Una losa de hormigón es un elemento estructural común en los edificios modernos y consta de una superficie plana y horizontal hecha de hormigón moldeado. Las losas reforzadas con acero , típicamente de entre 100 y 500 mm de espesor, se utilizan con mayor frecuencia para construir pisos y techos, mientras que se pueden usar losas de barro más delgadas para pavimentar exteriores . [1] [2]
En muchos edificios domésticos e industriales, para construir la planta baja se utiliza una gruesa losa de hormigón apoyada sobre cimientos o directamente sobre el subsuelo . Estas losas generalmente se clasifican en portantes o suspendidas . Una losa soporta el suelo si se apoya directamente sobre los cimientos, en caso contrario la losa está suspendida. [3] Para edificios de varios pisos, existen varios diseños de losas comunes :
En los dibujos técnicos, las losas de hormigón armado suelen abreviarse como "losa rcc" o simplemente "rc". Los ingenieros estructurales suelen realizar cálculos y dibujos en software CAD .
La eficiencia energética se ha convertido en una preocupación primordial para la construcción de nuevos edificios, y la prevalencia de losas de hormigón exige una cuidadosa consideración de sus propiedades térmicas para minimizar el desperdicio de energía. [5] El hormigón tiene propiedades térmicas similares a los productos de mampostería, ya que tiene una masa térmica relativamente alta y es un buen conductor del calor.
En algunos casos especiales se han aprovechado las propiedades térmicas del hormigón, por ejemplo como disipador de calor en centrales nucleares o amortiguador térmico en congeladores industriales. [6]
La conductividad térmica de una losa de concreto indica la tasa de transferencia de calor a través de la masa sólida por conducción , generalmente en lo que respecta 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. [5] Las principales influencias sobre la conductividad son el contenido de humedad, el tipo de agregado , el tipo de cemento , las proporciones de los constituyentes 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. [6] 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 global. [7] Sin embargo, este estudio se centró en bloques de hormigón huecos y sus resultados no están verificados en el caso de 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 . [8] 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 .
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 envoltura térmica . El hormigón tiene una masa térmica relativamente alta, lo que significa que tarda mucho en responder a los cambios de temperatura ambiente. [9] Esto es una desventaja cuando las habitaciones se calientan de forma intermitente y requieren una respuesta rápida, ya que lleva más tiempo calentar todo el edificio, incluida la losa. Sin embargo, la alta masa térmica es una ventaja en climas con grandes cambios de temperatura diarios, donde la losa actúa como regulador, manteniendo el edificio fresco durante el día y cálido durante la noche.
Normalmente , las losas de hormigón funcionan mejor de lo que implica su valor R. [5] 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. [5] En realidad, hay muchos factores que contribuyen al efecto de la masa térmica, incluida la profundidad y la 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 una baja difusividad térmica, una alta capacidad calorífica y su masa térmica se ve afectada negativamente por el aislamiento (por ejemplo, la alfombra). [5]
Sin aislamiento, las losas de concreto colocadas 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 suelen colocarse encima de una capa de aislamiento , como poliestireno expandido , y la losa puede contener tuberías de calefacción por suelo radiante . [10] Sin embargo, todavía hay usos para una losa que no está aislada, por ejemplo, en dependencias que no se calientan ni enfrían a temperatura ambiente . En estos casos, vaciar 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 la congelación como el sobrecalentamiento.
Un tipo común de losa aislada es el sistema de vigas y bloques (mencionado anteriormente) que se modifica reemplazando los bloques de hormigón por bloques de poliestireno expandido . [11] Esto no sólo permite un mejor aislamiento sino que también reduce el peso de la losa, lo que tiene un efecto positivo en los muros de carga y los cimientos.
Las losas portantes, también conocidas como "sobre suelo" o "losa a nivel", se utilizan comúnmente para plantas bajas en aplicaciones domésticas y algunas comerciales. Es un método de construcción económico y rápido para sitios que tienen suelos no reactivos y poca pendiente. [12]
Para las losas portantes, es importante diseñar la losa en función del tipo de suelo, ya que algunos suelos, como el arcilloso, son demasiado dinámicos para soportar una losa de manera consistente en toda su área. Esto produce grietas y deformaciones, lo que podría provocar fallas estructurales de cualquier miembro unido al piso, como los montantes de la pared. [12]
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 dará como resultado una expansión diferencial. En algunos casos, un sitio con pendiente natural se puede nivelar simplemente quitando la tierra del sitio cuesta arriba. Si un sitio tiene una pendiente más significativa, puede ser candidato para el método de "cortar y rellenar", donde se elimina la tierra del terreno más alto y el terreno más bajo se construye con relleno . [13]
Además de rellenar el lado cuesta abajo, 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 propio de la losa lo soportan 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 . [13]
Es necesario un curado adecuado del hormigón sobre suelo para obtener la resistencia adecuada. Dado que estas losas inevitablemente se vierten en el sitio (en lugar de prefabricarse como lo son algunas losas suspendidas), puede resultar difícil controlar las condiciones para optimizar el proceso de curado. Esto suele ser ayudado por una membrana, ya sea plástica (temporal) o de un compuesto líquido (permanente). [14]
Las losas portantes suelen complementarse con algún tipo de refuerzo, a menudo barras de acero . Sin embargo, en algunos casos, como en los caminos de concreto, es aceptable usar una losa no reforzada si está diseñada adecuadamente .
