunque ambos sean partes estructurales de una construcción, la losa separa los pisos y recibe peso, mientras que el techo completa la estructura. Losas Según (Gonzales, 2016, pág. 4) Las losas son elementos estructurales que hacen factible la existencia de los pisos y techos de una edificación cuya característica geométrica principal es que su área es relativamente mayor en relación a su espesor, son de carácter superficial es decir que en ellas dos de las dimensiones predominan sobre la tercera, además que las cargas alas que están sometidas por lo general son en dirección perpendicular a la dimensión más pequeña. Las losas son el principal sostén para las personas, elementos, maquinarias, etc., para que estas puedan desarrollar de forma segura todas las actividades a las cuales estén destinadas y muchas veces contribuyen a la estabilidad de los edificios. Es el elemento que recibe directamente las cargas. Están asociadas al concreto armado como el material de construcción más idóneo, o quizás único, para materializarlas. Las losas de concreto armado se diseñan casi siempre para cargas que se suponen distribuidas de manera uniforme sobre la totalidad de uno de los paneles de la losa, limitadas por las vigas de carga o por los ejes entre centros de columnas. Las pequeñas cargas concentradas pueden absorberse mediante la acción en dos direcciones del refuerzo (acero a flexión en dos direcciones para sistemas de losa en dos direcciones o acero a flexión en una dirección más acero de repartición lateral para sistemas en una dirección). Por lo general, las grandes cargas concentradas requieren vigas de apoyo. Tienen dos funciones principales: Función arquitectónica: separa los espacios verticales de la estructura formándolos diferentes niveles de la construcción; para que esta función se cumpla de una manera adecuada, la losa debe garantizar el aislamiento del ruido, del calor y la visión directa. Función estructural: Las losas deben ser capaces de sostener las cargas deservicio, lo mismo que su propio peso y el de los acabados como piso, tabiquería, frisos, etc. Además, forman un diafragma rígido, para atender la función sísmica del conjunto Según el ing. (Gonzales, 2016, pág. 4) Para una mejor comprensión del tema, las losas han sido clasificadas en diferentes categorías: Por su uso: Cubierta Entrepiso Por su forma: Reticular Plana Nervada Por su composición: Maciza Nervada Por su distribución de fuerzas: Armada en una dirección Armada en dos direcciones Por su sistema constructivo: Encofrado de madera Encofrado de metálico Encofrado de colaborante Los tipos recomendables para cada proyecto dependen de factores como el presupuesto, el tiempo de entrega disponible y los materiales. Es así que se puede elegir según la necesidad de cada construcción entre: la losa maciza, en la que se realiza una retícula de acero para reforzar el concreto actuando como elemento de compresión; la losa de vigueta y bovedilla, recomendada para claros largos, por su precio más reducido y la rapidez de su instalación; lámina losa de acero, resistente y muy empleada en proyectos industriales y comerciales; y losa prefabricada Spancrete, manejada sobre pedido y empleada para proyectos industriales de gran dimensión, para su manejos se requiere maquinaria pesada, pues debido a su densidad se maneja con grúa. 1.1. Para Azotea Es el elemento más delicado y más expuesto a posibles fallas, por lo que la minuciosidad en su atención es muy importante. En este tipo es plana para entrepisos y azoteas, las cargas se transmiten por medio de esfuerzos flexionantes, y se recomienda que su dimensión sea menor a cinco metros debido a que cuando los claros son mayores, esto obliga a recurrir a las trabes o vigas que dividan el trabajo. Para evitar la filtración de agua o manchas de humead en la losa de azotea, y disminuir el costo en el uso de impermeabilizantes exteriores, se sugiere el recubrimiento de concreto repelente al agua. 1.2. Reticular También conocida como losa casetonada o nervada, este tipo se elabora a base de un sistema de entramado de trabes cruzadas que forman una retícula, dejando huecos intermedios que pueden ser ocupados permanentemente por bloques o materiales cuyo peso volumétrico sea capaz de resistir una carga concentrada de una tonelada. Es una losa muy estable que se apoya normalmente sobre columnas con capiteles de gran espesor que reciben el peso de las trabes principales, que a su vez reciben a las trabes secundarias o nervaduras. Comparada con una losa maciza, la nervada es más económica por eliminar el concreto innecesario y utilizar menos acero. 