Placas Bidireccionales PDF
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x
= K
x
EI
L q
4
x
x
y
y
= K
y
EI
L q
4
y y
(5)
Como en el punto de interseccin la deflexin es la misma para cada direccin, se
puede igualar:
K
x
EI
L q
4
x
x
= K
y
EI
L q
4
y y
q
x
=q
y
(K
y
/K
x
)m
4
, ( 6 ) con m=L
y
/L
x y
L
y
< L
x
Para losas cuadradas con apoyos simples, L
y
= L
x
K
x
= K
y
se tiene que
1
q
q
y
x
= y q
x
= q
y
= q/2
Si la losa es rectangular con L
x
= 2L
y
y Kx = Ky, remplazando en ( c), se llega a
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16 / 1
L 2
L
) 1 (
q
q
4
y
y
y
x
=
|
|
.
|
\
|
= q
x
=
16
1
q
y
= 6.25% q
y
Como q
x
+ q
y
= q q
x
=
17
1
q = 6% q (7 )
q
y
=
17
16
q = 94% q (8)
Ntese que para una relacin de L
x
/ L
y
= 2 solamente el 6% de la carga se transporta
hacia la luz mayor, por lo que prcticamente, toda la carga la resiste la luz menor . Por
esta razn se estableci como lmite superior para la relacin L
x
/ L
y
= 2 , para la cual
sea prctico el diseo como losa en dos direcciones. Si L
x
/L
y
> 2, es preferible
analizarla como losa armada en una direccin.
Volviendo a la ecuacin q
x
= q
y
(K
y
/K
x
)m
4
y con q
x
+ q
y
= q , se llega a las siguientes
expresiones:
4
y x
4
y
x
m K K
m K
q
+
= q y
4
y x
x
y
m K K
K
q
+
= q (9) (10)
Se observa en las ecuaciones (9) y (10) que q
x
y q
y
dependen de la relacin entre las
dimensiones de la losa , es decir, de m=L
y
/L
x
y de las condiciones de borde dadas por
los coeficientes K
x
y K
y
(simplemente apoyada, empotrada y articulada, doblemente
empotrado, etc). Si se tienen en cuenta estas condiciones es posible calcular los valores
de Momento y Cortante usando coeficientes C
i
, de tal manera que
V
i
= C
i
V y M
i
= C
i
M (11)
Estas son las bases del MTODO DE LOS COEFICIENTES
El mtodo es aproximado ya que no tiene en cuenta que las franjas de losa paralelas
adyacentes no pueden deformarse libremente. Es mas, para elementos de franjas fuera
del centro, se puede observar que el elemento de cubo en la interseccin de dos franjas
adquiere una deformacin angular, lo que indica la presencia de momentos torsionantes
cerca de las esquinas de las losas.
El mtodo es muy conservador; por ejemplo, segn la Teora de la elasticidad, para una
losa cuadrada simplemente apoyada en sus cuatro bordes, el momento mximo en el
centro de la luz vale M=0.0479qL
2
mientras que con el mtodo de los coeficientes, con
q
x
=q
y
= q/2, se tiene que M
x
=M
y
= q
x
L
2
/8 = (q/2)L
2
/8 = 0.0625 qL
2
, o sea que el
momento resulta un 30% mayor que el obtenido en la teora de la elasticidad.
El mtodo de los coeficientes intenta tener en cuenta todas estas consideraciones,
usando los resultados de la teora de la elasticidad pero ajustando a las condiciones
reales de deformacin mediante mtodos modernos de anlisis.
Las variables principales tenidas en cuenta son:
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- Las distribuciones de momentos en losas de concreto son diferentes a las
distribuciones elsticas debido al agrietamiento en el concreto para carga
cercanas a las de servicio.
- Las condiciones de apoyo de las losa reales no corresponden a las
idealizadas en la teora elstica.
- Las vigas de apoyo tienen cierta flexibilidad y se comportan como vigas T
con ancho efectivo difcil de determinar.
- Los momentos varan a todo lo ancho de la losa; para simplificar se
considera solamente una franja central de ancho igual a la mitad de la luz
libre y dos franjas iguales de columnas con ancho de L/4.
Para el diseo de las vigas se considera como rea tributaria de carga, la que resulta de
trazar en cada panel lneas a 45 grados. Resultan tringulos y trapecios que
multiplicados por la carga q unitaria se convierten en cargas uniformente distribuidas.
Figura 7. Area tributaria en Vigas
PERALTE MINIMO DE LA LOSA:
El peralte mnimo se puede calcular con la siguiente fmula aproximada:
h = Permetro/ 180.
La NSR-10 da tres frmulas en el C.9.3.3 que usa unos coeficientes que a su vez estn
en funcin del peralte; podra usarse en su defecto la Tabla C.9.3 como si se tratara de
losa plana. De todos modos la frmula anterior es una buena primera aproximacin.
