Una losa de hormigón es un elemento estructural común en los edificios modernos, que consiste en una superficie horizontal plana hecha de hormigón colado. Las losas reforzadas con acero , normalmente 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 utilizar para pavimentación exterior ( ). [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 portantes o suspendidas . Una losa es portante si se apoya directamente sobre los cimientos, de lo contrario la losa está suspendida. [3] Para los edificios de varios pisos, existen varios diseños de losas comunes ( ):
En los dibujos técnicos, las losas de hormigón armado suelen abreviarse como "losa de hormigón armado" o simplemente "rc". Los cálculos y los dibujos suelen ser realizados por ingenieros estructurales 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 requiere una consideración cuidadosa 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 plantas de energía nuclear o como amortiguador térmico en congeladores industriales. [6]
La conductividad térmica de una losa de hormigón indica la tasa de transferencia de calor a través de la masa sólida por conducción , generalmente en relación con 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 influencias principales en la conductividad son el contenido de humedad, el tipo de agregado , el tipo de cemento , las proporciones 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 general. [7] 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 . [8] Este valor 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 hormigón, que se aplica de manera similar a las paredes y los pisos, o donde sea que se use hormigón dentro de la envoltura térmica . El hormigón tiene una masa térmica relativamente alta, lo que significa que tarda mucho tiempo en responder a los cambios en la temperatura ambiente. [9] Esto es una desventaja cuando las habitaciones se calientan de manera intermitente y requieren una respuesta rápida, ya que tarda más en calentar todo el edificio, incluida la losa. Sin embargo, la alta masa térmica es una ventaja en climas con grandes oscilaciones diarias de temperatura, donde la losa actúa como un regulador, manteniendo el edificio fresco durante el día y cálido durante la noche.
Por lo general, las losas de hormigón tienen un mejor rendimiento que el que sugiere su valor R. [5] El valor R no tiene en cuenta la masa térmica, ya que se prueba en condiciones de temperatura constante. Por lo tanto, 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 térmica y el aislamiento. El hormigón tiene una difusividad térmica baja, una capacidad térmica alta y su masa térmica se ve afectada negativamente por el aislamiento (por ejemplo, la alfombra). [5]
Sin aislamiento, las losas de hormigón colocadas directamente sobre el suelo pueden provocar una cantidad significativa de transferencia de energía extraña por conducción, lo que da como resultado una pérdida de calor o calor no deseado. En la construcción moderna, las losas de hormigón suelen colocarse sobre 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 se enfrían a temperatura ambiente ( ). En estos casos, colocar 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 con bloques de poliestireno expandido . [11] Esto no solo permite un mejor aislamiento, sino que también disminuye 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 el terreno" o "losas sobre el terreno", se utilizan comúnmente para pisos bajos en aplicaciones domésticas y algunas comerciales. Es un método de construcción económico y rápido para sitios que tienen suelo no reactivo y poca pendiente. [12]
En el caso de losas portantes, es importante diseñar la losa en función del tipo de suelo, ya que algunos suelos, como la arcilla, son demasiado dinámicos para soportar una losa de manera uniforme en toda su superficie. Esto produce grietas y deformaciones, lo que puede provocar una falla estructural de cualquier elemento unido al piso, como los montantes de las paredes. [12]
Nivelar el terreno antes de verter el hormigón es un paso importante, ya que un terreno en pendiente hará que el hormigón se cure de forma desigual y dará lugar a una expansión diferencial. En algunos casos, un terreno con pendiente natural se puede nivelar simplemente quitando la tierra del terreno más alto. Si un terreno tiene una pendiente más significativa, puede ser candidato para el método de "corte y relleno", en el que se quita la tierra del terreno más alto y se construye con relleno el terreno más bajo . [13]
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 propio de la losa se apoya en los pilares. Sin embargo, el material de relleno sigue siendo necesario para soportar el hormigón en proceso de curado y su refuerzo.
Existen dos métodos comunes de llenado: llenado controlado y llenado laminado . [13]
El curado adecuado del hormigón que se apoya sobre el terreno es necesario para obtener la resistencia adecuada. Dado que estas losas se vierten inevitablemente en el lugar (en lugar de prefabricarse como algunas losas suspendidas), puede resultar difícil controlar las condiciones para optimizar el proceso de curado. Esto suele facilitarse con una membrana, ya sea plástica (temporal) o un compuesto líquido (permanente). [14]
Las losas portantes suelen complementarse con algún tipo de refuerzo, a menudo varillas de acero . Sin embargo, en algunos casos, como en las carreteras de hormigón, es aceptable utilizar una losa sin refuerzo si está diseñada adecuadamente ( ).