1.3. De vigueta y bovedilla Constituida por elementos portantes que son las viguetas de concreto y las bovedillas como elementos aligerantes, este tipo es ampliamente utilizado en el sector de la construcción para edificaciones industriales, comerciales y departamentos. Los sistemas de vigueta y bovedilla están constituidos por las viguetas de alma abierta o pretensada, y las bovedillas con elementos aligerantes, malla electrosoldada, capa de compresión y apuntalamiento provisional, elementos diseñados para satisfacer las necesidades de carga. Este tipo de losa permite realizar proyectos arquitectónicos de una manera más rápida y económica, sin demeritar su calidad estructural. 1.4. Maciza o de concreto La losa de concreto armado tiene la función de servir de separación entre pisos consecutivos de un edificio, de ahí a que también se le conozca como losa de entrepiso, y paralelamente funciona como soporte para las cargas de ocupación, como son las llamadas cargas vivas y muertas. Está constituida de concreto y acero de refuerzo, siendo que el concreto absorbe los esfuerzos de compresión; y el acero, los de tracción. La losa de maciza se emplea para espacios reducidos y no presenta espacios vacíos, como sí sucede con las aligeradas, por lo que se dice que está llena en todo su volumen. 1.5. De acero o Steel deck También conocida como una losa compuesta o colaborante, es aquella en que se utilizan chapas o láminas de acero capaces de soportar el hormigón vertido, la armadura metálica y las cargas de ejecución. Estas láminas de acero se combinan estructuralmente con el hormigón endurecido y actúan como armadura a tracción en el forjado acabado. Se trata de una solución constructiva que aprovecha las ventajas del acero y el hormigón, que actuando en conjunto superan las cualidades de las partes por separado. El Steel deck corresponde a una estructura mixta horizontal, en la que la colaboración entre los elementos de acero y los de hormigón proveen propiedades estructurales óptimas. 2. Análisis y diseño de losas para fundación Losas para fundación La cimentación es el elemento estructural encargado de transmitir una carga al suelo o roca donde se encuentre la estructura. Esta parte de la estructura comúnmente está por debajo del nivel del terreno y transmite la carga directamente a un estrato resistente. En las construcciones con acero, mampostería o concreto, se distinguen dos tipos: las cimentaciones superficiales y las cimentaciones profundas. Esta clasificación se da debido a la profundidad a la que se encuentre la subestructura. Para (Esquivel, 2005), Las cimentaciones superficiales son aquellas en las que la relación nivel de desplanteancho del cimiento (Df / B) es menor o igual a 1. Dentro de estas se pueden encontrar las placas aisladas, las placas corridas y las losas para fundación. Una losa de cimentación es un elemento que se acostumbra que sea rígido, abarcando toda el área de la estructura y soportando las cargas transmitidas por las columnas y los muros. Estas son comunes en suelos con baja capacidad de soporte o cuando se requiere restringir los asentamientos diferenciales. La rigidez de la losa es proporcionada por el conjunto de vigas y losas. Entre los tipos más comunes de losas para fundación se tienen: La placa plana, losa con espesor uniforme. La placa plana con mayor espesor bajo las columnas. Vigas y losas. Losas con muros de sótano como parte de la placa. 3. Cargas sobre la losa Ciertas construcciones suelen transmitir las cargas que actúan sobre los muros de forma vertical a una losa flotante (o de fundación), la cual es soportada por el suelo subyacente con una presión hacia arriba. Las cargas transmitidas por la construcción al cimiento, son producto de acciones externas. Por tanto, según nuestro Código Sísmico 2002, se deben considerar las cargas verticales sobre la estructura como también las cargas laterales presentes. Según (Esquivel, 2005, pág. 10), Como verticales el CSCR-2002, contempla las originadas por el peso propio de la estructura o bien por elementos que se encuentren en esta, de forma permanente, las cuales se denominan cargas