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Diseño de losas

Hacer un proyecto arquitectónico es un proceso de ida y vuelta entre el arquitecto, el estructurista, el diseño de instalaciones, los requerimientos del cliente, las reglamentaciones y el presupuesto. Es un proceso muy complejo que lleva muchos cambios y adaptaciones, y sobre todo mucho tiempo, desde la concepción del proyecto hasta llegar a la obra terminada.

Procesos de diseño

El diseño estructural se empieza a realizar al mismo tiempo que un proyecto arquitectónico. Cuando se está diseñando o proyectando un edificio, se prefigura un criterio estructural el cual indica el sistema que regirá el edificio, ya sea por medio de trabes y columnas, muros de carga, o combinados. Con ese criterio se van definiendo los espacios, ubicaciones de soportes, vigas o trabes, vanos de escaleras y elevadores y todo lo que requiera el edificio para ser habitable.

Una vez definido todo el proyecto arquitectónico, se realiza el cálculo estructural formal que consiste en el análisis de los espacios, análisis de la ubicación de los muros de diferentes entrepisos, si hay coincidencias o no, la ubicación de ventanas o vanos, si hay espacios de doble altura o voladizos, para poder realizar un modelo teórico que represente la estructura real por medio de planos estructurales.

Los puntos para desarrollar el proyecto estructural y el diseño de Losas son: Criterio de estructuración, Geometría, Definición de sistema constructivo para las losas de entrepisos y azotea, Bajada de cargas y Desarrollo de planos generales.

 

Criterio de estructuración

El criterio básico es que en edificios de uno a tres niveles lo más común es que se ocupen muros de carga y algunas trabes de refuerzo entre losas planas de concreto reforzado, si el claro es mayor a 5m, o incluso losas aligeradas de vigueta y bovedilla, también se puede considerar acero estructural, incluso estructuras de madera.

En edificios de cuatro a veinte niveles se recomienda que sean estructuras de concreto reforzado con losas ligeras, y también se pueden hacer de acero estructural[i], sin embargo, en edificios mayores a veinte niveles lo recomendable es el uso de acero estructural, debido al peso de la estructura que es más ligera. Una estructura de concreto es más pesada y tiene más impacto en el diseño de la cimentación, más aún si se trata de suelos inestables.

 

Geometría

Una vez definido el proyecto arquitectónico, la idea es representar los espacios en forma de tableros que a su vez se subdividen en áreas tributarias; es decir, cada uno de los espacios que son los que representan la losa de entrepiso o azotea según sea el caso, generalmente esos tableros se repiten a lo largo de todos los niveles para que esa continuidad sea la que transmite las cargas hasta el suelo por medio de trabes y columnas o muros de carga.

Por ejemplo, en el caso de una casa habitación, un tablero corresponde a la recámara, otro al baño, otro a la sala y así sucesivamente.

De esta manera se pueden calcular las cargas por cada tablero de acuerdo con el tipo de losa que se está planeando, en losas unidireccionales, las cargas van hacia los lados y en losas bidireccionales la representación del área tributaria se distribuye en forma de triángulo o trapecio.

Como se puede ver en el Diagrama 1, se representan los tableros o losas de distribución unidireccional que pueden ser losa de Vigueta y Bovedilla o Losa Alveolar. En este caso las cargas se distribuyen hacia los ejes que pueden ser trabes o muros de carga, y en los puntos de encuentro entre ejes puede -o no- haber una columna.

Obsérvese que las cargas van intercaladas entre los tableros de manera que no se concentren en un solo eje y se distribuyan a lo largo de todos los ejes, por ejemplo, las viguetas irían en el sentido horizontal en el tablero 1 y en el sentido vertical en el tablero 2.

  • Diagrama 1:

 

En el Diagrama 2, se representan las losas bidireccionales, las cuales pueden ser losa maciza de concreto o losa nervada aligerada. En este caso los tableros se dividen en cuatro áreas tributarias que representan las cargas distribuidas uniformemente hacia todos sus lados.

  • Diagrama 2, losas bidireccionales

 

Definición de sistema constructivo para losas de entrepisos y losas de azotea

Aunque ya se consideró casi al principio del proyecto el criterio de losas de entrepiso, conforme se va avanzando con el proyecto estructural, se van revisando las opciones disponibles de sistemas constructivos, pues, aunque los criterios son parecidos, hay variantes que considerar.