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 modulada:
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Las losas no reforzadas o "simples" [18] se están volviendo raras y tienen aplicaciones prácticas limitadas, con una excepción la losa de barro . Alguna vez fueron comunes en los EE. UU., pero el valor económico de las losas portantes reforzadas se ha vuelto más atractivo para muchos ingenieros. [10] Sin refuerzo, toda la carga sobre estas losas es soportada por la resistencia del hormigón, que se convierte en un factor vital. Como resultado, cualquier tensión inducida por una carga, estática o dinámica, debe estar dentro del límite de la resistencia a la flexión del hormigón para evitar grietas. [19] Dado que el hormigón no reforzado es relativamente muy débil en tensión, es importante considerar los efectos de la tensión de tracción causada por el suelo reactivo, el levantamiento del viento, la expansión térmica y el agrietamiento. [20] Una de las aplicaciones más comunes de las losas no reforzadas es en carreteras de hormigón.
Las losas de barro, también conocidas como losas de rata , son más delgadas que las losas suspendidas o portantes más comunes (generalmente de 50 a 150 mm) y generalmente no contienen refuerzo. [21] Esto los hace económicos y fáciles de instalar para fines temporales o de bajo uso, como contrapisos, espacios de acceso, caminos, pavimentos y superficies de nivelación. [22] 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 cual instalar barras de refuerzo y membranas impermeabilizantes. [10] En esta aplicación, una losa de barro también evita que las sillas de la barra de plástico se hundan en la capa superior del suelo blanda, lo que puede provocar desconchados debido a una cobertura incompleta del acero. A veces una losa de lodo puede ser un sustituto del agregado grueso . Las losas de barro suelen tener una superficie moderadamente rugosa, acabada con una llana . [10]
Una losa unidireccional tiene refuerzo resistente a momento sólo en su eje corto y se utiliza cuando el momento en el eje largo es despreciable. [23] Estos diseños incluyen losas onduladas y losas nervadas. Las losas no reforzadas también se pueden considerar unidireccionales si se apoyan sólo en dos lados opuestos (es decir, se apoyan en un eje). Una losa armada unidireccional puede ser más resistente que una losa no armada bidireccional, dependiendo del tipo de carga.
El cálculo de los requisitos de refuerzo para una losa unidireccional puede ser extremadamente tedioso y llevar mucho tiempo, y nunca se puede estar completamente seguro del mejor diseño. [ cita necesaria ] Incluso los 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:
Una losa de dos vías tiene refuerzo resistente a momento en ambas direcciones. [24] Esto puede implementarse debido a 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 los requisitos de una losa de dos vías es la relación de las dos longitudes horizontales. Si donde está la dimensión corta y la dimensión larga, entonces en el diseño se debe considerar el momento en ambas direcciones. [25] En otras palabras, si la relación axial es mayor que dos, se requiere una losa de dos vías.
Una losa no armada es bidireccional si se apoya en ambos ejes horizontales.
Una losa de hormigón puede ser prefabricada ( prefabricada ), o construida en obra.
Las losas de hormigón prefabricadas se construyen en una fábrica y se transportan al lugar, listas para colocarse entre vigas de acero u hormigón. Pueden ser pretensados (en fábrica), postensados (en obra) o no tensados. [10] Es vital que la estructura de soporte de la pared se construya con las dimensiones correctas, o las losas pueden no encajar.
Las losas de hormigón se construyen en la propia obra mediante encofrados , una especie 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. [26] Se utilizan sillas de barras de plástico o metal con punta de plástico para mantener las barras de refuerzo alejadas del fondo y lados del encofrado, de manera que cuando el hormigón fragüe envuelva completamente la armadura. A este concepto se le conoce como cubierta de hormigón . Para una losa de apoyo, el encofrado puede consistir únicamente en paredes laterales hundidas en el suelo. Para una losa suspendida, el encofrado tiene forma de bandeja, a menudo sostenido por un andamio temporal hasta que el hormigón fragüe.
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 porque ahorran mano de obra. [27] En trabajos de bajo presupuesto o de pequeña escala, por ejemplo al colocar un camino de hormigón en el jardín, los tablones de madera son muy comunes. Una vez que el concreto se haya fraguado, la madera se puede retirar o dejar allí de forma permanente.
En algunos casos, el encofrado no es necesario; por ejemplo, una losa de tierra rodeada por muros de cimentación de ladrillos o bloques, donde las paredes actúan como los lados de la bandeja y el núcleo (escombros) actúa como base.
