Forjado colaborante MT-100 |
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El
fundamento de los forjados compuestos radica en la tecnología
usada para potenciar la adherencia entre la chapa de acero conformada y
el hormigón. Esta tecnología se denomina
también forjado colaborante por la colaboración entre
los dos materiales que componen el forjado, para hacer frente a las
tensiones inducidas por las cargas. La adhesión
mecánica de los dos componentes se realiza a través
de las indentaciones del perfil de acero galvanizado. La
adhesión química de por si sola, no sería
suficiente para garantizar una unión eficiente que haga
realmente trabajar el forjado compuesto como estructura mixta..
Una
vez esté ejecutado, el forjado cumple las siguientes funciones:
El
perfil del forjado colaborante MT-100 (llamado así por la
altura de greca de 100 mm) está particularmente indicado para
edificios de importantes dimensiones con estructura
metálica y luz entre apoyos significativa. Se adapta
perfectamente a diferentes tipologías edificatorias
tales como:
Las características del MT-100 han sido desarrolladas en colaboración con el Grupo de Estructuras del Departamento de Medios Continuos de la Escuela de Ingenieros Superiores de Sevilla, dentro de un marco de cooperación con AICIA - Asociación de Investigación y Cooperación Industrial de Andalucía.
Los ensayos experimentales llevados a cabo se ajustan a las prescripciones de las Normativas Eurocódigo 4 y Eurocódigo 3, únicas normativas de referencia en breve plazo a nivel europeo.
Los valores publicados en las tablas se refieren a la sobrecarga estática admisible y la sección de armadura al momento flector negativo en caso de apoyos intermedios. Los ensayos a rotura de losas de diferente tipología han facilitado los parámetros característicos “m” y “k” que definen la recta de referencia del forjado MT-100. Esta recta proporciona el dato de sobrecarga admisible en función del espesor de la chapa y del canto del forjado. Tras su obtención, estos valores se han comprobado por medio de los obligados ensayos, siguiendo las modalidades descritas en el EC4.
Para
poder calcular con exactitud el forjado, el proyectista deberá
conocer mínimo dos de los siguientes datos:
Se entiende por apuntalamiento la colocación de apoyos intermedios para reducir temporalmente la distancia entre apoyos durante las fases de vertido y fraguado del hormigón. Una vez fijadas las chapas, en los casos donde sea necesario, se colocará un puntal en el medio del tramo. En caso de necesitar dos puntales (tramo de luz libre importante) los puntales se colocarán a 1/3 y 2/3 de la luz libre del tramo. El croquis ilustra la manera correcta de colocar un puntal.
Su
misión principal es la de hacer frente a los esfuerzos de
retracción generados por el secado del hormigón,
evitando
su fisuración. Contribuye además a la
distribución de pequeñas cargas puntuales actuantes
sobre
el forjado. Se debe colocar a una profundidad de 20 mm
respecto a
la cara superior del forjado, cubriendo enteramente su superficie. El
punto 7.6.2 de la Normativa Eurocódigo 4 especifica
la
sección mínima de esta armadura:
Es la armadura que se coloca en los nervios de la losa mixta para contribuir a soportar los esfuerzos de flexión (momento flector positivo) cuando la sobrecarga de uso alcanzada por el forjado no es suficiente. En estos casos los redondos corrugados se colocan en los valles del perfil metálico: esta medida aumenta la capacidad resistente de la losa, permitiendo por ejemplo, disminuir el espesor de la chapa manteniendo constante el canto del forjado y a la vez, aumentar la resistencia al fuego del mismo. Cabe señalar que los valores de sobrecargas estáticas que aparecen en las tablas del MT-100 se refieren a un forjado que no dispone de ningún tipo de armadura adicional.
Cuando la losa diseñada es continua, es decir presenta apoyos intermedios, sobre éstos se producen momentos flectores negativos. Se hace entonces necesario colocar este tipo de armadura, a una profundidad de 25 mm con respecto a la cara superior del forjado. Las barras corrugadas deben tener una longitud suficiente para cubrir un tercio de la luz de cada uno de los vanos adyacentes, como se muestra en la croquis adjunto. La sección mínima de armadura requerida para hacer frente a estos momentos flectores negativos, se detalla en las tablas correspondientes.
En esta solución constructiva, el perfil para forjado colaborante se une íntimamente a la estructura metálica por medio de los conectores. El forjado pasa a ser parte de la misma estructura portante del edificio, dejando de ser un elemento monolítico cuyo peso es soportado por las vigas y pilares sobre los que apoya. Funciona como capa de compresión de la sección resistente, que de esta manera ve su resistencia notablemente incrementada. En los cálculos, esto permite considerar la suma de las secciones resistentes de la viga metálica y del forjado colaborante.
La decisión sobre el tipo de estructura a adoptar y el correspondiente cálculo son responsabilidad del proyectista. Los valores de sobrecarga presentados en las tablas hacen referencia a un forjado sin armadura adicional. No obstante existe la posibilidad de incorporar redondos corrugados de acero para hacer frente a las distintas solicitaciones que se producen en el forjado. Hay diferentes tipos de armadura de refuerzo, con características y funciones diferentes. En todo caso usaremos barras de acero corrugadas de alta adherencia, con límite elástico de 500 N/mm2 y diámetro idóneo.
