LOSAS PREFABRICADAS

Índice Tema

Página(s)

Introducción .....................................................................................

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Objetivos .........................................................................................

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 

Objetivo general ................................................................... Objetivos específicos ............................................................

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Losas prefabricadas ........................................................................

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  

¿Qué es una losa? ............................................................... ¿Cuál es la función de la losa? ............................................ Prefabricación .......................................................................

Tipos de losas prefabricadas........................................................... 

8 8 9 10

Losa de vigueta y bovedilla .................................................. o Características .......................................................... Losas simples T .................................................................... Losas doble T ....................................................................... Losa cajón ............................................................................

10 11 11 12 13

Condiciones de uso de una losa prefabricada.................................

14

Requerimiento del Código ACI ........................................................

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Recomendaciones del Código ACI ..................................................

21

¿Cómo se coloca una losa prefabricada? .......................................

22

Conclusiones ...................................................................................

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Bibliografía ......................................................................................

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  

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Introducción

La construcción por montaje es tan antigua como la civilización misma. En Grecia y Roma aún quedan vestigios de monumentos y templos en los que todas las piezas, de piedra o mármol, fueron confeccionadas en talleres. En los años 60 hubo un marcado desarrollo de la prefabricación en el área de obras públicas, industriales, con la prefabricación de pilares estructuras, vigas pos-tensadas por secciones, losas pretensadas de sección TT, cerchas de hormigón pos-tensado, con cargas de losa, y luces hasta de 36m. Los últimos años han mostrado un rápido desarrollo de la prefabricación en hormigón, dentro de zonas de alta sismicidad. Nueva Zelandia, Japón y Estados Unidos, han sido los focos principales de este crecimiento, se ha dado una mejor comprensión del comportamiento sísmico de las estructuras prefabricadas y de las estructuras de hormigón en general. Además, el desarrollo de conexiones capaces de reunir lo mejor del hormigón armado y de la prefabricación para obtener diseños más económicos, rápidos y eficientes. En Nueva Zelanda el uso de estructuras prefabricadas ha aumentado sistemáticamente en especial en sistemas de pisos, en marcos y muros sismo resistente. En Japón, después de 1970, se inició la construcción de edificios altos con paneles prefabricados en conjunto con elementos de acero o de hormigón armado. En los años 90 se construyeron muchos edificios altos con marcos prefabricados. El código ACI 318 del año 2002 incorpora en el capítulo 21, por primera vez disposiciones de diseño sísmico para estructuras prefabricadas de hormigón, en la misma línea el IBC 2000 (International Building Code) había incorporado disposiciones similares hace algunos años.

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Objetivos

Objetivo general 

Establecer la importancia de las losas prefabricas como sistema de construcción en la actualidad.

Objetivos específicos 

Describir qué es una losa prefabricada



Conocer los tipos de losas prefabricadas, así como su función, sus elementos y el papel que juegan en una estructura.



Determinar las condiciones de uso para el empleo de losas prefabricadas.



Listar los requerimientos principales del código ACI para el diseño de losas prefabricadas.



Conocer a detalle el proceso constructivo para losas prefabricadas, ventajas y desventajas en su aplicación, en que ocasiones es necesaria y cuando no, para poder brindar la mejor solución ante cualquier problema en la colocación conociendo cada elemento que la conforma.

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Losas prefabricadas

¿Qué es una losa? Son planos en los que una de sus dimensiones es mucho menor que sus otras dos y reciben cargas predominantes en la dirección perpendicular de su plano, su misión principal es recibir directamente las cargas que actúan sobre los mismos para transferirlos a las vigas. Frecuentemente la losa se conceptúa como una sucesión de vigas unidas, la una a la otra; y se pre-dimensiona el espesor. Los elementos más comunes para la sustentación de las losas son las columnas, los muros de cargas y las vigas perimetrales, que a su vez se sustentan sobre columnas.

¿Cuál es la función de la losa? La principal función de una losa es recibir las cargas aplicadas y transmitirlas, de igual modo que hace con su peso propio, al resto de la estructura.





La losa bidireccional, sus cargas, se transmiten a través de sus propios nervios a la jácena (viga secundaria) y vigas de borde y de ésta a los pilares. La losa unidireccional, sus cargas, son transmitidas directamente a los pilares, siguiendo todas las direcciones posibles.