En losas nervadas en dos direcciones la separacin mxima entre nervios ,medida centro
a centro, no puede ser mayor a 3.5 veces el espesor total de la losa, sin exceder a 1.50 m
(C.8.13.3 )
5. METODO DE LOS COEFICIENTES DE LA NSR-10 (CAPITULO C.13)
Las Normas Colombianas de Diseo y Construccin Sismorresistentes NSR-10
presenta las especificaciones para los mtodos enumerados anteriormente. Aqu
solamente se usar el Mtodo de los Coeficientes aplicados a losas apoyadas en vigas
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rgidas o muros ; a continuacin se extraen los principales numerales contenidos en
C.13, complementndolos con grficos, comentarios y textos tomados de otras
referencias bibliogrficas.
Franjas de Columnas
Los paneles se dividen, en cada direccin, en franjas de columnas de ancho L/4 y
franjas centrales de ancho L/2, donde L se toma como luz libre.
Las vigas se pueden disear como vigas T o L con un ancho efectivo de aleta como se
indica en el esquema abajo:
Refuerzo en la losa
La cuanta obtenida mediante el mtodo de los coeficientes no ser menor que los
sealados para refuerzo por temperatura, as:
t
= 0.002 si f
y
350 Mpa
0.0018 si f
y
= 420 Mpa
La separacin de este refuerzo debe cumplir:
S 2h h Espesor de la losa
50 cms.
Refuerzo especial en las esquinas exteriores
En losas macisas con vigas entre apoyos cuyo valor de o sea mayor de 1.0, debe
proporcionarse refuerzo especial, superior e inferior, en las esquinas exteriores de
acuerdo con los siguientes requisitos:
a) El refuerzo especial, tanto superior como inferior, debe soportar un momento
igual al mximo momento positivo de la losa (por unidad de ancho).
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b) El refuerzo superior se coloca paralelo a la diagonal en la esquina.
c) El refuerzo inferior se coloca normal a dicha diagonal.
d) La distancia hasta la cual se extiende dicha diagonal es Lx/5, siendo Lx la luz
mayor.
C.13.9 . Losas en dos direcciones apoyadas en Vigas o muros.
El procedimiento de diseo de la presente seccin slo es aplicable a losa cuyos pneles
estn apoyados en sus cuatro bordes sobre muros o vigas rgidas.
Una viga se considera rgida cuando Relacin de rigidez a la flexin de la seccin de la
viga a la rigidez a la flexin de un ancho de losa limitados lateralmente por los ejes
centrales de los paneles 2.00, o en losas macizas, cuando la altura de la viga es
mayor o igual a tres veces el espesor de la losa.
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Si la losa es nervada, el nmero mnimo de paneles en cada direccin debe ser mayor o
igual a cinco, para poder usar este mtodo.
LOSA
VIGA
EI) (
(EI)
= o Relacin de rigidez a la flexin de la seccin de la viga a la rigidez a la
flexin de un ancho de losa limitados lateralmente por los ejes centrales de los paneles
adyacentes (si los hay) a cada lado de la viga
Pneles que trabajan en una direccin. Cuando el parmetro m es menor de 0.50 la
losa se puede analizar como losa en una direccin, pero el refuerzo negativo en la luz
larga se calcula para un panel con m=0.5. Este refuerzo se coloca en la parte superior
paralelo a la luz larga. Se sugiere que en una distancia mnima de Lx/5.
Condiciones de borde.
a) Cuando la viga de apoyo en el borde es suficientemente rgida a la torsin, el
apoyo puede considerarse equivalente a un apoyo central continuo.
b) Si la rigidez torsional de la viga de borde es despreciable la losa se considera
con un apoyo no continuo. En este caso el momento negativo adyacente a la viga
de borde de la losa se debe tomar igual a un tercio del momento positivo.
Secciones crticas de momento.
a) Para momento negativo se considera el borde del panel en la cara del apoyo.
b) Para momento positivo se calcula en el centro de la luz.
Momento de diseo en la franja central.
Mx = CxWLx
2
My = CyWLy
2
a) donde W representa la carga por unidad de rea
b) Para obtener los coeficientes Cx Cy usar Tablas C.13.9.1 a C.13.9.3 y C.13-7
delas NSR-98
Momento en la franja de columna
Se puede reducir gradualmente desde su valor mximo en la franja central Mx o My
hasta 1/3 de dichos valores.
C.13.9.8. Momentos negativos en el apoyo comn de pneles de diferente tamao.
Cuando el momento negativo en un lado del apoyo sea menos del 80% del momento en
el lado opuesto, la diferencia se puede distribuir proporcionalmente a la rigidez de las
losas.
C.13.9.3. Esfuerzos cortantes en la losa.
Los esfuerzos cortantes en la losa deben calcularse bajo la suposicin de que la carga en
el panel se distribuye a los apoyos en la proporcin indicada en la tabla C.13-9.4
V
i
= C
i
W L
i
/2
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