losas planas grupo 1

5/26/2018 Losas Planas Grupo 1

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UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERA CIVIL

LOSAS PLANAS SIN BACOS NI CAPITELES Pgina 1

1. TEMA: LOSAS PLANAS SIN BACOS NI CAPITELES

2. OBJETIVOS:

2.1.GENERAL

Conocer el funcionamiento estructural de una losa plana sin bacos ni capites.

2.2.ESPECIFICOS

Diferenciar el funcionamiento estructural de una losa plana con bacos y capiteles,

y sin ellos.

Sealar las ventajas y desventajas de trabajar con losas planas sin bacos ni

capiteles.


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3. INTRODUCCIN3.1.DEFINICINES

Las losas planas son elementos estructurales que se apoyan directamente sobre columnas,

sin la intervencin de vigas, pueden tener ampliaciones en las columnas o en la losa o deser de peralte uniforme; en este caso se denominan placas planas. Tambien pueden sermacizas o aligeradas.

Este tipo de losa se refuerza con varilla en dos direccionesy puede tener un peralteuniforme o se puede engrosar en un rea simtrica mas o menos cuadrada llamada baco.

En pisos de este tipo se puede aumentar el tamao de la columna cerca de su extremosuperior formandoles una cabeza acampanada llamada capitel.

El rango de luces entre columnas por economa, permitiendo bajar la cantidad de acero parasu diseo, oscila entre 5 y 8 metros

Alivianando las losas se puede llegar hasta 10 metros de eje a eje.

Aplicando pretensado, con losas macizas, se pueden alcanzar los 12 metros por la calidad ycontrol que se tiene al fabricarlos.


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Las losas pueden apoyar directamente sobre las columnas sin sobre espesores o a travs debacos y/o capiteles como el indicado en la figura

Estos elementos van dispuestos en la zona de apoyo (parte alta de las columnas) con elobjeto de reducir las tensiones que tienden a producir efectos de corte como tambin

punzonado, nombre que se aplica a la tendencia de la columna a penetrar la losa. Losbacos adems pueden aumentar la altura de la losa en la zona en que los efectos de flexinson mximos, logrando una disminucin en las cantidades de armadura requerida.

Cuando se observan voladizos importantes y espesores de losas reducidos seguramente setrata de entrepisos sin viga

.


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Los voladizos resultan muy tiles pues aumentan notablemente la resistencia al punzonadorespecto a las columnas de borde, de hecho, cuando no verifican y no es posiblematerializar voladizos se suelen hacer vigas de borde, caso contrario se podra tener conmayor facilidad efectos de punzonamiento como se muestre la fotografa.

Con el fin de reducir este efecto TAMBIEN existen alternativas para mejorar la resistenciaal punzonado, como:

La disposicin de armadura al efecto en zona de columna

Pernos de refuerzo para punzonamiento


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4. FUNCIONAMIENTO ESTRUCTURAL:Un ejemplo resuelto por la universidad de la plata muestra la diferencia que existe dedeformaciones en losas con vigas y sistemas de entrepisos sin vigas apoyados directamentesobre columnas constando con los siguientes datos.

Entrepiso plano de 5 paos de 6.00m en ambas direcciones, con voladizos de 1.50m,losas de 18 cm de espesor, columnas de 60 cm de dimetro y vigas de 0.50x0.50 conuna carga aplicada de 100 T/m2

Si pensamos en una estructura para entrepisos planos de tipo convencional conformada porlosas, vigas y columnas, el camino de las cargas (aplicadas sobre las losas) ser aquel quesignifique la deformacin en forma de arcos contenidos en las losas que tienden a poyarseen las zonas de mayor rigidez, en este caso representado por las vigas, que son como lneasde rigidez.

GRAFICAMENTE OBSERVAMOS QUE Los momentos flectores obtenidos son lossiguientes:


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Puede notarse con claridad las lneas de apoyo que imponen las vigas, haciendo que losmomentos negativos de losas resultan bastante parejos (color azul).