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Además de soportar las acciones verticales, la losa debe absorber las fuerzas horizontales actuantes sobre la estructura. A través de los pilares las cargas llegan, en ambos casos a la cimentación.

Figura 1. El esquema de flujo de cargas.

Prefabricación Es un método avanzado y actual de construcción con concreto pretensado o reforzado. La prefabricación significa que la estructura está formada por piezas elaboradas en condiciones industriales o semi-industriales, en las cuales no solo es importante la productividad que se alcanza sino también el control de todos y cada uno de los procesos y materiales que participan en la fabricación de los elementos. Como consecuencia de ello, se logra tener una mejor calidad en la obra y abatir los plazos, a costo totales muy similares a los de las estructuras en sitio o monolíticas. En el caso de los entrepisos prefabricados existen diferentes sistemas de losas, las más usuales son las losas extruidas pretensadas y las losas T en sus diferentes versiones en cuanto a la cantidad de nervios.

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Tipos de losas prefabricadas

1.

Losa de vigueta y bovedilla

Es un elemento estructural reforzado con electromalla de alta resistencia y se encuentra diseñada para resistir fuerzas verticales. La losa prefabricada se analiza y funciona como una losa tradicional continua, armada en un sentido, la luz de diseño es el espaciamiento entre viguetas. Este sistema consiste en empotrar las viguetas a la solera de corona, luego un relleno (bovedilla, molde) coloca el rigidizante (la electromalla) y luego se procede a fundir la losa, el rigidizante se debe colocar en el sentido perpendicular a las viguetas. Las viguetas reciben la carga transmitida por la losa, el refuerzo estructural de la losa ha sido sustituido por una electromalla de acero de alta resistencia, la bovedilla funciona únicamente como formaleta. Este tipo de losas se pueden utilizar para losas finales o entrepisos, ya que las viguetas están diseñadas para soportar diferentes tipos de cargas. Aunque inicialmente se concibió este sistema para su aplicación en las viviendas, en la realidad se ha aplicado en casi todo tipo de losas entrepisos, debido a su bajo peso, estos elementos permiten que se efectúe su montaje manualmente, eliminando el costo de equipos pesados.

Figura 2. Sistema de losa vigueta y bovedilla.

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Características Las losas prefabricadas son el método constructivo que vino a revolucionar los sistemas de losas tradicionales, la losa presenta varias ventajas como el ahorro de madera, concreto, mano de obra, tiempo y la obtención de losas livianas con respecto a su espesor. Podemos asegurar que hasta 6 m de claro es el sistema más económico de losas. Las viguetas se fabrican por diferentes procesos que pueden ser: colado en moldes múltiples de metal y con máquinas extrusoras. Las bovedillas se producen usando máquinas vibro compresoras en donde se intercambian los moldes para los diferentes tipos de secciones, usando por lo general materiales ligeros.

2.

Losas simples T

Son piezas estructurales de concreto pre-esforzado prefabricado, fabricadas en tres peraltes nominales diferentes. La fundición de la losa simple T se realiza en moldes metálicos de 100 metros de longitud, haciéndose la transferencia de preesfuerzo una vez que el concreto ha alcanzado su resistencia mínima específica. El diseño de la losa simple TEE cumple con las normas ACI y fue elaborado con el fin de obtener un elemento estructural con el máximo aprovechamiento de compresión de su losa, que permite una alta capacidad de carga en grandes luces.

Figura 3. Losas prefabricadas simples T.

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3.

Losas doble T

Son elementos estructurales prefabricados, pre-tensado en moldes metálicos, diseñados bajo un estricto control de calidad. La pieza consta de nervios separados a 0.75 metros que trabajan conjuntamente con una fundición de 5 cm, obteniéndose un ancho estándar por pieza de 1.5 metros y que presenta en dos peraltes diferentes de 0.3 y 0.5 metros dependiendo de la luz. Por sus características geométricas, la losa doble TEE permite alcanzar luces de hasta 18 metros, voladizos de 4 metros y a la vez, vistosos detalles arquitectónicos. Su aplicación es muy versátil, ya que puede usarse en entrepisos normales o en losas especiales con cargas fuertes.

