30.11.11

FORJADO DE CHAPA COLABORANTE

Introducción:
Cuando en las modernas edificaciones industriales, así como en las de vivienda, son esenciales la economía en ahorro de tiempo en la ejecución y el ahorro en optimización de masas y estructuras, es entonces donde la tecnología aplicada de los forjados compuestos, también denominados colaborantes, juega un papel esencial por sus posibilidades de racionalización, planificación de trabajo y su ejecución, así como por otras prestaciones imprescindibles en la moderna arquitectura, cuales son la utilización de falsos techos, conducciones de servicios ofimáticos, etcétera.
En definitiva los forjados compuestos representan un avance tecnológico en la construcción, tanto por sus prestaciones funcionales como económicas.
Forjado compuesto colaborante
El fundamento de los forjados compuestos radica en la tecnología que potencia la adherencia entre acero y hormigón, aportando unas notables mejoras por la sinergia entre ambos, de ahí la también denominación de colaborantes, referida a los elementos acero y hormigón.
Para ello el perfil de chapa conformada de acero galvanizado, lleva incorporadas en su diseño unas identaciones tanto en sus partes planas como en sus flancos inclinados, que permiten potenciar la adhesión entre acero y hormigón.
Funciones y ventajas del forjado compuesto colaborante
Una vez instalado y fijado adecuadamente cumple las siguientes funciones:
- Sustituye al encofrado perdido tradicional de madera como soporte al vertido de hormigón.
- Actúa como plataforma de trabajo durante la construcción ejerciendo a la vez una función de protección y seguridad contra la caída de objetos.
- Sirve como encofrado para la losa y estabiliza el marco si se trata de una estructura metálica, eliminando la necesidad de arriostramientos horizontales.
- Soporta las cargas durante el hormigonado. Normalmente están calculados para ser utilizados sin soportes intermedios. No obstante, el calculista debe tener en cuenta las indicaciones de las tablas de uso y colocar los soportes intermedios (puntuales) si son necesarios.
- Ejerce una acción de colaboración con el hormigón al unirse íntimamente a él a través de las indentaciones, reemplazando total o parcialmente las armaduras de tracción (varillas de hierro inferiores) funcionando como tales para los momentos flectores positivos en el trabajo a flexión de la losa. El calculista deberá tener en cuenta en sus cálculos si es necesaria una armadura de tracción adicional en la obra.
- Permite la libre circulación en los pisos al no necesitar los apuntalamientos necesarios en un encofrado convencional.
- La utilización conjunta con conectores permite reducir el canto de las vigas metálicas, al formar una viga mixta, proporcionando importantes reducciones en el peso de la perfilaría metálica soporte de la losa.
- Las nervaduras longitudinales permiten la ubicación en su interior de instalaciones y canalizaciones del edificio.
- Rapidez y economía de ejecución.
- Disminución del canto útil de forjado, con la consiguiente reducción de los pesos muertos, que la estructura metálica tiene que soportar, y por tanto, un menor costo de ésta.
Características:
Definido por la altura del perfil incluyendo las colas de milano, está especialmente aconsejado para edificios de estructura metálica, donde la dimensión y espacio son de cierta significación tales como:
• Edificios industriales.
• Edificios de oficinas.
• Hospitales.
• Centros de ocio y educacionales.
• Centros comerciales, etcétera.
Las características técnicas del MT-76 han sido elaboradas con la colaboración de David García Carrera, arquitecto, vicepresidente ejecutivo de ACE (Asociación de Consultores de Estructura), director del departamento de física y estructuras de la UIC (Universidad Internacional de Cataluña), precedidos por numerosos ensayo llevados a cabo por LGAI Tecnological Center (Laboratorio General de Ensayos e Investigaciones de la Generalitat de Cataluña).
Los valores de las tablas de resultados para el manual de uso del forjado MT-76, se han elaborado partiendo del manual de uso del Instituto de Tecnología de la Construcción de Cataluña y de acuerdo con las especificaciones establecidas por el Eurocódigo 4, parte 1-1, para proyectos de estructuras mixtas de
hormigón y acero.



