04 Sep Diafragma en tableros construidos con losas prefabricadas
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| Ing. Erik Alejandro Mazon Ruiz 04 de septiembre de 2021. Hermosillo, Sonora, México. |
El uso de losas prefabricadas en edificaciones se ha incrementado en los últimos años, esto debido al beneficio en cuanto a eficiencia tiempo y costo que genera en la construcción. La investigación y pruebas experimentales ayudan a que este sistema de piso sea confiable.
Se entiende por losa prefabricada a un sistema que se compone por elementos fabricados en condición de planta para después transportarlos al sitio de la obra para ser instalados conforme lo indique el programa de obra. Estas losas pueden ser viguetas pretensadas o de alma abierta en conjunto con bovedillas, losas alveolares y Losa TT.
Para que una edificación construida con sistemas de losas prefabricadas tenga un buen comportamiento sísmico tienen que cumplir su función de diafragma. Esto quiere decir que al igual que un edificio monolítico de concreto, debe existir una conexión entre todos los elementos del sistema de piso y transmitir las fuerzas sísmicas horizontales. Utilizar un firme de concreto sobre dichas losas prefabricadas da buenos resultados para lograr la integración de todos los elementos que componen el sistema.
Es común en la práctica del ingeniero diseñador, omitir este diseño por varios motivos, los cuales pueden ser:
- No estar familiarizado con sistemas de losas prefabricadas,
b) Suposición de que el firme de compresión es suficiente para resistir las fuerzas laterales del sismo,
c) Pensar que el edificio se encuentra en una zona con poca actividad sísmica
El reglamento mexicano que establece un procedimiento para el correcto diseño de los diafragmas en sistemas de piso son las NTC CDMX 2020 para diseño por sismo. Específicamente en el capítulo 2.7.
Como es habitual para los diseñadores estructurales, se elabora un modelo matemático del edificio, estableciendo propiedades de secciones, cargas gravitacionales y cargas accidentales como es el sismo. Sabemos que existen diversos métodos para el diseño por sismo de un edificio, pero para el diseño de diafragmas es necesario considerar las deformaciones de los diafragmas en su plano. Estas deformaciones se ignoran si el diafragma es rígido.
Las deformaciones laterales del diafragma se estiman mediante un análisis elástico del modelo tridimensional. Un diafragma es rígido si las deformaciones en el plano son menores que la mitad de la distorsión promedio del entrepiso ubicado por debajo del diafragma.
Fuerza sísmica de diseño
La magnitud de la fuerza de inercia en cada piso de un edificio, se estima usando una distribución de fuerzas laterales equivalentes como lo especifica el reglamento. Es un modelo simplificado donde se obtienen las aceleraciones por piso. Esta fuerza se obtiene de acuerdo a lo especificado en la ecuación 2.7.8 del capítulo 2.7.3 de las NTC CDMX 2020 para diseño por sismo.
Donde:
ai : aceleración de entrepiso como fracción de la aceleración de la gravedad en el centro del diafragma calculada conforme a lo estipulado en el inciso 2.7.2
Wdi : Peso tributario correspondiente al diafragma del i-ésimo piso
Rd : factor de reducción por sobre-resistencia, se obtiene de la tabla 2.7.1
Como se puede observar en la tabla, el diseño aplica tanto para losas macizas de concreto coladas en sitio como para sistemas de piso con capa de compresión, también conocido como firme de compresión.
Las aceleraciones se determinan de forma aproximada con la ecuación:
Donde:
A1 : es la ordenada del espectro elástico de aceleraciones para el periodo fundamental del sistema, de forma conservadora se toma igual al coeficiente sísmico,
a0 : la aceleración máxima del terreno,
Q’ : factor de reducción por comportamiento sísmico
Determinación de la resistencia del diafragma
La revisión por resistencia del diafragma se hace en 2 partes.
La primera es la revisión por corte de la conexión del diafragma con los elementos de borde, ya sean trabes, columnas o muros.
Una vez obtenida la fuerza cortante por tablero habrá que revisar la conexión, dicha revisión consiste en verificar el cortante por fricción del firme de compresión con los elementos de borde, y el refuerzo de varillas normales a la línea de falla. Esto último respecto a la normativa seleccionada.
La segunda parte es diseñar las vigas en compresión y en tensión, así determinar su sección y refuerzo requerido, esto se hace considerando el tablero como un sistema isostático de elementos a tensión y compresión.
Con esto último se verifica si las secciones y refuerzo propuestos para el diseño de cargas gravitacionales es suficiente para soportar las tensiones debidas a las fuerzas sísmicas horizontales en cada piso, o si es necesario añadir más refuerzo.
Es importante tener esto en cuenta, ya que también aplica para edificios con losas apoyadas sobre muros, y lo delicado que es la ausencia de conexión de la losa con dichos elementos de soporte.
ERIK ALEJANDRO MAZON RUIZ
Ingeniero civil egresado de la Universidad de Sonora, Maestría en estructuras urbanas, especializado en estructuras prefabricadas de concreto, experiencia en ingeniería estructural, analista técnico para la empresa TRABIS, docente en la carrera de arquitectura en Universidad Vizcaya de las Américas.
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