Figura 4. Losa prefabricada doble T

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4. Losa cajón Piezas de concreto prefabricado con espesor pequeño que se aplican en sistemas de entrepiso de acuerdo a especificaciones de proyecto. A diferencia de la losa alveolar, este tipo de losa es sólida y no contiene huecos en su longitud. Se fabrican a la medida en donde se requiere este tipo de losa. Son fáciles de transportar, maniobrar y como los otros tipos de losa, permiten mantener orden y limpieza en obra sin la necesidad de colar en sitio y usar cimbras, lo cual genera ahorros en cuestión de tiempos de ejecución, entre otros.

Figura 5. Losa tipo cajón

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Condiciones de uso de una losa prefabricada Una losa construida de elementos prefabricados, estos deben unirse entre ellos y deben ir conectados a las vigas que rodean a la estructura. Algunos factores que pueden imposibilitar el uso de estructuras de concreto prefabricado son: 

Condiciones especiales de la obra: Accesos con obstáculos que imposibilitan el paso debido al insuficiente área libre para el movimiento del equipo de montaje como cables de alta tensión, cables de teléfono y otros elementos que obstruyen el libre movimiento de la pluma o un estrobo. Terraplenes cuya compactación no es posee la adecuada para la utilización de equipo pesado dentro de la zona de construcción. Generalmente es necesario que los terraplenes posean una compactación alrededor del 80% – 90% de compactación del ensayo de PROCTOR para soportar las descargas del equipo y el tránsito de los vehículos y equipo pesado. Además de las condiciones no adecuadas de los apoyos, irregularidades o falta de alineamiento.



Condiciones intrínsecas del proyecto: la cantidad de elementos a utilizar ya que el peso, dimensiones de las piezas, determinan la cantidad posible a transportar pudiendo producir la cantidad de viajes a realizar. Piezas en declive o desnivel, holguras escasas o nulas entre pieza y pieza. La falta de uniformidad produce que las piezas generen errores, además de mayor trabajo como maniobras dobles. Ganchos de anclaje fuera del eje de gravedad de la pieza, etc.



Tolerancias: la tolerancia es el margen de imprecisión con el cual se determina si las dimensiones de del elemento prefabricado son aceptables. Debido a que esto son elementos con elaboración previa y no en el campo de trabajo estos poseen menores tolerancias a las permisibles en una obra convencional, debido a que los elementos que van a ser ensamblados poseen longitudes predeterminadas por lo que de ser posible el redimensionamiento de estos elementos o su modificación representa un costo elevado.

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Las tolerancias en la fabricación de elementos prefabricados varían según ciertos aspectos siendo estos: o

Dimensiones del elemento: si el elemento posee dimensiones de gran tamaño, las tolerancias incrementan.

o

Tipo de Construcción: ya sea por razones estéticas, arquitectónicas o bien instalaciones y acabados, las edificaciones deben poseer una precisión alta siendo esta mayor a la de los puentes vehiculares.

o

Tipo de Prefabricado: en el caso de los elementos para fachada se requiere que la tolerancia sea menor.

o

Dependencia u orden de secuencia: es necesario que los elementos de los cuales recae el apoyo de los demás elementos montados posteriormente requiere de una gran precisión ya que debido a que estos errores son acumulativos.

Los sistemas de apoyo para elementos de piso de concreto prefabricado pueden ser del tipo simple o continuo. El apoyo simple es de gran utilidad en claros largos cuando se dificulta muchoeincrementa el costo parabrindar la resistencia requerida para momento negativo en los nudos. El apoyo continuo, se utiliza más en construcciones del tipo comercial o residencial ya que con esto se busca la continuidad. Los tipos de conexión para estos sistemas se puede dividir en tres grupos diferenciándose unos de los otros por los en los tipos de apoyo variando el peralte de la viga de soporte: 

Tipo I:el uso de concreto colado en sitio,compactado de manera correcta en los bordes del elemento de piso prefabricado,permite lograr la continuidad del momento negativo.