permanentes. Además, de estas se presentan las cargas debido a la utilización de la edificación o cargas de servicio, que se acostumbran llamar cargas temporales. Por otra parte, las cargas laterales consideradas son la fuerza debido a un sismo, el empuje lateral del suelo debido a la presión de los líquidos que se encuentran dentro de este y el efecto del viento sobre la estructura. La determinación de las cargas permanentes sobre la estructura se fundamenta en las propiedades de los materiales y de la sección de los elementos que conforman la estructura. Las cargas temporales son definidas por medio del análisis del servicio al cual va a estar sometida la estructura; para lo cual nuestro CSCR-2002 define parámetros básicos. Estos se muestran en la tabla 1, indicando valores de carga temporal para determinados usos. Mientras que el valor de la carga sísmica se determina consultando los capítulos del 2 al 7 del CSCR-2002. Y la fuerza de viento según lo indicado en el reglamento de construcciones, en su apartado para cargas debidas al accionar del viento. Para efectos del diseño, el CSCR-2002 indica que las cargas que se presentan en la estructura deben ser afectadas por coeficientes que amplifican (aunque en ocasiones reducen) los valores de las cargas, y combinadas estas, se establece un valor de carga última. La utilización de los coeficientes, se debe a las posibles variaciones en las propiedades de los materiales, defectos constructivos y otros aspectos; mientras que la combinación de las cargas se da para considerar las posibles acciones de los diferentes tipos de cargas en un momento dado. El Código Sísmico de Costa Rica 2002 (CSCR-2002), en su capítulo 6, establece cuatro combinaciones de carga para estimar las posibles cargas últimas que pueden actuar sobre la estructura. Estas combinaciones son las que se detallan a continuación: CU = 1.4 CP (1) CU = (1.2 CP + 1.6 CT) + 1.6 CE (2) CU= 1.05 CP + f1 CT CS + CE (3) CU = 0.95 CP CS + CE (4) Donde: CU = carga última. CP = carga permanente. CT = carga temporal. CS = carga de sismo. CE = carga de empuje de tierras. Y donde el factor f1 (factor de escala de cargas gravitacionales), está dado por: f1 = 0,5 para edificaciones de baja probabilidad de ocupación plena de carga temporal a la hora del sismo. f1 = 1,0 para edificaciones de alta probabilidad de ocupación plena de carga temporal a la hora del sismo, tales como: bodegas, sitios de reunión pública, estacionamientos públicos, etc. f1 = 0,0 para techos Premisas del diseño del concreto reforzado En el diseño de estructuras de concreto reforzado es necesario considerar las siguientes suposiciones:10 1. Las fuerzas internas (momentos de flexión, fuerzas cortantes y esfuerzos normales y cortantes), están en equilibrio con las cargas externas en la sección. 2. La deformación unitaria de una barra de refuerzo embebida es la misma que la del concreto que la circunda, lo que quiere decir 10 Nilson, A. “Diseño de Estructuras de Concreto Reforzado”, pág. 19 que se supone que existe una adherencia perfecta entre la interfase del concreto y el acero. 3. Las secciones transversales planas antes de la aplicación de las cargas permanecen planas cuando el elemento se carga. 4. Debido a que la resistencia a la tensión del concreto es pequeña comparada con su resistencia a la compresión, se supone en general que el concreto no es capaz de resistir esfuerzos de tensión. 5. La teoría se basa en las relaciones esfuerzo – deformaciones reales y en las propiedades de los materiales (concreto y acero). 3.1. Análisis y diseño de losas para fundación La losa de fundación es simplemente una losa de piso sobre nervaduras, únicamente que la carga empleada es la reacción del suelo ante todos aquellos pesos gravitaciones mayorados más el efecto del sismo por el edificio. Además, la disposición del acero de refuerzo debe de invertirse a la habitual, el superior por el inferior y viceversa. Este tipo de cimiento está compuesto por dos elementos, la losa y las vigas de amarre. La función de las vigas es dar rigidez a la losa para transmitir las cargas al suelo, uniformemente. Además de resistir determinadas cargas si fue necesario (momento, cortante). El análisis y diseño de una losa de cimentación se realiza determinando las acciones que se presentan en el centroide del área del cimiento, sin ser afectadas por coeficientes de amplificación. (Souza, 2021, pág. 35)Con esto se debe verificar que la capacidad de soporte del suelo sea mayor o igual a los esfuerzos que genera la estructura (qadm qmáx), esto determina el área requerida. Seguidamente, es necesario inspeccionar la estabilidad de la estructura, donde las fuerzas que provocan el volcamiento en la estructura deben ser menores a las fuerzas que dan estabilidad de la misma. 