El hormigonado sobre las chapas grecadas se realizará mediante los métodos tradicionales: bombas y tuberías o cubilote. Todo aceite, suciedad, untuosidad remanente del proceso de fabricación o sustancia perjudicial presente en la cara superior del perfil, deberá ser eliminado antes de comenzar la fase de vertido del hormigón. Para conseguir las propiedades finales del forjado, especificadas en el proyecto, hay que aplicar el máximo cuidado en esta fase evitando una excesiva deformación del forjado, la segregación del árido o las pérdidas de lechada. El hormigón se verterá en la medida de lo posible sobre las vigas de apoyo del forjado, desde la mínima altura posible. Es necesario usar una tubería de salida del hormigón dotada de un asa que permita un manejo fácil y práctico, ya que en ningún caso se verterá el hormigón desde un altura mayor de 30 cm. Hay que evitar cualquier acumulación de material, e ir distribuyéndolo longitudinalmente a los nervios del perfil de acero, desde las vigas hacía los vanos. La circulación de carretilla se realizará sobre tablones de 30 mm de grueso colocados sobre la malla, asegurándose que no coincidan en la misma zona del forjado más de tres operarios al mismo tiempo.
Para garantizar el buen funcionamiento del forjado hay que realizar una compactación satisfactoria alrededor de los conectores, de las armaduras y sobre el relieve de la chapa. No es necesario vibrar el hormigón. En caso de pérdidas de lechada con la consecuente aparición de manchas en la parte inferior del perfil, se aconseja limpiar antes del secado con un simple chorro de agua..
Para
agilizar la construcción de un forjado colaborante y optimizar
los tiempos de ejecución, Hiansa S.A. ha creado unos
exclusivos remates de acero galvanizado. Se trata de piezas
que
aún sin ser imprescindibles son muy útiles, ya que
sustituyen a determinadas operaciones de encofrado que se
harían en la obra de manera más artesanal y
aproximativa:
La
R (capacidad portante de un forjado colaborante en situación
de
incendio) es, según el Eurocódigo 4 Parte 1.2, de 30
minutos. Este dato no necesita ninguna comprobación,
mientras el cálculo del forjado colaborante se haya hecho de
acuerdo con las especificaciones del Eurocódigo 4
Parte
1.1. Si el proyecto requiere una resistencia al fuego superior a los 30
minutos, el proyectista puede optar por distintas soluciones:
La
unión de la chapa a una viga metálica se puede
realizar
mediante tornillos, soldadura o clavos. El diámetro del
agujero
para fijación del perfil por disparo será de
4,5 mm.
La fijación con tornillo autorroscante se realizará
según las figuras F1 y F2; el diámetro del agujero
será de 6,3 mm ó 5,5 mm, en función del
espesor
del ala del perfil. Este tipo de unión no es la más
recomendable, puesto que el exiguo espesor de la chapa no
permite
albergar el paso de rosca suficiente como para que el tornillo trabaje
de manera adecuada.
No
obstante, la decisión le corresponde al proyectista
responsable del diseño y cálculo del forjado.
En
caso de optar por una unión por soldadura, esta se
realizará con un botón de diámetro 20 mm en
cada
valle.
La
soldadura se repicará y protegerá con pintura
antióxido.
Si el forjado es de un solo tramo (dos apoyos) el perfil se deberá fijar a la viga en cada valle. En los apoyos intermedios (caso de más tramos cubiertos con una sola chapa) se podrá fijar un valle sí y uno no.
El cosido del solape lateral es recomendable: la separación será de 1000 mm en un forjado de más tramos y de 500 mm en forjados de un solo tramo.
La
correcta instalación prevé que los perfiles se fijen
a la
estructura según se vayan colocando. Al terminar la jornada es
conveniente comprobar que no queden chapas suelta o fijadas
parcialmente y asegurar las chapas todavía sin colocar, ante
una posible caída.
No es aconsejable efectuar trabajos en la planta inferior y superior
del forjado durante la instalación del mismo.
Normalmente se dejan placas metálicas o pletinas embebidas en el soporte; las chapas de forjado colaborante se fijan a estos apoyos mediante disparo o soldadura, especialmente cuando las fuerzas de arranque previstas son considerables.
En caso de no utilizar dichas placas, debe de garantizarse una distancia entre el punto de fijación de la chapa y el borde del soporte suficiente para asegurarse que no se produzca desprendimiento o rotura del mismo. En estas consideraciones se tendrán en cuenta las características de fragilidad del material del soporte.
Generalmente en las obras es necesario prever huecos para el alojamiento y paso de instalaciones y bajantes a través del forjado. En este caso los huecos se deben replantear previamente al hormigonado, utilizando bloques de poliestireno expandido o cualquier otro medio de encofrado. Cuando el lado del hueco es mayor de una onda, será necesario reforzar longitudinalmente y transversalmente el perímetro del hueco.
En general se puede afirmar que:
Para abrir estos huecos, el perfil metálico se cortará cuando el hormigón está curado. Es importante no perforar la losa con equipos de percusión una vez esté fraguada, ya que las vibraciones pueden afectar la colaboración entre la chapa de acero y el hormigón, generando pérdida de adherencia y por tanto de capacidad portante.
.Con el fin de evitar la acción del viento, la humedad, la condensación y la lluvia, se recomienda estocar el material de acero galvanizado en zonas cubiertas y en una atmósfera lo más seca posible. En caso de estocaje a la intemperie, los paquetes se deberán aislar del suelo mediante tacos de altura diferente, con el fin de obtener una pendiente que favorezca la evacuación del agua.