SISTEMA DE PISO Esta formado por aquellos elementos que hacen parte del entrepiso de un nivel de la edificación. El sistema de piso incluye vigas maestras, vigas y viguetas (si las hay) y la losa sobre ellas, o simplemente la losa de entrepiso cuando ésta se apoya directamente sobre las columnas como en el sistema losa-columna. La selección del sistema de piso apropiado se debe realizar luego de estudiar varias alternativas.

SISTEMA DE LOSA MACEZA SOBRE VIGAS Descripción del sistema básico: Consiste en una cuadricula de vigas maestras en las dos direcciones principales en planta con una losa maciza en el espacio entre ellas. Las vigas maestras se localizan en las líneas o ejes de columnas, salvando la distancia entre ellas. La losa puede tener voladizos por fuera de la viga maestra perimetral. Este sistema debe cumplir con los requisitos de integridad estructural

Sistema de losa sobre vigas

Uso de vigas intermedias. Una de las principales variaciones del sistema consiste en usar vigas intermedias apoyadas sobre las vigas maestras. Se puede emplear una o varias vigas en cada vano. Las vigas intermedias pueden tener la misma o menor altura que las vigas maestras. Estas vigas intermedias se pueden usar en una dirección o en dos. El uso de muchas vigas intermedias conduce al sistema de vigueta descrito posteriormente. Ventajas del sistema de losas macizas sobre vigas. En este sistema cada uno de los elementos tiene la altura y el ancho apropiados para cumplir con los requisitos de resistencia y servicio; por ello tienen un peso propio relativamente bajo. El sistema se puede usar con vanos de cualquier longitud, puede adaptarse a cualquier distribución en planta y se puede localizar ductos y perforaciones importantes sin mayor problema. Desventajas del sistema de losa maciza sobre vigas. La altura de los elementos resultantes puede ser grande si se emplea un número pequeño de elementos; pero el tratar de reducir esta altura implica una formaleta cada vez mas elaborada debido al mayor número de elementos. Puede requerir de cielo raso en usos de oficinas y apartamentos.

Uso de vigas intermedias en una dirección en el sistema de losa maciza sobre vigas

Uso de vigas intermedias en dos direcciones

en el sistema de losa maciza sobre vigas

SISTEMA DE VIGUETAS Descripción del sistema básico. Consiste en una serie de viguetas paralelas, apoyadas sobre vigas maestras. Las vigas maestras se localizan en las líneas o ejes de columnas, salvando la distancia entre ellas. Las viguetas generalmente tienen la misma altura de las vigas, pero pueden tener menor altura. Una losa maciza delgada cubre la distancia entre viguetas. La losa maciza no puede tener voladizas exteriores a la vigueta de borde. La distancia libre entre viguetas, medida por debajo de la losa, n o debe exceder 800 mm. El ancho del alma de las viguetas no debe ser menor de 120 mm en la parte superior, ni menor de 100 mm medidos en la sección mas delgada. La altura libre del alma de las viguetas no debe exceder 3.5 veces su ancho mínimo. La losa maciza debe cumplir con los requisitos de espesor mínimo.

Sistema de viguetas

Requisitos dimensionales de las viguetas

Tipo de formaleta. Cuando las viguetas tienen la misma altura de las vigas se puede utilizar una formaleta pana apoyada sobre parales. Para viguetas de menor altura que las vigas se requiere una formaleta mas elaborada. Para crear los vacíos se emplean bloques o cajones de diferentes formas y materiales. Entre los mas populares están: elementos permanentes o removibles de madera, elementos removibles cubiertos con metal, fibra de vidrio, plástico o espumas de estireno o rellenos permanentes con bloques de cemento o arcilla. Riostras. En los sistemas de vigueta en una dirección, con el fin de mejorar las características de distribución de las cargas y evitar que cargas concentradas sean soportadas por una sola vigueta, se emplean elementos transversales (riostras) con una separación no mayor de 10 veces al altura total de la vigueta, h, sin exceder 4 m.