En las figuras siguientes se ha resuelto la misma estructura pero eliminando las vigas de50x50

Se puede ver que la configuracin general de la estructura deformada se mantiene, siguenapareciendo zonas con curvaturas negativas sobre los apoyos en las columnas y positivas en


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los tramos, tambin se ve que permanecen las zonas con menores deformaciones encorrespondencia con las lneas de columnas, como si siguiese existiendo alguna vigaficticia que marca la lnea de apoyos.

De este modo podemos imaginar y tratar de interpretar el funcionamiento analizando dos

franjas, una que pasa por las columnas y otra por el medio. La franja que pasa por lascolumnas tiene apoyos puntuales (puntos en los que est impedido el descenso por lapresencia de las columnas), mientras que las franjas medias podemos imaginarlassuspendidas por las franjas que corren en sentido contrario y que funcionan como resortes,que seran como apoyos elsticos, mucho ms blandos que las columnas, esto hace que lasfranjas de columnas resulten de mayor rigidez que las medias.

Se puede apreciar en el diagrama de momentos flectores M11 de la fig. 12 que existe unaimportante concentracin de momentos en zonas cercanas a los apoyos y se puededistinguir claramente la existencia de franjas o fajas en correspondencia con las columnas(fajas de columna) y otras centrales con menores momentos (fajas medias). En el primercaso el valor de momento ser tomado en un porcentaje elevado por las vigas y el resto porla losa mientras que en el segundo caso al desaparecer las vigas ser absorbido en un 100%por la losa.


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5. REQUERIMENTOS GENERALES

Pueden ser macizas, o aligeradas.

Segn la magnitud de la carga por transmitir, se puede apoyar directamente sobrelas columnas o a travs de bacos, capiteles o una combinacin de ambos

En ningn caso se admitir que las columnas de orilla sobresalgan del borde de lalosa.

Son losas que transmiten las cargas directamente a las columnas.

Estas losas en su forma tradicional no poseen resistencia suficiente para irrumpirdentro del rango inelstico de comportamiento de los materiales, por ello no serecomiendan para zonas de alto riesgo ssmico.

Las losas aligeradas debern contar con una zona maciza adyacente a la columna decuando menos 2,5 de h medido desde las caras de la columna.

Las losas planas pueden fallar en cortante por penetracin debido a la columnadentro de la losa, o por flexin.

En los ejes de columna deben suministrarse nervaduras de ancho no menor de250mm; las nervaduras adyacentes a los ejes de la columna sern de por lo menos200mm de ancho y el resto de ellas de al menos 100mm. En la zona superior de la


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losa habr un firme de espesor no menor de 50mm, monoltico con las nervaduras yque sea parte integral de la losa.

6. DISPOSICIONES DEL ACI 3180810.12.1 La superficie superior del concreto de la columna debe extenderse 600mm dentrode la losa apartir de la cara de la comua. El concreto de la columna debe ser monolitico conel concreto del piso.

10.12.3 Investigaciones han demostrado que losas muy cargadas no proporcionan tantoconfinamiento como las losas poco cargadas cuando la relacion de resistencia del concretode la conexin de la columna y la resistencia del concreto de la losa exede 2.5.

R3.3.6 -Las esquinas no restringidas de losas de dos direcciones tienden a levantarse al sercargadas. Si esta tendencia a levantarse es restringida por muros o vigas de borde, se

producen momentos de flexin en la losa.7. PROCEDIMIENTOS DE DISEO

Se permite disear un sistema de losas mediante cualquier procedimiento que satisfaga lascondiciones de equilibrio y compatibilidad geomtrica, si se demuestra que la resistencia dediseo en cada seccin es por lo menos igual a la resistencia requerida.

