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Losas Apoyadas PerimetralmenteMéxico DF. Tlanixco
12/11/2014 Estructuras de Concreto IElaboro: Agustín Cortina Avalos
Las losas apoyadas perimetralmente son aquellas que
están apoyadas sobre vigas o muros en sus cuatro
lados, y que por tanto trabajan en dos direcciones, a
diferencia de las losas en una dirección que,
estructuralmente sólo se apoyan en dos extremos.
Una característica importante estructural de los apoyos
de estas losas, es que su rigidez a flexión es mucho
mayor que la rigidez a flexión de la propia losa.
12/11/2014 Estructuras de Concreto I
Comportamientos y modos de Falla
Las losa apoyadas perimetralmente forman parte,
comúnmente de sistemas estructurales integrados por
columnas, vigas y losas. El comportamiento de éstas
no puede estudiarse rigurosamente en forma aislada
sino que debe analizarse todo el sistema, ya que las
características de cada elemento influyen en el
comportamiento de los otros. Sin embargo, por
simplicidad y conveniencia en el estudio, se
consideran las losas en forma aislada. Esto permitirá
el planteamiento de métodos de diseño
suficientemente precisos para fines prácticos,
siempre que se cumpla la hipótesis mencionada de
que los apoyos tengan una rigidez a flexión mucho
mayor que el de las losas.
12/11/2014 Estructuras de Concreto I
La gráfica Carga – Deflexión en el centro del claro de una losa
apoyada perimetralmente, ensayada hasta la falla, tiene la forma
mostrada en la siguiente figura, en la que se distinguen las
siguientes etapas:
a) una etapa lineal desde 0
hasta A, en la que el
agrietamiento del concreto en
la zona de esfuerzos de
tensión es despreciable. El
agrietamiento del concreto
por tensión, representado por
el punto A, ocurre bajo cargas
relativamente altas. Las
cargas de servicio de las losas
se encuentran generalmente
cerca de la carga
correspondiente al punto A.
12/11/2014 Estructuras de Concreto I
b) La etapa A-B, en la
que existe agrietamiento
del concreto en la zona de
tensión y los esfuerzos en
el acero de refuerzo son
menos que el límite de
fluencia. La transición de
la etapa 0-A a la etapa A-B
es gradual, puesto que el
agrietamiento del concreto
se desarrolla
paulatinamente desde las
zonas de momentos
flexionantes menores. Por
la misma razón, la
pendiente de la gráfica
esfuerzo deformación en
el tramo A-B, disminuye
poco a poco
c) La etapa B-C en la que los
esfuerzos en el acero de refuerzo
sobrepasan el límite de fluencia. Al
igual que el agrietamiento del
concreto, la fluencia del refuerzo
empieza en las zonas de momentos
flexionantes máximos y se propaga
paulatinamente hacia las zonas de
momentos menores.
d) Por último, la rama
descendente C-D, cuya amplitud
depende, como en el caso de las
vigas, de la rigidez del sistema de
aplicación de cargas
12/11/2014 Estructuras de Concreto I
Para ilustrar el avance del agrietamiento y de la fluencia del
refuerzo en distintas etapas de carga, se presentan a
continuación las configuraciones de agrietamiento en la cara
inferior de una losa cuadrada simplemente apoyada sujeta a
carga uniformemente repartida en su cara superior, para
distintos valores de la carga aplicada. Puede verse en estas
figuras que el agrietamiento empieza en el centro de la losa,
que es en la zona de momentos flexiónate máximos y avanza
hacia las esquinas a lo largo de las diagonales
12/11/2014 Estructuras de Concreto I
Análisis de Losas
Se entiende por análisis de losas la determinación de las acciones internas
en una losa dada cuando se conoce la carga aplicada. Esta determinación
es más difícil que el caso de vigas, debido a que las losas son elementos
altamente hiperestáticos. El análisis de losas puede efectuarse aplicando
los métodos de la Teoría de la Elasticidad que se describen brevemente
más adelante. Los resultados así obtenidos sólo son válidos en la etapa de
comportamiento lineal, o sea, para cargas cuya magnitud es del orden de
la correspondiente al punto A de la figura 17.2.
Si se plantean las condiciones de equilibrio y compatibilidad de
deformaciones del elemento diferencial de la losa mostrado en la figura
17.4, se obtiene la siguiente ecuación*
12/11/2014 Estructuras de Concreto I
La determinación de las acciones internas por el procedimiento descrito es
demasiado laboriosa para fines prácticos, además de que tiene las
limitaciones indicadas anteriormente. Sin embargo, en casos comunes se
han obtenido soluciones, las cuales, con algunas modificaciones, se han
utilizado para obtener coeficientes de diseño. Por ejemplo, en la figura 17.5
se muestra la distribución de momentos flexionantes en una losa cuadrada
libremente apoyada sujeta a carga uniformemente distribuida. En esta losa
los momentos. máximos se presentan a lo largo de las diagonales, lo cual
explica la forma de su mecanismo de colapso, ya que el acero de refuerzo
fluye siguiendo los ejes de momentos máximos.
