Forjado colaborante MT-60 |
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El fundamento de los jorjados 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 generadas por las cargas. La adhesión mecánica de los dos componentes se realiza a través de las indentaciones en los flancos inclinados 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-60 (llamado así por la
altura de greca de 60 mm) está particularmente indicado para
edificios de importantes dimensiones con estructura
metálica. Se adapta perfectamente a diferentes
tipologías edificatorias tales como:
Las
características del MT-60 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 y
obligado cumplimiento 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-60. Esta recta proporciona el dato de
sobrecarga admisible en función del espesor de la chapa y
del canto del forjado. Tras obtener estos valores, siguiendo las
modalidades de ensayo descritas en el EC4, se han comprobado por medio
de los obligados ensayos de comprobación.
PARÁMETROS GEOMÉTRICOS | |||||
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l (cm4) | Pc (Kgf/m2) | Wi (cm3) | Xg (Dist mm) | Ap (mm2/m) | Espesor (mm) |
60,38 | 8,49 | 18,567 | 32,521 | 1.081,85 | 0,8 |
75,47 | 10,55 | 23,14 | 32,618 | 1.352,15 | 1,0 |
90,56 | 12,66 | 27,68 | 32,715 | 1.622,45 | 1,2 |
I = Inercia del perfil por metro lineal de forjado. Pc = Peso de la chapa. Wi = Módulo resistente por metro lineal de forjado. Xg = Distancia del eje del centro de masas del perfil a la base del mismo. Ap = Sección útil de acero por metro lineal de forjado.
(2)La tolerancia superior de la longitud de las chapas es 0 para evitar acumulaciones en longitud que podrían provocar que alguno de los cambios de chapa no apoyara correctamente sobre el soporte. Por el contrario, sí es aceptable una tolerancia de -3 mm. puesto que se permite dejar una pequeña holgura entre chapas consecutivas.
(3)Se trata de la altura de la embutición medida desde la cara superior de la cara lateral de la greca, a la cara superior de la embutición.
PESO PROPIO DEL PERFIL + HORMIGÓN (Kg/m2)
Para
poder definir con exactitud el forjado del proyecto, el calculista
deberá conocer los siguientes datos:
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 aumentar a la vez la resistencia al fuego del mismo. Cabe señalar que los valores de sobrecargas estáticas que aparecen en las tablas del MT-60 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 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 correspondientes tablas.
Se entiende por apuntalamiento la colocación de apoyos intermedios para reducir temporalmente la distancia entre apoyos durante las fases de vertido y curado del hormigón. Una vez fijadas las chapas, en los casos donde sea necesario, se colocará un puntal en el medio de la luz libre 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:
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. Esto permite considerar en los cálculos, la suma de las secciones resistentes de la viga metálica y el forjado.
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 a tracción. No obstante existe la posibilidad de incorporar redondos corrugados de acero para hacer frente a 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 líimite elástico de 500/N/mm2 en diámetro idóneo a su función.
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 longitu-dinalmente 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.
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 plantear 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
siempre y 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.
Para
agilizar la construcción de un forjado colaborante y
optimizar el tiempo 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 de otra
forma se harían de manera más artesanal y
aproximativa en la obra:
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.
Con el fin de evitar la acción del viento, la humedad, la condensación, la lluvia, se recomienda almacenar el material de acero galvanizado en una zona cubierta y en una atmósfera lo más seca posible. En caso de tener que almacenar el material a la intemperie, los paquetes se deberán separar del suelo mediante tacos de diferente altura: la pendiente creada favorecerá la evacuación del agua.
El usuario de las tablas de sobrecarga del forjado compuesto con perfil MT-60, puede extrañarse al comprobar como, en un determinado momento, al aumentar en 1 cm el canto de la losa de hormigón, la sobrecarga admisible baja de manera significativa. Este salto en los valores corresponde a la entrada en la zona sombreada en granate de las tablas. Esto se debe al diferente enfoque teórico que sostiene el estudio y comprobación de una estructura no apeada y apeada (según recoge la Normativa Eurocódigo 4 y Eurocódigo 3). Una chapa de acero no apuntalada, en fase de ejecución del forjado, se deforma proporcionalmente al peso propio del hormigón vertido.
Una vez fraguado, el forjado presenta flecha (f0) y la chapa tiene una tensión interna σ0 correspondiente a su deformación.
Cuando este forjado se carga (carga Q uniformemente distribuida), en el centro del vano se registrará el máximo valor de momento flector (correspondiente a la carga Q). Es el momento de comprobar el forjado a las diversas solicitaciones presentes (momento flector, cortante, rasante): en la casi totalidad de los casos el forjado se romperá por alcanzar el máximo momento rasante. Es lícito afirmar que la carga que ha determinado el deslizamiento entre el hormigón y la chapa de acero, es igual a la suma del peso propio de la losa y de la carga Q aplicada.
En
las estructuras apeadas, el puntal intermedio parte en dos la luz libre
entre apoyos, y la flecha (f0') que se registra es
sensiblemente inferior a la flecha f0 (registrada por el mismo forjado
no apuntalado). Por aproximación se puede afirmar que la
flecha f0' es igual a 0. Durante el fraguado, del
hormigón la chapa no presenta tensión, siendo el
puntal que aguanta el peso propio del hormigón vertido. Una
vez fraguado el hormigón, quitando el puntal y aplicando a
la estructura una carga Q, se comprueba el forjado a todas las
solicitaciones presentes. Una vez más el colapso se produce
por alcanzar el Estado Límite Último a momento
rasante: en este caso, la carga Q determina la rotura de la losa. En
las tablas de sobrecarga admisible no es lícito
añadir el peso propio de la losa al valor registrado durante
el ensayo a rotura de la losa.
Resumiendo, en una estructura no apeada, es lícito
añadir el peso propio del forjado al valor de sobrecarga de
uso registrado, debido a que la estructura ya había asumido
esta carga (el peso propio) antes de fraguar: la flecha f0 representa
la deformación correspondiente a la tensión
interna de la chapa generada por el vertido del hormigón.