El diseo de la losa se puede lograr mediante el uso combinado de soluciones clsicasbasadas en un continuo linealmente elstico, soluciones numricas basadas en elementosdiscretos o anlisis de lneas de rotura, incluyendo en todos los casos la evaluacin de lascondiciones de esfuerzo alrededor de los apoyos en relacin con el cortante y la torsin, ascomo la flexin. (ACI318-08 cap13.5.1)

Para el anlisis de carga gravitacional en sistemas de losas en dos direcciones, seespecifican dos mtodos de anlisis en 13.6 y 13.7. Las disposiciones especficas de ambosmtodos estn limitadas en su aplicacin a prticos ortogonales sometidos solo a cargasgravitacionales. Ambos mtodos se aplican a losas en dos direcciones con vigas, as como alosas planas y placas planas. En ambos mtodos, la distribucin de momento a las seccionescrticas de la losa reflejan los efectos de la reduccin de rigidez de los elementos debido alagrietamiento y la geometra del apoyo. (ACI318-08 cap13.5.1.1)

Esta seccin se ocupa fundamentalmente de los sistemas de losas sin vigas. Los ensayos yla experiencia han demostrado que, a menos que se tomen medidas especiales para resistirlos esfuerzos debidos a la torsin y cortante, todo el refuerzo que resista la parte delmomento transmitida por flexin a una columna debe colocarse entre lneas situadas a unadistancia igual a una y media veces el espesor de la losa o baco, 1.5h, a cada lado de lacolumna. (ACI318-08 cap13.5.3)


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Los apoyos interiores, exteriores y de esquina se refieren a conexiones losa-columna paralas cuales el permetro crtico de columnas rectangulares tiene 4, 3 2 lados,respectivamente. (ACI318-08 cap13.5)

8. MTODOS DE DISEO:8.1.GENERALIDADES:

Los momentos pueden considerarse constantes dentro de los lmites de una franjacentral o una de columna, como aparece, a menos que haya vigas sobre los ejesentre columnas. (NILSON ARTHUR, DISEO DE ESTRUCTURS DE CONCRETO,cap13)

8.2.MTODO DE DISEO DIRECTO:

Consiste en un conjunto de reglas para la distribucin de momentos a las secciones de la

losa. (ACI318-08 cap13.6)Los momentos en las losas en dos direcciones pueden determinarse utilizando unmtodo de diseo directo semiemprico, con las siguientes restricciones:

Debe haber un mnimo de tres luces continuas en cada direccin. Los paneles deben ser rectangulares con una relacin de luz larga a corta no mayor

que dos dentro de un panel. Las longitudes de luces sucesivas en cada direccin no deben diferir en ms de un

tercio de la luz ms larga. Las columnas pueden correrse con respecto a cualquier eje de columnas sucesivas

un mximo del diez por ciento de la luz respectiva en la direccin del

desplazamiento. Las cargas son nicamente gravitatorias y la carga viva no debe exceder dos veces

la carga muerta.

8.2.1. PASOS PARA LA APLI CACIN DEL MTODO DI RECTO:a) Determinacin del momento esttico total

(ACI318-08 cap13.6.2.2)

Dnde:qu: es la carga distribuida mayorada por unidad de rea.l2: es lado opuesto en la direccin de los momentos de clculo.ln: es la luz libre en la direccin de los momentos.


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b) Distribucin del momento esttico mayorado total a las secciones de momentospositivos y negativos.

(ACI318-08 cap13.6.3.3)

DIAGRAMA DE MOMENTOS:


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8.3.MTODO DEL PRTICO EQUIVALENTE

a. Bases del anlisis

Para efectos analticos, en el mtodo del prtico equivalente la estructura se divide en

prticos continuos centrados en los ejes de columnas y extendindose tanto longitudinalcomo transversalmente, como lo indican las franjas sombreadas de la figura 13.10. Cadaprtico se compone de una fila de columnas y de una viga ancha continua. La viga, o vigalosa, incluye la porcin de la losa limitada por las lneas centrales de los paneles a cada ladode las columnas, junto con las vigas en los ejes de columnas.Para cargas verticales, cada piso con sus columnas se puede analizar en formaindependiente, suponiendo que las columnas estn empotradas en los pisos que le quedanpor encima y por debajo.

FIGURA 13.10Idealizacin del edificio para el anlisis con el mtodo del prtico equivalente.


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b. Momento de inercia de la viga losa.

Los momentos de inercia para utilizar en el anlisis pueden determinarse con base en lassecciones transversales brutas de concreto ignorando el refuerzo, pero teniendo en cuentalas variaciones en estas secciones a lo largo del eje del elemento.