12/11/2014 Estructuras de Concreto I
Donde:
z = deflexiones de la losa en dirección
perpendicular a su plano.
x, y = coordenadas en el plano de la losa
w = carga aplicada
N = rigidez de la losa, expresada por
la ecuación
h = peralte total de la losa
E = módulo de elasticidad
p = coeficiente de Poisson
12/11/2014 Estructuras de Concreto I
Existen también métodos aproximados para el análisis de losas. Uno
de ellos es el de Marcus [17.2, 17.31 o método de las rigideces
relativas que permite visualizar el comportamiento de losas
apoyadas perimetralmente y que se usó para fines de diseño
durante algún tiempo. Supóngase una losa rectangular libremente
apoyada en todo su perímetro en la que se han señalado las dos
franjas centrales C1 y L1 que corresponden al claro corto y al claro
largo, respectivamente (figura 17.6a). Supóngase también que la losa
tiene una carga uniformemente distribuida w. El punto central de la
losa forma parte de las franjas C1 y L1 simultáneamente, por lo que
se pueden igualar las deflexiones en el punto medio de cada franja,
como si fuesen vigas simplemente apoyadas, de la siguiente manera:
12/11/2014 Estructuras de Concreto I
Figura 17.6 Franjas en el método de Marcus.
donde wa y wb son las fracciones de la
carga
w que corresponden a las franjas Cl y LI,
respectivamente.
Simplificando esta ecuación
se obtiene:
Ahora bien, por condiciones de
equilibrio,
la suma de las cargas wa y wb debe ser
la carga total w:
Resolviendo el sistema de ecuaciones
17.3 y 17.4 se obtiene:
12/11/2014Estructuras de Concreto I
Dimensionamiento de LosasLas losas que se dimensionen con los coeficientes
de la tabla 17.1 deben considerarse divididas, en
cada dirección, en dos franjas de borde y una
central, como se muestra en la figura 17.8. La
determinación de los anchos de las franjas se
hace de la siguiente manera. Para relaciones de
claro corto o claro largo mayores que 0.5, las
franjas centrales tienen un ancho igual a la mitad
del claro perpendicular a ellas, y cada franja
extrema tiene un ancho igual a la cuarta parte del
mismo. Para relaciones menores que 0.5, la franja
central perpendicular
al lado largo tiene un ancho igual a a2 - al y cada
franja extrema, igual a a1/2,
donde al es el claro corto y a* es el claro largo.
Los momentos determinados con los coeficientes
de la tabla 17.1, corresponden a las franjas
centrales. Los coeficientes de las franjas
extremas son iguales a los de la tabla
multiplicados
por 0.60.
12/11/2014 Estructuras de Concreto I
Para doblar barras y aplicar los
requisitos de adherencia y anclaje de
acero de momento positivo (capítulo 9),
se supone que las líneas de inflexión
están localizadas a una distancia de un
sexto del claro corto a partir de los
bordes del tablero. Para los mismos
requisitos del acero del momento
negativo, se suponen localizadas las
líneas de inflexión a un quinto del claro
corto, a partir de los bordes del tablero.
El método descrito puede aplicarse
únicamente si se satisfacen las
siguientes limitaciones:
a) Los tableros son aproximadamente
rectangulares.
b) La distribución de las cargas que
actúan
sobre la losa es aproximadamente
uniforme en cada tablero.
C) Los momentos negativos en el apoyo
común de dos tableros adyacentes
no difieren entre sí en más del 50 por
ciento del menor de ellos.
d) La relación de carga viva a carga
muerta no es mayor que 2.5 para losas
monolíticas con sus apoyos, ni
mayor que 1.5 en otros casos.12/11/2014Estructuras de Concreto I
Cargas en las vigas de Apoyo
Para calcular las cargas que actúan sobre las vigas en que se
apoyan las losas, las NTC recomiendan calcular las áreas
tributarias sobre cada viga, como se muestra en la figura
17.9. Así, la viga del eje 1 soportará la carga que
corresponde al trapecio rayado; y la viga del eje A, la que
corresponde al triángulo rayado. Para determinar estas áreas
tributarias se trazan líneas a 45" desde los vértices del
tablero, las cuales definen los triángulos y trapecios
indicados en la figura.
Estructuras de Concreto I
Ejemplo:
Diseño de una losas apoyadas perimetralmente por el
método de las NTC-04 se ilustra en el ejemplo 17.1.
12/11/2014 Estructuras de Concreto I
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