Riostras

Viguetas en dos direcciones. Para luces aproximadamente iguales en las dos direcciones, el uso de viguetas en ambas direcciones puede resultar ventajoso. En este caso, para que el sistema clasifique como sistema de viguetas, estas deben estar apoyadas sobre vigas maestras. Este sistema se conoce como losa aligerada en dos direcciones apoyada sobre vigas. Si el sistema carece de vigas se conoce como sistema reticular cedulado.

Sistema de viguetas en dos direcciones

Ventajas del sistema de viguetas. Las viguetas pueden salvar luces medianas a grandes, con un peso propio relativamente bajo. Es fácil ubicar ductos y perforaciones pequeñas. Para cagas vivas o cargas permanentes de magnitud apreciable, es posible cumplir con holgura los requisitos de funcionamiento relacionados con deflexiones debido a la altura relativamente grande del sistema. La distancia libre entre viguetas depende del espesor de la losa superior y del número de viguetas, lo cual le permite al diseñador gran libertad en la escogencia de las dimensiones apropiadas.

Desventajas del sistema de viguetas. Requiere más mano de obra que otros sistemas. Para disposiciones oblicuas en planta tanto el diseño como la construcción son mas dispendiosos que en otros sistemas. Para edificaciones destinadas a oficinas o apartamentos el sistema requiere cielo raso, o un afinado inferior de concreto lo que a su vez requiere elementos de aligeramiento permanentes. Las perforaciones o ductos grandes interrumpen varias viguetas, cuya carga aferente debe ser transferida a otras viguetas, l que complica el diseño y la construcción. Si las viguetas son de menor altura que las vigas, se pierde la ventaja de utilizar una formaleta plana.

SISTEMA LOSA – COLUMNA Descripción básica del sistema. En el sistema losa-columna la losa es soportada directamente por las columnas, sin necesidad de vigas. El sistema tiene numerosas variaciones. Falla por punzonamiento. Un problema asociado con este tipo de sistemas, conocido desde los inicios del concreto reforzado, es la falla a cortante por punzonamiento de la losa.

Falla a cortante por punzonamiento

Losa plana. Cuando la superficie inferior de la losa no presenta ninguna protuberancia o mayor espesor -lo que produce una losa de espesor uniforme soportada sobre las columnas- el sistema se conoce como placa pana (flan plate)

Sistema de losa plana

Losa plana. Para mejorar la resistencia a la falla por punzonamiento y para aumentar la resistencia general a la flexión, la losa se puede engrosar en la cercanía de las columnas. (flan slab) El área rectangular de mayor espesor alrededor de la columna se conoce con el nombre de ábaco. En este caso se mejora la posibilidad de falla por punzonamiento en la zona de contacto losa-columna, pero se crea una nueva superficie de falla en el borde del ábaco; por lo tanto debe verificarse la resistencia a cortante por punzonamiento en los dos sitios.

Ábacos

Otro procedimiento para aumentar el área de contacto entre la losa y la columna consiste en engrosar la parte superior de la columna, formando asi un capitel,

Capitel de columna

En algunos casos se pueden combinar ábacos y capiteles, aquí también existen dos zonas de falla potencial que deben ser verificadas en el diseño.

Columna con ábaco y capitel

Los ábacos deben incrementar el espesor de la losa por lo menos un 25% y debe extenderse por una distancia no menor de 1/6 de la luz medida entre centros de los apoyos en cada dirección.

Dimensiones mínimas de ábacos Reticular cedulado. Para luces mayores, se pueden introducir vacíos en la cara inferior de la los en un sistema de placa plana en las zonas alejadas de la columnas, dejando zonas macizas alrededor de las columnas. Este sistema se conoce como reticular cedulado (waffle slabs). Las nervaduras resultantes (viguetas) en el sistema reticular cedulado deben cumplir con las dimensiones mínimas para viguetas.