3.2. Rigidez de la losa. La rigidez de la losa es determinada por medio de la siguiente fórmula: En donde: L: longitud de los vanos. E: módulo de elasticidad del concreto. I: inercia de la sección. K: módulo de reacción vertical del suelo. B : ancho del cimiento Con el cumplimiento de estas ecuaciones se logra definir la losa como una estructura rígida. (Esquivel, 2005) 3.3. Pre-dimensionamento de losas Las luces de las losas, longitud a1 y ancho a2, se determinan por las vigas que normalmente definen su perímetro. La única dimensión que no se conoce de la losa es su altura A. Para tener una primera alternativa de altura en una losa maciza, basta dividir su luz menor por 40, evitando alturas inferiores a 7 cm (en losas de piso comunes) y 12 cm (en losas que soporten el tráfico de vehículos). En losas prefabricadas y nervadas, la altura inicial puede ser calculada dividiéndose la luz menor por 20. Para (Souza, 2021). 3.4. Pre-dimensionamento de vigas En las vigas, lo que se conoce a priori es su luz a1 (en vigas con dos apoyos), o sus luces a1, a2, ... , an (en el caso de las vigas con múltiples apoyos). Si la viga está en voladizo, se conoce la longitud del voladizo ab. El espesor de viga I, que debe ser siempre igual o mayor que 12 cm, puede ser considerado como el espesor del muro que la viga soporta, sin el revestimiento. Así como en las losas, falta determinar la altura A de las vigas, que no debe ser inferior a 20 cm. Según (Souza, 2021), En vigas con 2 apoyos y sin voladizos en sus extremos, la altura se puede calcular dividiendo la luz a1 por 10, redondeándose al múltiplo de 5 superior. En vigas con múltiples apoyos, la altura se calculará dividiendo la luz mayor (a1, a2, o an) por 12, también redondeándose al múltiplo de 5 superior. Esta altura A puede ser usada en toda la viga, incluso en las luces menores. La altura de la viga en voladizo puede estimarse dividiendo la longitud del voladizo por cinco. 3.5. Pre-dimensionamento de pilares De los pilares, se conoce sólo su altura, siendo necesario determinar cuál es el área de su sección transversal (A x B). Las normas técnicas brasileñas recomiendan que las dimensiones A y B sean iguales o mayores que 19 cm, pero en casos especiales, admite que una de las dimensiones sea de hasta 14 cm, siempre que el área de la sección sea mayor o igual a 360 cm2. Se recomienda que la mayor dimensión de la sección transversal no sea muy superior al doble de la menor dimensión: B ≤ 2A. La carga de un pilar cambia en cada pavimento y puede ser estimada por el método de las áreas de influencia, que se determina a partir de la mitad de la distancia entre pilares vecinos. Se considera que cada m2 de área de influencia de cada losa contribuirá con 1000 kgf de carga al pilar, estando incluido el peso propio de la losa, el peso de los muros y revestimientos, y las cargas accidentales. Se admite que la contribución de la primera losa, que está en contacto con el suelo, y de la última losa, en la parte más alta del edificio, sea de apenas 500 kgf/m2. Para (Souza, 2021). Como es obvio, la carga se acumulará en los pilares desde arriba hacia abajo, así, cuanto más abajo se ubica el pilar, mayor deberá ser el área de su sección transversal, dependiendo de la carga que está soportando en su cima y de la tensión admisible del concreto utilizado, sin tomar en cuenta su posible y probable flexo-compresión. Únicamente para efectos del pre- dimensionamiento, se considera un concreto de baja resistencia en el cálculo del área inicial del pilar, con tensión admisible de cálculo, considerando un coeficiente de seguridad de 10 mpa, o 100 kgf/m2, a favor de la seguridad al resultar en pilares más robustos. Cada columna debe calcularse individualmente. A continuación, se muestra un ejemplo del pre-dimensionamiento de uno de los pilares de un edificio de 5 pisos + cubierta. Se supone que el área de influencia del pilar fuese constante en todos los niveles e igual a 40 m2. 