Los sistemas constructivos están cada vez más especializados y perfilados a los diferentes usos. Saber qué claro se requiere, la tipología del edificio -una losa de estacionamiento requiere más resistencia que una losa de una oficina, por ejemplo-, si se requiere aislamiento o no, el número de niveles del edificio, si hay voladizos o espacios a doble o triple altura, el uso de estructura metálica o no, si se requiere que las losas de entrepiso sean aparentes o no, las condiciones del lugar de la construcción, -por la factibilidad del uso de grúa u otros mecanismos más sofisticados-, el presupuesto disponible.

Todos esos factores y necesidades se analizan y se identifican con los sistemas disponibles para decidir cuál es la adecuada.

Opciones de losas:

Losas construidas y armadas in situ. Bidireccionales, se construyen a medida y se pueden hacer de cualquier forma, ocupan cimbra de contacto.

  • Losa maciza de concreto armado
  • Losa reticular con casetones de poliestireno

Losas prefabricadas de vigueta y bovedilla, unidireccional, ocupan apuntalamientos, es aligerada, rápida de construir, ahorro en volumen de concreto.

  • Vigueta Pretensada
  • Vigueta de Alma Abierta
  • Viga de Alma Abierta Pretensada
  • Viga Tubular, todas con casetones de poliestireno.

Losas prefabricadas

  • Prelosa Pretensada, consiste en un prefabricado de concreto de forma acanalada, el cual lleva un casetón de poliestireno que permite que sea ligera y acústica.
  • Losa Alveolar, la forma del perfil plana con canales ovalados, lo que permite que sea más ligera, con mayor capacidad de carga y menor espesor que los otros sistemas

Los sistemas se pueden analizar y comparar en detalle en la siguiente tabla:

 

Descarga tabla de comparación

 

Bajada de cargas

De acuerdo con el criterio elegido y el sistema estructural preseleccionado, se calcula el peso o carga muerta de cada área tributaria de los tableros hacia el eje correspondiente por metro lineal en el caso de muros de carga y por carga concentrada en un punto en el caso de las columnas.

La carga muerta se refiere al peso volumétrico propio de los sistemas constructivos que se van a utilizar, como es el peso de la losa de concreto, los muros divisorios, la cancelería, los acabados, todo lo correspondiente a elementos fijos del edificio.

Por ejemplo, en el Diagrama 1, el eje A va a cargar el área tributaria izquierda del tablero 1, y si son varios niveles, se va sumando el peso del eje a lo largo de todos los niveles hasta llegar a la planta baja. De esta forma se hace la distribución de todas las cargas y se definen los pesos de cada elemento de carga que serían las trabes y a su vez las columnas hasta llegar a la cimentación.

Los sistemas prefabricados de losas de entrepiso y azoteas ya tienen una resistencia calculada con base en los claros que van a librar y el uso que tendrá el edificio, lo que permite que el cálculo de bajadas y los cálculos de todos los elementos estructurales se simplifique. En la tabla adjunta también se pueden consultar los pesos del sistema por metro cuadrado.

 

Desarrollo de planos y detalles

Aquí es donde el calculista, ingeniero o especialista entra en la fase más intensa del proyecto estructural, que es el diseño en específico de cada elemento, el diseño o refuerzo por sismo y viento, el cálculo de las secciones de acero en cada columna, trabe o muro de carga, el diseño de la cimentación y al mismo tiempo el dibujo de todos los planos, detalles y anotaciones requeridas para la construcción.

El cálculo estructural se analiza de arriba hacia abajo, pero los planos se disponen de abajo hacia arriba, es decir, desde el nivel inferior como Nivel de Cimentación, Nivel de Primer Entrepiso, Segundo Entrepiso, etcétera hasta llegar al nivel de Azotea.

En los planos se representan los elementos estructurales y sus detalles que pueden ser las secciones de muros de carga, trabes, columnas, detalles de cimentación que pueden ser las secciones de las zapatas o losas de cimentación, o contratrabes, según sea el caso.

En esta fase puede haber algunas modificaciones y actualizaciones en la parte arquitectónica, como son la redefinición de las dimensiones reales de esos elementos, la actualización y resolución de las instalaciones que irán suspendidas en las losas de entrepiso, todos esos detalles importantes que puedan afectar algún elemento o espacio.

Como se mencionó al principio, es un proceso de “ida y vuelta”, y la comunicación entre todas las ingenierías con el proyecto arquitectónico en general es fundamental para que el proyecto esté muy bien integrado y al momento de la obra haya la menor cantidad de errores o correcciones.

El diseño de las losas es una parte muy importante de todo el proceso de diseño estructural y el tener la mayor información posible ayudará a tener un mejor resultado.

 

[1] McCormac; Brown. Diseño de Concreto Reforzado. Alfaomega. México, 2011. P. 6.

 

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