Tipo II:la mala penetración del concreto colado entre la viga y la losa puede disminuir el desarrollo del momento negativo, disminuyendo el esfuerzo cortante. Además, el apoyo que brinda la viga de soporte es mayor y se disminuye la necesidad de utilizar paneles precolados



Tipo III: su uso principal radica en vigas perimetrales o muros, no siendo necesario el uso de concreto colado en sitio sobre la viga de soporte con el fin de lograr un diafragma rígido

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Un método que permite disminuir las longitudes de apoyo consiste en hacer uso de un refuerzo especial ubicado en los bordes del elemento de piso y la viga de soporte que permita soportar carga vertical al momento los apoyos se pierdan de la losa de piso. Este refuerzo de permitir la transferencia del cortante producido al brote de grietas verticales en el borde de las vigas. Puede ser de forma de gancho o barras en forma de silleta, horizontal o refuerzo traslapado.

Requerimientos del ACI para losas prefabricadas o aligeradas (nervadas)

Deflexiones máximas losas nervadas en una dirección (ACI 9.5.3) Deflexión que se ha de considerar

Límite de la deflexión

Techos planos que no soportan ni están ligados a elementos no estructurales que es posible sean dañados por grandes deflexiones

Deflexión inmediata debido a carga viva

L/180

Pisos que no soportan ni están ligados a elementos no estructurales que es posible sean dañados por grandes deflexiones

Deflexión inmediata debido a carga viva

L/360

Construcción de techo o piso que soporta o que está ligada (integrada) a elementos no estructurales que sean dañados

Aquella parte de la deflexión total que ocurre después de fijar elementos no estructurales (la suma de la deflexión a largo

Tipo de miembro

L/480

Por grandes deflexiones Construcción de techo o piso que soporta o que está ligada a elementos no estructurales no dañados por grandes deflexiones

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plazo debido a las cargas sostenidas y la deflexión inmediata debida a cualquier carga viva adicional)

L/240

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Alturas mínimas para losas en una dirección Miembros Libremente apoyados Vigas o losas nervadas en una dirección

L/16

Altura mínima h Ambos extremos continuos

Ambos extremos continuos

L /18.5

En voladizo

L /21

L /8

L es la luz de la losa en una dirección ACI (9.5.3.2)

Altura mínima de losas sin vigas interiores cuando no se controlan direcciones (ACI 9.5.3.2) Sin ábacos Con ábacos

Fy kg/cm

Paneles exteriores Sin vigas de borde

2800

4200

5200

Ln/33

Con vigas de borde Ln/36

Paneles exteriores Paneles interiores

Paneles interiores

Sin vigas de borde

Con vigas de borde

Paneles interiores

Ln/36

Ln/36

Ln/40

Ln/40

Ln/30

Ln/33

Ln/33

Ln/33

Ln/36

Ln/36

Ln/28

Ln/31

Ln/31

Ln/31

Ln/34

Ln/34

Ln: claro libre en la dirección corta en losas con vigas perimetrales descolgadas, y claro libre en la dirección larga en losas sin vigas o con vigas embebidas.

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Cuando se tienen losas con vigas en los cuatro bordes, y valores de αm menores a 2, se aplica la siguiente ecuación básica para establecer una altura mínima genérica de la losa [ACI 9.5.3.3].

Dónde: h: peralte o espesor de la losa maciza o altura de inercia equivalente en la losa nervada Ln :claro libre en la dirección larga del panel, medido de cara a cara de las columnas en losas sin vigas, y de cara a cara de las vigas en losas sustentadas sobre vigas Fy: esfuerzo de fluencia del acero en Kg/cm2 αm:promedio de los valores de α para las cuatro vigas en los bordes del panel, donde α= razón entre E. I de la sección de la viga y E. I del ancho de la losa limitada lateralmente por las líneas de centro de los paneles adyacentes a cada lado de la viga (donde las hubiera) β: relación de forma del panel = panel largo libre / panel corto libre

Figura 6. Peralte equivalente losa alivianada.

Pero “h mín.”, para esta segunda condición, deberá ser al menos 9 cm.

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El ACI [ACI 9.5.3.2] también establece que la altura de las losas macizas o la altura equivalente de las losas nervadas que no poseen vigas perimetrales no debe ser menor que los siguientes valores: Espesores mínimos base en losas sin vigas perimetrales Tipo de Losa Losas sin vigas o ábacos Losas sin vigas pero con ábacos que cubran al menos un sexto de la luz centro a centro y se proyecten por debajo de la losa al menos h/4

Espesor mínimo 12.5 cm 10 cm

Armadura mínima: Armadura Mínima en Losas Nervadas: 

En losas nervadas, la cuantía mínima de flexión, exclusivamente para los nervios, ρmín se debe calcular mediante las siguientes expresiones [ACI 10.5.1], utilizadas en el diseño de vigas:

Donde: f’c: resistencia característica del hormigón en Kg/cm2 El armado previamente descrito se calcula tomando como ancho de la franja de hormigón el ancho de los nervios. 