Para las franjas de vigas, el primer cambio desde el momento de inercia en el centro de laluz ocurre normalmente en los bordes de los bacos, cuando stos se utilizan.Los factores de rigidez, de transmisin y de momentos de empotramiento para cargauniforme, necesarios para un anlisis de distribucin de momentos (ver el captulo 11) estndados en la tabla A.14 del apndice A para una losa sin bacos.


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c. Columna equivalente

En el mtodo del prtico equivalente, las columnas se consideran unidas a la viga losacontinua mediante elementos a torsin en la direccin transversal a la de la luz para la cual

se determinan los momentos; el elemento a torsin se extiende hasta las lneas centrales delos paneles que limitan cada lado de la viga losa en estudio. Las deformaciones a torsin deestos elementos transversales de soporte reducen la rigidez a flexin efectiva queproporciona la columna real en el apoyo.

Para tener en cuenta este efecto, el conjunto columna y viga real se remplaza por unacolumna equivalente, definida de modo que la flexibilidad total (el inverso de la rigidez) dela columna equivalente sea igual a la suma de las flexibilidades de la columna y de la vigareales. As que,

Dnde: Kec = rigidez a flexin de la columna equivalenteKc = rigidez a flexin de la columna realKt = rigidez de torsin de la viga de borde

Todas expresadas en trminos de momento por unidad de rotacin. En el clculo de K, sesupone que el momento de inercia de la columna real es infinito desde la parte superior dela losa hasta la parte inferior de la viga losa. Los factores de rigidez y de transmisin paraeste caso estn dados en la tabla A.14c.


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El mtodo del prtico equivalente, el concepto de columna equivalente, ilustrado para unacolumna exterior, se emplea en todas las columnas de apoyo para cada viga losa continua.

d. Anlisis de momentos

Una vez determinadas las rigideces efectivas de la franja de viga losa y de los apoyos, elanlisis del prtico equivalente puede llevarse a cabo mediante el mtodo de distribucin demomentos.

Una vez que se obtienen los momentos de diseo positivo y negativo como se describianteriormente, falta distribuirlos a lo ancho de las secciones crticas. Para fines de diseo, elancho total de la franja se divide en franjas de columna y medias franjas centralesadyacentes, definidas previamente, y los momentos se suponen constantes dentro de loslmites de cada una de ellas.

La distribucin de momentos y cortantes a las vigas en los ejes de columnas, si stasexisten, se realiza tambin segn los procedimientos del mtodo de diseo directo.

9. RESISTENCIA AL CORTANTEEl cortante puede ser crtico en losas sobre las que se aplican cargas concentradas.Esto sucede especialmente cuando ocurre la transferencia de fuerzas de la losa a columnas,de columnas a zapatas o cuando las cargas son rodantes. Las dimensiones de la columna yel espesor de la losa dependen de la magnitud de la fuerza cortante por ser transmitida, sepuede concluir que los esfuerzos por corte controlan el diseo.

La resistencia est controlada por:

- Accin de viga.La losa falla como una viga ancha con una seccin crtica de corte que se extiende atodo el ancho de la losa. Para calcular esta resistencia se lo realiza a travs de lasexpresiones de diseo para vigas.

- Accin en dos direcciones La losa falla en torno a la carga o reaccin concentrada. La seccin crtica se extiende alrededor de la carga concentrada o de la columna. La seccin crtica est localizada a una distancia d/2 del permetro de la columna

donde d es el peralte efectivo de la losa.


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10.FALLA POR PUNZONAMIENTOLas losas estarn sometidas, adems de a la flexin, a una accin de punzonado, generandofuertes tensiones de corte en las proximidades de la unin losa-columnas y que resultanpreponderantes a la hora del dimensionado del espesor de la losa, las columnas y la

posibilidad del uso de capiteles.Varios han sido los estudios realizados para determinar el comportamiento, respecto delpunzonado, de losas apoyadas directamente sobre columnas. Estas experiencias sirvieron debase para la redaccin de distintos cdigos reglamentarios de construccin.