Hormigón:
• Resistencia característica a compresión: 300 daN/cm2 (30 N/mm2).
• Coeficiente parcial de seguridad para Estados Límites Últimos: 1,50.
• Densidad: del hormigón normal es de 2.400 kg/m3 y del hormigón ligero es de 1.800 kg/m3.
• Fisuración: para los cálculos de deformaciones se considera que la inercia del forjado es un promedio entre la inercia de la losa con hormigón no fisurado y con hormigón fisurado, considerando así mismo la sección equivalente homogeneizada y teniendo en cuenta el coeficiente de fluencia.
• Límite elástico del acero de las armaduras: 500 N/mm2. Coeficiente parcial de seguridad para Estados Límites Últimos para el acero de las armaduras: 1.15

Datos necesarios para el cálculo del forjado:
Los datos que hay que requerir al proyectista son:
• Distancia entre apoyos y número de vanos.
• Cargas de Servicio (= cargas permanentes + sobrecargas de uso).
• Espesor de la losa.
• Flecha máxima admisible.
• Resistencia característica a compresión del hormigón “fck”.
• Densidad del hormigón (ligero o normal).
Hipótesis de cálculo:
Los resultados que figuran en las Tablas de Cargas de servicio para el Perfil MT-76 han sido obtenidos a partir de las hipótesis de cálculo siguientes:
• Las cargas que actúan sobre el forjado son distribuidas y predominantemente estáticas de acuerdo a lo definido en el EC4.
• Las luces del forjado se sitúan en la dirección de los nervios de la chapa.
• Se usa el análisis elástico para modelizar el comportamiento de los perfiles durante la fase de ejecución.
• Se usa el análisis elástico para las losas en la fase de servicio, si bien para la comprobación tensional a flexión se considera la teoría plástica.
• Se considera el caso del forjado simplemente apoyado sobre 2 soportes y el apoyo continuo sobre 3 soportes y sobre más de 3 soportes.
• Los resultados de este catálogo hacen referencia a su uso como forjado colaborante, pero no a su uso como viga mixta.
• Las hipótesis de cálculo concernientes al hormigón quedan especificadas en la sección “Hormigón”, y las correspondientes al perfil MT-76 en la tabla “Características mecánicas del perfil MT-76”.
• Límite elástico del acero del perfil MT-76: 320 N/mm2. Coeficiente parcial de seguridad para Estados Límites Últimos para el acero del perfil MT-76: 1.10.
• El modelo de cálculo empleado considera los siguientes estados límites: En fase de ejecución considera la flexión como estado límite último, y la deformación como estado límite de servicio. En fase de servicio considera la flexión, esfuerzos rasantes y esfuerzos cortantes verticales como estados límites últimos, y la deformación como estado límite de servicio.
• Criterio de flecha en la fase de ejecución (chapa de acero nervada actuando como encofrado): f no mayor a L/250 ó 20 mm, donde L es la luz libre entre apoyos. En el cálculo de estas deformaciones se considera el peso de la chapa y del hormigón fresco, pero no se consideran las cargas de ejecución, puesto que son temporales.
• Criterio de flecha en servicio: f no mayor a L/250 en cualquier caso contemplado en las tablas.
• Coeficientes de mayoración de las cargas empleados en el cálculo:
• Coeficientes de mayoración de pesos propios: 1.35
• Coeficientes de mayoración de cargas permanentes: 1.35
• Coeficientes de mayoración de sobrecargas de uso: 1.50
• Los resultados de las “Tablas de Cargas de Servicio para el Perfil MT-76” han sido calculados de acuerdo con las especificaciones del EC4 Parte 1-1 para el perfil MT-76 trabajando como encofrado en la fase de construcción del forjado, y como losa mixta en la fase de servicio del mismo. Estas tablas hacen referencia a una situación genérica del forjado definida en los puntos anteriores. El calculista autor del proyecto es el responsable de realizar el cálculo del forjado de acuerdo con las particularidades relativas a las cargas actuantes, los materiales empleados y otras, propias de cada proyecto. Los “Valores de carga” que figuran en la tablas son los valores máximos admisibles de servicio, donde las cargas son la suma de las cargas permanentes y de las sobrecargas de uso que pueden actuar sobre el forjado. El peso propio del forjado en cada caso ya ha sido tenido en cuenta en los cálculos.