En la loseta de compresión de las losas nervadas debe proveerse de acero de refuerzo para resistir la retracción de fraguado y los cambios de temperatura, de un modo similar a las losas macizas de espesor constante [ACI 13.3.1].

La diferencia entre las especificaciones para losas nervadas y para losas macizas se produce por que los nervios de las losas nervadas se comportan fundamentalmente como una malla espacial de vigas, y la loseta de compresión se comporta como una combinación de placa y membrana (losa maciza). Por otro lado, el armado en losas macizas se coloca en las 2 direcciones para el mismo volumen de hormigón, y en losas nervadas se coloca exclusivamente en la dirección de los nervios, lo que duplica la cantidad de acero en losas macizas.

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Sin embargo, cumpliendo las disposiciones previas, para aceros de 4200 Kg/cm2, el armado mínimo de los nervios es aproximadamente el doble del de las losas macizas (14/4200 ≈2 x 0.0018), con lo que la cuantía volumétrica mínima de acero es similar en ambos tipos de losas. Armadura Máxima: Con el objeto de asegurar una ductilidad mínima, no se podrá proporcionar más armadura a una losa que el 75% de la cuantía balanceada [ACI98 10.3.3, CEC 10.3.3] cuando no resisten sismo (losas con vigas descolgadas):

Cuando las losas resisten sismo (losas con vigas embebidas y losas planas) no se debe proporcionar armadura de flexión que supere el 50% de la cuantía balanceada

La cuantía balanceada para secciones rectangulares está definida por [ACI 10.3.2]:

Dónde: ρb : cuantía balanceada f’c: resistencia característica a la rotura del hormigón en kg/cm 2 Fy: esfuerzo de fluencia del acero de refuerzo en kg/cm2 Es: módulo de elasticidad del acero en kg/cm2 Recubrimiento Mínimo: El acero de refuerzo en losas prefabricadas [ACI 7.7.2] debe tener un recubrimiento mínimo de 2.0 cm.

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Recomendaciones del código ACI referentes a losas nervadas

Recomendaciones acerca de las características geométricas de las losas nervadas o que son producto de las observaciones efectuadas en experiencias constructivas pasadas [ACI-8.11]. Entre ellas se tiene: 1. Las nervaduras o viguetas deberán tener un ancho de al menos 10 cm. Y un peralte no mayor de 3 veces y medio de dicho ancho. 2. La distancia libre entre nervaduras no será mayor que 75 cm esta limitación permite un ligero incremento en la capacidad de corte del concreto, así como la disminución del recubrimiento del refuerzo. 3. Si la losa tiene embebida tuberías su espesor deberá ser por lo menos 2.5 cm mayor al diámetro exterior de los tubos. 4. Si se empelan ladrillos o bloques cuyas resistencia a la compresión es menor que la del concreto o no se empela alineamiento de relleno, el espesor de la losa no deberá ser menor 5cm. El refuerzo perpendicular de las viguetas deberá ser diseñado para trasmitir cargas concentradas aplicadas sobre la losa y no será menor que refuerzo a temperatura 5. Por requisitos de integridad estructural [ACI 7-13.2.1), por lo menos una varilla de refuerzo positivo deberá ser colocada a todo lo largo de la vigueta o nervadura y continua sobre los apoyos. De ser necesario será empalmada sobre los apoyos con un empalme clase A y en el extremo se anclara haciendo uso de un gancho estándar.

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¿Cómo se coloca una losa prefabricada?

Como beneficio extra del sistema de losa prefabricada (vigueta y bovedilla) la fácil instalación permite tiempos más cortos de trabajo así como reducción en la mano de obra durante su instalación, manteniendo la calidad y mismas características que una losa tradicional. Por la facilidad y rapidez de colocación podemos dividir la instalación de una losa prefabricada en 6 pasos.

1. Colocación de los apuntalamientos el cual reduce hasta en un 90% contra el proceso tradicional, en cuanto a apuntalamientos se refiere.