Los ensayos realizados demuestran que una losa sometida a una fuerza concentrada, querompe por corte, se punzona segn una forma cnica o piramidal.Si la carga es centrada, la distribucin de esfuerzos tangenciales sobre la superficie lateralde las figuras formadas resulta uniforme.

Una falla por punzonamiento de conexin losa columna puede causar el colapsoprogresivo de una parte o del total de la estructura.

El fisuramiento es causado por los momentos flexionantes negativos que partendel apoyo en sentido radial.

Es recomendable concentrar el refuerzo de tensin en la franja de columna paramejorar el comportamiento a flexin antes de cargas de servicio.

Para evitar fallas progresivas es conveniente la colocacin de acero en el lechoinferior que sea continuo a travs de la columna, estas varillas funcionaran como

una red que detendr la losa sobre la columna.

De acuerdo al cdigo ACI [ACI 11.11.2.1], el esfuerzo cortante que puede resistir elhormign bajo el modelo de punzonamiento es el menor de:

Dnde:

: relacin del lado largo al lado corto de la columnas: parmetro que vale 40 para columnas interiores, 30 para columnas de borde y 20 paracolumnas esquinerasd: altura efectiva de la losa (distancia desde el centro de gravedad del acero de traccinhasta la cara comprimida extrema.bo: permetro de la seccin crtica de cortante de la losa o zapata


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11.DETALLES DE REFUERZO:13.3.1 El rea de refuerzo en cada direccin para sistemas de losas debe determinarse apartir de los momentos en las secciones crticas, pero no debe ser menor que la requerida

13.3.2 El espaciamiento del refuerzo en las secciones crticas no debe exceder de 2 veces elespesor de la losa.

13.3.3 El refuerzo para momento positivo perpendicular a un borde discontinuo debeprolongarse hasta el borde de la losa y tener una longitud embebida recta o en gancho, depor lo menos 150 mm en las vigas, muros o columnas perimetrales.

13.3.4 El refuerzo para momento negativo perpendicular a un borde discontinuo debedoblarse, formar ganchos o anclarse en las vigas, muros o columnas perimetrales, para quedesarrolle su capacidad a traccin en la cara del apoyo

13.3.8.2 Cuando las luces adyacentes no sean iguales, la prolongacin del refuerzo para

momento negativo se lo har ms all del borde del apoyo, como se describe en la figura13.3.8

13.3.8.3 Se permiten las barras dobladas nicamente cuando la relacin altura/luz permitael uso de dobleces de 45 o menos


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13.3.8.5 Todas las barras o alambres inferiores dentro de la franja de columna en cadadireccin, deben ser continuos o estar empalmados con empalmes de traccin, o conempalmes mecnicos o soldados.

Para asegurar la suficiente resistencia en los empalmes de manera que se pueda producir la

fluencia en el elemento y evitarse as la falla frgil

Los empalmes deben ubicarse como lo muestra la figura 13.3.8. Al menos dos barras oalambres inferiores de la franja de columna, en cada direccin, deben pasar a travs de laregin circunscrita por el refuerzo longitudinal de la columna y deben anclarse en losapoyos exteriores.


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12.ABERTURAS EN LOSAS13.4.1 Se permite dejar aberturas de cualquier tamao en los sistemas de losas si viga si laresistencia de diseo es por lo menos igual a la requerida.

13.4.2.1 En la zona comn de dos franjas centrales que se intersecten, siempre que semantenga la cantidad total de refuerzo requerido para la losa sin abertura.

13.4.2.2 El rea comn en el cual se intersectan dos fajas de columna no se debeinterrumpir con aberturas de ms de 1/8 del ancho de la faja de columna, correspondiente acualquiera de los dos tramos.

En los lados de la abertura se debe incorporar una cantidad de armadura equivalente a lainterrumpida por ella.

13.4.2.3 En el rea de interseccin de una faja de columna con una faja intermedia (reacomn), las aberturas no deben interrumpir ms de 1/4 de la armadura prevista en cada faja.

En los lados de la abertura se debe incorporar una cantidad de armadura equivalente a lainterrumpida por ella.