Necesidad de apuntalamiento:
Se entiende por apuntalamiento, la colocación de puntales, es decir, apoyos colocados provisionalmente para reducir temporalmente la distancia entre apoyos de los perfiles durante la fase de vertido y curado del hormigón.
Una vez fijadas las chapas, y en los casos que sean necesarios, se colocarán los puntales a mitad de la luz de cada tramo, en el caso de 1 puntal, y a 1/3 y 2/3 de la luz de cada tramo, en el caso de 2 puntales.
La colocación de los puntales deberá ser de acuerdo con la figura adjunta.
Armadura adicional: Es la armadura que se coloca en los nervios de la losa mixta para contribuir a soportar los esfuerzos de flexión cuando la acción del perfil MT-76 no es suficiente.
En función de las necesidades de cada caso, se colocarán los redondos de acero que sean necesarios, en lo zona de los nervios del forjado. Cabe señalar que las tablas de cargas de servicio para el perfil MT-76 están calculadas considerando que el forjado no dispone de armadura adicional.
Armadura de negativos: Si las losas están diseñadas como contínuas (tramo múltiple), se producen en los
apoyos intermedios unos momentos flectores negativos que obligan a colocar esta armadura, la cual debe cubrir como mínimo el 30% de la longitud de cada uno de los vanos adyacentes, tal y como se muestra en el croquis.
La separación entre barras ha de ser de 150 mm. y situarse a una profundidad de 25 mm. respecto a la cara superior de la losa. Los resultados de la sección requerida de armadura son los indicados en la siguiente tabla.

Armadura antifisuración: Este tipo de armadura tiene como misión la distribución de pequeñas cargas puntuales y de control de la fisuración de la losa debida a la retracción. Se coloca sobre la totalidad de la parte superior de la losa y a una profundidad de 20 mm. respecto a su cara superior. La sección mínima de esta armadura es, de acuerdo con el punto 7.6.2 del EC4 1-1:
• Igual o mayor al 0,2% del área de la sección de hormigón por encima de la chapa de acero para construcciones sin apuntalamiento.

• Igual o mayor al 0,4% del área de la sección de hormigón por encima de la chapa de acero para construcciones con apuntalamiento.
Utilización de conectores y armaduras:
Cuando el forjado se pretende que trabaje en la zona de apoyo como una viga mixta, es decir, que la sección de hormigón está colaborando con la viga metálica, es necesario colocar soldados o atornillados unos conectores que hacen que ésta trabaje como viga mixta.
La decisión de esta solución depende del proyectista y de sus consideraciones de cálculo. Los resultados de este catálogo hacen referencia al empleo del perfil MT-76 sin la utilización de conectores.
Las armaduras, cuando sean necesarias, estarán formadas por barras de acero corrugadas de alta adherencia de distintas secciones y de límite elástico 500 N/mm2. En función del tipo de refuerzo que se requiera, se colocará alguna de las armaduras que se indican a continuación, que cumplen en cada caso funciones distintas.
Vertido del hormigón:
El hormigonado de las losas sobre las chapas grecadas que hacen de encofrado se realizará mediante los métodos tradicionales: bombas y tuberías o cubilote.
La fase de vertido del hormigón sobre forjados de chapa colaborante es especialmente importante para conseguir las propiedades finales del forjado especificadas en proyecto. Por ello es importante aplicar el máximo cuidado en esta fase, para evitar problemas como la deformación excesiva del forjado, segregación del árido o las pérdidas de lechada.
El hormigón se verterá en la medida de los posible sobre las vigas de apoyo del forjado y desde la mínima altura posible. Esta altura no será superior en ningún caso a 30 cm. Para ello es necesario que la tubería de salida del hormigón disponga de un asa que permita su fácil manejo a la citada altura
Están prohibidas las acumulaciones de hormigón.
Se ha de distribuir el hormigón longitudinalmente a los nervios del perfil y/o desde las vigas hacia los vanos.
Se evitará que más de 3 operarios coincidan en la misma zona de la plancha. La circulación de carretillas se realizará sobre tablones de 30 mm. de grueso colocados sobre la malla.
No es necesario vibrar el hormigón. Debe ponerse especial atención en lograr una compactación satisfactoria alrededor de los conectadores, sobre el relieve de la chapa y alrededor de las armaduras.
En el caso de aparecer manchas en la parte inferior del perfil, debidas a pérdidas de lechada, se aconseja limpiarlo con un simple chorro de agua durante el hormigonado, antes de que seque.
Apertura de huecos en los forjados:
A veces es necesario prever huecos de paso de instalaciones, bajantes, etc. en los forjados. Cuando esto
sucede deben replantearse previamente al hormigonado utilizando bloques de poliestireno expandido o cualquier otro medio como encofrado.
Si los huecos son superiores a una onda será necesario reforzar la chapa y la losa. No se debe perforar la losa, una vez fraguada, con equipos de percusión, ya que las vibraciones pueden dañar la colaboración entre la chapa y el hormigón reduciendo el esfuerzo rasante resistente.