En el caso de losas suspendidas, existen diversos diseños para mejorar la relación resistencia-peso. En todos los casos, la superficie superior permanece plana y la inferior está modulada:
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Las losas no reforzadas o "simples" [18] son cada vez más escasas y tienen aplicaciones prácticas limitadas, con una excepción: las losas de barro ( ). En el pasado eran comunes en los EE. UU., pero el valor económico de las losas reforzadas que soportan el suelo se ha vuelto más atractivo para muchos ingenieros. [10] 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 tensión inducida por una carga, estática o dinámica, debe estar dentro del límite de la resistencia a la flexión del hormigón para evitar el agrietamiento. [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, la elevación del viento, la expansión térmica y el agrietamiento. [20] Una de las aplicaciones más comunes de las losas no reforzadas es en las carreteras de hormigón.
Las losas de barro, 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. [21] Esto las hace económicas y fáciles de instalar para fines temporales o de bajo uso, como subsuelos, espacios de acceso, caminos, pavimento 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 varillas de refuerzo y membranas impermeabilizantes. [10] En esta aplicación, una losa de barro también evita que las sillas de barra de plástico se hundan en la capa superficial blanda del suelo, lo que puede causar desconchado debido a una cobertura incompleta del acero. A veces, una losa de barro puede ser un sustituto del agregado grueso . Las losas de barro suelen tener una superficie moderadamente rugosa, terminada con un flotador . [10]
Una losa unidireccional tiene refuerzo resistente a momentos solo en su eje corto, y se utiliza cuando el momento en el eje largo es despreciable. [23] Dichos diseños incluyen losas corrugadas y losas nervadas. Las losas no reforzadas también pueden considerarse unidireccionales si están apoyadas solo en dos lados opuestos (es decir, están apoyadas en un eje). Una losa reforzada unidireccional puede ser más fuerte que una losa no reforzada bidireccional, dependiendo del tipo de carga.
El cálculo de los requisitos de refuerzo para una losa unidireccional puede ser extremadamente tedioso y requerir mucho tiempo, y nunca se puede estar completamente seguro de cuál es el mejor diseño. [ cita requerida ] Incluso cambios menores en el proyecto pueden hacer necesario volver a calcular los requisitos de refuerzo. Hay muchos factores a tener en cuenta durante el diseño estructural de losas unidireccionales, entre ellos:
Una losa de dos direcciones tiene un refuerzo resistente a momentos en ambas direcciones. [24] Esto se puede implementar debido a los requisitos de la aplicación, como cargas pesadas, resistencia a la vibración, espacio libre debajo de la losa u otros factores. Sin embargo, una característica importante que rige el requisito de una losa de dos direcciones es la relación de las dos longitudes horizontales. Si donde es la dimensión corta y es la dimensión larga, entonces el momento en ambas direcciones debe considerarse en el diseño. [25] En otras palabras, si la relación axial es mayor que dos, se requiere una losa de dos direcciones.
Una losa no reforzada es bidireccional si está apoyada en ambos ejes horizontales.
Una losa de hormigón puede ser prefabricada ( prefabricada ) o construida en el lugar.
Las losas de hormigón prefabricadas se construyen en una fábrica y se transportan al lugar de la obra, listas para ser colocadas entre vigas de acero o de hormigón. Pueden ser pretensadas (en la fábrica), postensadas (en el lugar de la obra) o no tensadas. [10] Es fundamental que la estructura de soporte de la pared se construya con las dimensiones correctas, o las losas pueden no encajar.
Las losas de hormigón in situ se construyen en el lugar de la construcción utilizando encofrados , 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. [26] Se utilizan sillas de barra de metal o plástico con punta de plástico para mantener las barras de refuerzo alejadas de la parte inferior y los lados del encofrado, de modo que cuando el hormigón fragüe envuelva completamente el refuerzo. Este concepto se conoce como cubierta 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 forma de bandeja, a menudo sostenida por un andamio temporal hasta que fragüe el hormigón.
El encofrado suele construirse 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. [27] En trabajos de bajo presupuesto o de pequeña escala, por ejemplo, cuando se coloca un camino de hormigón en el jardín, los tablones de madera son muy comunes. Una vez que el hormigón haya fraguado, se puede quitar la madera.
El encofrado también puede ser permanente y permanecer en el lugar después de verter el hormigón. En el caso de losas o caminos de gran tamaño que se vierten en secciones, este encofrado permanente también puede actuar como juntas de aislamiento dentro de las losas de hormigón para reducir la posibilidad de que se produzcan grietas debido a la expansión o el movimiento del hormigón.
En algunos casos no es necesario el encofrado, por ejemplo, una losa de tierra rodeada de tierra densa, muros de cimentación de ladrillos o bloques, donde los muros actúan como los lados de la bandeja y el material duro (escombros) actúa como base.