Cuando las aberturas de las losas planas estn localizadas dentro de las franjas decolumnas, se identifica las secciones crticas de la losa para cortante.11.11.4.7 La seccin crtica de la losa para cortante debe ser perpendicular al plano de ella

y debe atravesar cada brazo de la cabeza de cortante a 3/4 de la distancia,desde la cara dela columna hasta el extremo de la brazo de la cabeza de cortante.


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13.VENTAJASa. Plantas libres

La disposicin de columnas con separaciones importantes entre ejes, permiten la

generacin de espacios libres importantes con muy poca interferencia.

Aptos para:

Edificios pblicos y de oficinas Cocheras y estacionamientos de vehculos Grandes tiendas e hipermercados de varios pisos, etc. Nunca sern competitivos como cubiertas de cerramiento,

existen otras tipologas estructurales mucho ms econmicasy racionales, como las metlicas.

b. Mejor iluminacinNo existe interferencia con los rayos lumnicos, logrando un aprovechamiento superior dela luz natural y artificial.

c. Limpieza (libres de polvo)La ausencia de las vigas permite una mayor limpieza en forma natural.

d. Versatilidad en el pasaje de caerasLa ausencia de vigas que interfieren con los trazados, significa una enorme ventaja a la horade proyectar y ejecutar las instalaciones sanitarias, contra incendio, aire acondicionado,

electricidad, etc. y su posible modificacin en el futuro.

e. Se gana altura (mayor cubaje con menor altura)Los entrepisos sin viga tienen comparativamente un menor espesor del paquete estructural,entendiendo como tal la medida desde el fondo de la viga o losa hasta el nivel de losaterminada, en algunos casos la adopcin de esta tipologa estructural puede significar ganar20 o 30 cm. por piso.


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f. Disminuye el volumen a refrigerar o calefaccionar.La menor altura implica menos metros cbicos de volumen de edificio a refrigerar ocalefaccionar.

g. Facilidad en el encofrado, mayor rapidez en la ejecucin.Los encofrados planos y la ausencia de recortes por la eliminacin de las vigas hace muchoms sencilla la tarea de construccin de los encofrados, disminuyendo los plazos deejecucin y aprovechando mejor los materiales de construccin del encofrado.

Otra ventaja es la posibilidad de utilizar hormigones con menor asentamiento, es comollenar un pavimento, esto permite disminuir la relacin agua/cemento e incrementar laresistencia a igualdad de consumo de cemento.

14.DESVENTAJASAlto consumo de acero.

En los entrepisos vigados, la distribucin de materiales es mucho ms racional que en unentrepiso sin vigas.Las vigas aportan altura justo donde ms se necesita, incrementando el brazo elstico(distancia entre las armaduras traccionadas y la fuerza de compresin resultante en elhormign) con lo cual la cantidad de armadura necesaria es menor.En el entrepiso sin vigas, la altura es uniforme prcticamente en todas las partes de la losa,esto hace que el brazo elstico sea menor que en los vigados y el consumo de acero resultemayor.

Exige una modulacin adecuada (separacin entre columnas).

Si se pretende un funcionamiento estructural adecuado, es conveniente una modulacinracionalizada, a diferencia de los entrepisos convencionales donde esa restriccin no resultatan condicionante.Cabe acotar que la modulacin no tiene por qu ser de trama rectangular, pudiendo ser detipo triangular, trapecial, etc., lo importante es proyectar varios paos de dimensionessimilares en ambas direcciones.


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15.CONCLUSIONES:

Una losa traba a flexin no obstante en tipos de losa sin bacos ni capiteles espredominante los esfuerzos de punzonamiento en el borde del apoyo (columna).Para losas que no tienes subelementos estructurales, as como bacos y capiteles esnecesario un refuerzo especial en el borde de los apoyos, esto permitir absorber losesfuerzos de punzonamiento.

16.BIBLIOGRAFA:

ACI318-08.DISEO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO, NILSON ARTHUR, CAP 13.GUA DE ESTUDIO #3 ENTREPISOS SIN VIGAS, UNIVERSIDADNACIONAL DE LA PLATA

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