4. Ensayos de Laboratorio de Elementos Estructurales 4.1. Laboratorio INTEMAC INTEMAC cuenta con una losa de ensayo capaz de ensayar piezas de hasta 25 m de luz y cuatro metros de altura. Los ensayos en Laboratorio son muchas veces cruciales para explicar siniestros ocurridos en obra o para validar empíricamente el comportamiento de piezas con diseños innovadores o materiales novedosos. INTEMAC cuenta con gatos capaces de aplicar más de 600 toneladas de carga y más de 60 anclajes que pueden resistir 50 t en tracción cada uno de ellos. Es muy común el ensayo de piezas prefabricada (nudos, paneles, etc.) Habitualmente realiza ensayos para fabricantes de arquetas, bloques,tubos, canaletas, viguetas, correas, suelos técnicos, etc. que quieren documentar adecuadamente su marcado CE. Por otra parte INTEMAC es el único laboratorio en España con acreditación ENAC para realizar ensayos de Beam-Test que sirven para emitir los certificados de homologación de adherencia de las armaduras corrugadas. Los ensayos a escala real sirven en muchos casos también para documentar soluciones innovadoras en obras de rehabilitación. 4.2. Laboratorio CISMID En el Laboratorio de Estructuras del CISMID se realizan ensayos para determinar las características mecánicas de materiales, de componentes estructurales, y de estructuras a escala natural o modelos a escala reducida. El estudio experimental permite determinar propiedades mecánicas como resistencia y deformación, rigidez, ductilidad, pero también propiedades dinámicas de las estructuras que son claves en el comportamiento de las estructuras ante sismos. El equipamiento y personal calificado del laboratorio permite desarrollar actividades en tres campos que son nuestro objetivo: investigación, apoyo académico a la FIC-UNI y servicios a la industria de la construcción. En el aspecto académico, el laboratorio sirve de apoyo y complemento a la formación de los estudiantes de ingeniería civil a través de visitas guiadas a nuestras instalaciones para los alumnos de la Facultad y de otras universidades, practicas y ayudantías a estudiantes o egresados, y desarrollo de tesis de grado y de maestría a través de la asesoría de docentes de la FIC-UNI. El Laboratorio de Estructuras es uno de los órganos de línea del CISMID, creado para canalizar los conocimientos y las investigaciones teóricas y experimentales, desarrolladas para dar solución a problemas de ingeniería estructural asociados a los efectos de los sismos y otros desastres naturales. 4.2.1. MATERIALES Ensayos de Resistencia a compresión o tracción Ensayo de Flexión Ensayo de Esclerometría Extracción y ensayo de núcleos diamantinos Ensayos a Unidades de Albañilería Ensayos en Pilas y Muretes Diseño de Mezclas de Concreto 4.2.2. UNIDAD DE ENSAYOS ESTÁTICOS Y PSEUDODINÁMICOS Ensayo Monotónico Ensayo Cíclico Ensayo Pseudodinámico 4.2.3. UNIDAD DE ENSAYOS DINÁMICOS Ensayo de Vibración Forzada Medición de Microtrepidaciones Mesa Vibradora 4.2.4. ENSAYOS EN SISTEMAS CONSTRUCTIVOS PARA VIVIENDAS Ensayo Pseudo-dinámico Ensayo en Mesa Vibradora 4.2.5. ESTUDIOS Análisis y diseño estructural de edificaciones y obras de Ingeniería Civil. Evaluación de la seguridad sísmica de edificaciones y obras de Ingeniería Civil. Estudio de aplicación de concretos de alta resistencia, expuestos a fuego, expuestos a sales y otras condiciones ambientales adversos. Materiales de reforzamiento para vigas, columnas y muros. Ensayos dinámicos de estructuras existentes. Estudios integrales de reparación de edificaciones existentes. CONCLUSIONES Y RECOMEDACIONES El objetivo principal de un diseñador de estructuras es lograr elementos estructurales económicos, que cumplan con los requerimientos de seguridad, funcionalidad y estética. Para ello se requiere un buen análisis y diseño estructural que comprenden gran número de cálculos y operaciones numéricas Dentro de la estructura todos lo elementos tienen importancia cada miembro desempeña una tarea especifica y con eso se logra el funcionamiento adecuado de toda la estructura. El ingeniero tiene la obligación de realizar el diseño de todos los elementos estructurales apegándose a las normas disponibles. La ingeniería civil no es una ciencia aislada ya que para complementar y facilitar su estudio y aplicación. Tal es el caso de presente proyecto donde se usó la información para obtener soluciones de diseño estructural.