Tipos de remates:
Existen tres tipos de remates de forjados
con perfil MT-76:
• Remate de borde de forjado (R1).
• Remate de atirantado (R2).
• Remate de cambio de dirección de forjado (R3).
Estos remates son perfiles metálicos que deben ser de acero galvanizado.
Resistencia al fuego de un forjado colaborante:
Sin necesidad de realizar ninguna comprobación, y según la clasificación europea de resistencia al fuego, la capacidad portante en situación de incendio (R) de un forjado colaborante que haya sido calculado de acuerdo al EC4 Parte 1-1 es de 30 minutos.
Si el proyectista requiriese una resistencia al fuego mayor existen diferentes soluciones:
• Proyección sobre la cara inferior del forjado de un material de protección al fuego.
• La incorporación de armaduras adicionales al forjado (o el incremento de la sección de las ya existentes), permite mejorar la estabilidad al fuego del forjado (EF).
• Instalación de un falso techo inferior con características específicas de protección al fuego (con especial atención a que las juntas entre elementos sean estancas).


Fijación de los forjados a las vigas metálicas
Las uniones de los forjados con la estructura deben realizarse con clavos, tornillos o soldadura.
La fijación por disparo debe ser con Ø 4,5 mm.
La fijación con tornillo autorroscante se hará con Ø 6,3 mm ó 5,5 mm en función del espesor del ala del perfil y según los croquis que figuran más abajo, aunque no se recomienda su uso puesto que el espesor de la chapa no permite albergar el paso de rosca suficiente como para que el tornillo trabaje adecuadamente.
No obstante, es el proyectista responsable del proyecto del forjado quien debe decidir.
La soldadura se realizará con botones de ø 20 mm en cada valle. La soldadura deberá repicarse y protegerse con pintura antióxido.
En tramo simple debe fijarse en cada valle.
En tramo contínuo en los apoyos intermedios puede colocarse la fijación de un valle si y uno no.
Se recomienda un cosido de solape lateral con una separación aproximada de 100 cm. en tramo contínuo y de 50 cm en tramo simple.
Los perfiles deben fijarse uno a uno a medida que se van colocando. No obstante es conveniente, al terminar la jornada, comprobar que no haya quedado ninguna chapa sin fijar, y asegurar las chapas que no hayan sido aún colocadas para evitar su eventual caída. Durante esta fase de colocación de las chapas no se realizarán trabajos en la planta superior ni inferior.
Fijación de los forjados sobre otros tipos de estructuras
(de hormigón, de fábrica o de madera): Generalmente, y en particular si se prevén fuerzas de arranque considerables, se usan placas metálicas embebidas en el soporte y sobre las cuales se fijan las chapas del forjado mediante disparo o soldadura.
En caso que no se usaran dichas placas, las distancias de los puntos de fijación a los bordes del soporte deben ser suficientes para evitar el desprendimiento o rotura del mismo, teniendo en cuenta las características particulares de fragilidad del material soporte.

Estocaje:
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.