Reticular celulado

Este sistema es muy similar al de viguetas en dos direcciones. La diferencia principal radica en que en el sistema de viguetas existen vigas en los ejes de columnas mientras que n el reticular celulado todos los elementos son viguetas y los vacíos alrededor de las columnas son llenados formando un capitel. Este capitel sólido debe abarcar por lo menos tres viguetas en cada dirección en columnas centrales y por lo menos dos viguetas paralelas al borde en columnas exteriores o de esquina. Para crear los vacíos se pueden emplear bloques permanentes de cemento o removibles de madera, fibra de virio o plástico, tal como se describió para el sistema de viguetas. Ventajas de los sistemas losa-columna. Los sistemas losa-columna requieren en general losas mas delgadas. El sistema permite alguna flexibilidad en la ubicación de columnas, debido a que se aceptan pequeñas desviaciones del eje horizontal de columnas. En general, estos sistemas no requieren cielos rasos. El uso de una formaleta plana simplifica la construcción. La colocación del refuerzo se simplifica dado que no se requiere estribos (excepto en el reticular celulado), mejorando los tiempos de construcción. Los ductos y perforaciones se pueden ubicar en la parte central del panel de losa). Desventajas de los sistemas losa-columna. El principal problema de estos sistemas está relacionado con la falla por punzonamiento. Para evitarlo se debe aumentar el espesor de la losa, lo que la hace más pesada. El empleo de ábacos y capiteles ayuda en la solución del problema del punzonamiento pero complica el diseño y la construcción. Las luces son menores que en otros sistemas, debido al mayor peso propio y menor altura del sistema. En la medida que se aumentan las luces, aumenta la posibilidad de que se presenten deflexiones a largo plazo debidas a las cargas permanentes grandes. Estas deflexiones pueden afectar los muros y particiones, especialmente cuando se construyen de mampostería. Los ductos y perforaciones no pueden estar cerca de las columnas debido a que disminuye la resistencia al punzonamiento de la losa. El desempeño sísmico de los sistemas losa-columna, cuando no están rigidizados lateralmente por muros de concreto reforzado, no es tan bueno como el que presentan otros sistemas estructurales, tal como se ha demostrado debido a la ocurrencia de numerosos temblores. Bajo los “Requisitos esenciales” no se permite el uso de los sistemas Losa-columna en zonas sísmicas, a menos que el sistema estructural esté rigidizado lateralmente por muros estructurales de concreto reforzado en las dos direcciones principales en planta.

SELECCIÓN DEL SISTEMA PISO

El diseñador estructural debe seleccionar el sistema de piso entre los presentados. Varias alternativas deben estudiarse y la selección final se debe hacer teniendo en cuenta las bondades de cada sistema en términos de: Magnitud de las cargas muertas y vivas, especialmente del peso propio

del sistema. Geometría en planta de la estructura, especialmente en cuanto a

longitud de vanos en las dos direcciones y la relación entre ellos. Presencia de voladizos, luz máxima y dirección. Tipos de ocupación de la edificación. Resistencia de los materiales, concreto y acero de refuerzo, disponibles. Comportamiento esperado del sistema de piso, y cumplimiento

adecuado de los criterios de funcionamiento asociados con deflexiones. Cantidades de obra de los materiales –concreto, acero y formaletas-

necesarios ara la construcción del sistema de piso, teniendo en cuenta que probablemente el sistema de piso utilice la mayor parte de los materiales empleados en la construcción de la estructura.

La tradición local en la construcción de sistemas de piso juega un papel importante en la selección del sistema y puede simplificar las labores de coordinación en obra.

La calidad y destreza de la mano de obra local deben influir en la selección del sistema, pues hay sistemas que requieren mano de obra con mayor experiencia y calificación que la que podrían aportar los trabajadores locales.

Costo relativo de las alternativas, pero los beneficios económicos deben sopesarse contra el comportamiento esperado y la seguridad del sistema.

REQUISITOS ESENCIALES PARA EDIFICIOS DE CONDRETO REFORZADO

Para Edificios de Tamaño y Altura Limitados, Basados en ACI 318-02