El aligeramiento de forjados permite reducir las dimensiones de los elementos que lo forman resistiendo, al mismo tiempo, las mismas acciones consideradas y reduciendo su coste económico. Pero ésta no es la única misión del aligeramiento de estructuras ya que también se consiguen una serie de ventajas tecnológicas en diversos aspectos como son:
1. En fase de diseño
- El aligeramiento del peso propio del forjado comporta una reducción de la deformación del forjado. Con ello se consigue reducir el riesgo de lesiones en tabiquerías rígidas causadas por la deformación de los forjados.
- La reducción del peso propio comporta una reducción de cargas, lo cual provoca una reducción del armado en jácenas, pilares y cimientos, que no siendo muy importante económicamente si comporta una optimización de secciones y de disminución de solicitaciones mecánicas.
2. En fase de ejecución
El utilizar piezas más ligeras, comporta:
- Una reducción de costes en el transporte y la manipulación mecánica.
- Una reducción de costes en recursos humanos al mejorar el rendimiento.
- Una facilidad de manipulación al ser piezas muy ligeras y sin cantos cortantes ni punzantes.
- Una mejora en la calidad del trabajo, al reducir la fatiga del operario en el manejo de cargas mas livianas.
- Una reducción de apuntalamientos, especialmente en la colocación de sopandas en forjados semiresistentes.
3. Un mejor comportamiento antisísmico
- Al reducir la masa de la estructura se reduce la deformación horizontal.
ALIGERAMIENTO DE FORJADOS
Para comprobar la necesidad del aligeramiento, desde un punto de vista tecnológico, veamos el siguiente ejemplo.
Analicemos una losa maciza de hormigón armado de 1 metro de ancho, canto c y una longitud “l” que se soporta a si misma, sin ninguna sobrecarga, obtenemos los siguientes datos:
- Momento flector máximo (Mf):
Mf = q·l2/8 =2,5 d · l2 /8 =1/3,2 ·d ·l2
Mf= momento flector máximo
q = carga total
l = longitud de cálculo
d = canto total
- Momento resistido por la losa (Ms):
Ms = 0,35 · a · c2 · s = 0,35 · 1 · (0,9d)2 · s
Ms = momento resistido por la losa
a = ancho de la losa
c = canto útil
s = tensión admisible (expresada en Tn/m2)
La losa resistirá mientras no supere el momento flector máximo (Mf ³ Ms):
Las formas de aligerar en edificación son básicamente tres:
1. Reducir las densidades de los materiales que forman parte del edificio.
2. Aprovechar las características tensionales de los materiales compuestos (hormigón pretensado o postensado).
3. Optimizar el diseño arquitectónico.
El objetivo de este Manual es el de dar a conocer la aplicación del poliestireno expandido como pieza aligerante en la formación de forjados, incidiendo de este modo en el primero de los apartados anteriores.
CONCARGA
Se llama concarga, a la suma de los pesos cuya magnitud y posición es constante a lo largo del tiempo. Está formada por el peso propio y la carga permanente.
EL PESO PROPIO
El peso propio es la carga debida al peso del elemento resistente. Su determinación, en el proceso de cálculo, se estima inicialmente, pudiendo para ello utilizarse tablas y/o fórmulas empíricas, o datos de estructuras construidas de características semejantes6 . Con las dimensiones calculadas se debe de verificar el peso propio real del elemento y se rectificaran, si es preciso los cálculos basados en la estimación.
Comentario:
De forma general, se puede establecer que el peso propio representa aproximadamente el 50% de la carga total del edificio.
TABLAS DE ESTIMACIÓN DE PESO PROPIO
Para determinar el peso propio de los forjados unidireccionales realizados con elementos prefabricados o semiprefabricados, se debe de consultar las fichas técnicas de la autorización de uso de cada fabricante. En ellas se establece entre muchos otros datos de interés, los materiales que forman el forjado y el peso propio del mismo en función de los interejes.
En el caso de forjados reticulares formados con cubetas recuperables y forjados de placas alveolares, se debe utilizar los datos facilitados por los mismos fabricantes.
En el resto de casos se puede estimar el peso propio en:
- La tabla 2.5 de la NBE AE 88 Acciones en la Edificación.
- La NTE-Estructuras.
- Las tablas de la Asociación de Consultores de Estructuras de Cataluña. (ACE)
Como soporte de cálculo se presentan las siguientes tablas de peso propio para forjados unidireccionales y reticulares.
1.La primera tabla corresponde a la ficha técnica de un fabricante de viguetas prefabricadas de hormigón armado pretensado.
2.Para la confección del resto de las tablas se ha utilizado el estudió de la Asociación de Consultores de Estructuras de Cataluña ACE, a las cuales se ha incorporado los forjados de poliestireno expandido EPS.
3.Para obtener el peso propio de una losa de hormigón armado, se multiplica el volumen de hormigón de una sección, por su densidad 2,5Tn/m3.
PIEZAS Y BLOQUES ALIGERANTES
Para aligerar una placa de hormigón armado se utilizan piezas o moldes, menos pesados que el hormigón, que reducen su volumen.
En el caso de los forjados unidireccionales los moldes que se utilizan se les conoce como piezas de entrevigado.