Figura A. Colocación de viguetas

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2. Colocación de viguetas: se colocan las viguetas a partir de los muros principales amarradas al acero de refuerzo o soleras de corona, y a la separación que se indica en el plano de montaje según las especificaciones del constructor, por ser un elemento prefabricado se garantiza la calidad y resistencia de la misma, siempre antes de su instalación se debe verificar que la vigueta no este dañara producto de una mala transportación o de un mal manejo durante su descarga.

Figura B. Colocación de viguetas.

3. Colocación de las bovedillas: Para tener la correcta separación de viguetas se colocan bovedillas en los extremos de cada tramo para alinear cualquier imperfección en el montaje, luego de esto se procede a colocar el resto de las bovedillas ajustándolas lo más posible para logran un asentamiento preciso, cabe resaltar que en el caso de voladizo se debe realizar este con un armado similar al de la losa tradicional en las vigas principales y colocar refuerzos en donde sea necesario. Figura C. Colocación de las bovedillas

Figura C1.

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Figura C2.

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4. Colocación de instalaciones eléctricas e hidro-sanitarios: se debe de seguir las indicaciones de los planos para la colocación de cajas y artefactos que circularan dentro de la losa, teniendo cuidado especial de no interferir con los elementos estructurales vitales de la misma y no dañar por ningún motivo las viguetas.

Figura D. Colocación de instalaciones eléctricas e hidro-sanitarios

5. Colocación de la electromalla: la electromalla se corta a la medida deseada para cubrir un determinado tramo en caso de que la losa sea de un tamaño mayor se deben colocar más electromallas dejando traslapes de 10 a 15 centímetros y amarradas con alambre, así mismo los extremos de la maya deben ir sujetados perfectamente a las vigas primarias de refuerzo.

Figura E. Colocación de la electromalla

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6. Fundición de concreto: se debe de cubrir los extremos con formaleta de madera o metal para evitar que el concreto fluya en una dirección no deseada, se tapa con papel los huecos que podrían afectar en las instalaciones eléctricas e hidro-sanitarios, se debe mojar la superficie de las viguetas y bovedillas y a continuación se debe verter la mezcla de concreto teniendo en cuenta antes de preparar la mezcla que para este tipo de losas se debe de contar con un agregado grueso de tamaño uniforme ya que el espesor de la capa de concreto en ocasiones no supera los 7 centímetros y con un agregado grueso de un tamaño no controlado pudiera crear ratoneras en los espacios pequeños. Figura F. Fundición de concreto

Figura E1.

Figura E2.

Figura E3.

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En la actualidad el sistema de losa prefabricada de vigueta y bovedilla permite un ahorro de un 25% de costos contra el sistema de losa tradicional, además de reducir el tiempo de construcción en un 60%.

Cabe destacar que el procedimiento varía encuanto a colocación para construcciones de vivienda y para construcciones industriales, que poseen bovedillas de mayores dimensiones.

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Conclusiones 

Una losa prefabricada: 1ero. Reducción de costos (de hasta un 25%). 2do Ahorro de tiempo de la construcción. 3ero. Obtención de losas livianas. 4to Mejor control de material usado. 5to Garantizada su calidad por la empresa que la fabrica.



La misión principal de una losa es recibir directamente las cargas que actuan sobre los mismos para tranferirlos a las vigas, los elementos mas comunes para la sustentacion de las losas son las columnas, los muros de carga y las vigas perimetrales.



Se deben tomar en cuenta diversos factores para el uso de losas prefabricadas debido a que, por ser elementos con previa elaboración deben poseer dimensiones y tolerancias muy acertadas, las cuales son difíciles de mejorar. Además de disminuir el tiempo de ejecución de la obra, representa dificultades de transporte, como de empleo, dependiendo de las condiciones de la obra como obstáculos para la maniobrabilidad de éstas.



Al seguir los lineamientos y recomendaciones que hace el Código ACI se asegura la elaboración de una losa bajo estándares de calidad que garantizan una estructura segura para el servicio solicitado.



Se determinó que la instalación de losas prefabricadas es funcional en cuanto a tiempo de trabajo y economía, en cuanto a material y mano de obra; además, que actualmente en la rama de vivienda es la opción más elegida por los usuarios y constructores dada la relación calidad - precio.

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Bibliografía

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