Según su colaboración con la función resistente del forjado se clasifican en:
- Piezas de entrevigado con función resistente.
- Piezas aligerantes.
En el caso de forjados reticulares, para aligerar su masa, se utilizan dos tipos de moldes:
- Bloque perdido. (Casetón perdido)
- Bloque recuperable. (Cubeta recuperable)
Piezas de entrevigado con función resistente en forjados unidireccionales Como pieza de entrevigado con función resistente en este tipo de forjado, se utilizan piezas de entrevigado que pueden ser de cerámica o de hormigón Estas piezas no deben de producir daños al hormigón ni a las armaduras.
Su resistencia a compresión no debe de ser menor que la resistencia del hormigón puesto en obra con que se ejecute el resto del forjado y debe de cumplir con las mismas condiciones de cálculo que las exigidas al resto de elementos resistentes prefabricados.
Piezas de entrevigado sin función resistente en forjados unidireccionales (o piezas aligerantes)
La misión fundamental de las piezas de entrevigado, sin función resistente, es la de aligerar la sección del forjado. Se considera que dichas piezas no forman parte de la sección resistente del forjado, no obstante ejercen otras misiones como la de moldear la sección de la losa superior y mediante resaltes, calzos, flejes, etc. facilitar la puesta en obra de los distintos elementos que componen el forjado.
Para ello se deben de utilizar elementos realizados con materiales que no sean susceptibles de producir daños al hormigón y a las armaduras. Los más comunes son las bovedillas de hormigón, las de cerámica y las de poliestireno expandido (EPS). La instrucción EFHE describe la pieza de entrevigado como elemento prefabricado de cerámica, hormigón, poliestireno expandido u otros materiales idóneos, con función aligerante o colaborante, destinado a formar parte, junto con las viguetas, la losa superior hormigonada en obra y las armaduras de obra , del conjunto resistente de un forjado.
Pesos de las piezas de entrevigado
El peso propio de las piezas de entrevigado depende básicamente de la densidad de los materiales que la forman. La más pesada es la bovedilla de hormigón con una densidad aproximada de 2.200 kg/m3. La bovedilla cerámica, aunque supone un aligeramiento respecto a las de hormigón, tiene una densidad aproximada de 1.600 kg/m3. La bovedilla más ligera es la de poliestireno expandido EPS, con una densidad aproximada de entre 10 y 15 kg/m3 para las bovedillas procedentes del corte de bloques (macizas o mecanizadas) y en el entorno de los 20 kg/m3 para las moldeadas o alveolares.
En las siguientes tablas se puede comprobar el peso propio de las piezas de entrevigado más habituales en la construcción.
Los datos del peso propio de las piezas de entrevigado de hormigón y cerámica se han obtenido del estudio realizado por la Asociación de Consultores de Estructuras de Cataluña (ACE).
Comentario:
Las principales características de las bovedillas de poliestireno expandido respecto a las demás son:
- El bajo peso de la pieza debido a su baja densidad, lo que provoca una reducción del peso propio del forjado.
- Facilidad de manipulación que comporta un mayor rendimiento de ejecución.
- Un mejor comportamiento térmico del forjado por las características aislantes del material (EPS).
- Una facilidad de moldeo y mecanización del forjado sin alterar sus características para adaptarse a las necesidades geométricas del elemento resistente.
Además de aligerar y no producir daños al hormigón y a las armaduras, las piezas de entrevigado deben de cumplir con unas condiciones mínimas para moldear la sección resistente del forjado.
Para poder ejecutar el forjado, la pieza de entrevigado debe de encajarse con la vigueta o elemento resistente y resistir la carga del hormigón que la rodeara. Para ello, suele realizarse practicando un rebaje o muesca, en la sección de la pieza de entrevigado, para que se apoye sobre la vigueta. Este rebaje es distinto según el elemento resistente en el que se apoya, variando según la sección geométrica de éste.
La pieza de entrevigado que forma parte de la sección del forjado, además de aligerar, moldea la sección resistente. Para ello debe de cumplir unas condiciones geométricas mínimas, especialmente en forjados semiprefabricados, para garantizar la unión entre los elementos resistentes prefabricados y el hormigón vertido in-situ (ver apartado de diseño y dimensionado de este manual).
Estas condiciones geométricas le confieren a la sección resistente:
- Compatibilidad entre la pieza de entrevigado y el elemento resistente.
- Unión entre el hormigón vertido in-situ y la pieza prefabricada o semiprefabricada.
De esta forma se garantiza el comportamiento establecido en el diseño del forjado en lo que hace referencia especialmente a:
- cortante.
- flexión.
- deformación.
Comentario:
En el caso de la vigueta semiresistente de hormigón pretensado en forma de cola de milano, la adherencia entre el hormigón vertido in situ y la vigueta es en general una unión geométrica. Para que exista esta unión es muy importante que se cumpla como mínimo la separación que establece la Instrucción EFHE, en cabeza de vigueta y bovedilla.
Esto es especialmente importante en aquellas semiviguetas que no disponen de armadura de alma (tipo semivigueta armada).
El moldeo de la sección de la pieza de entrevigado, ha sufrido una evolución histórica que ha ido modificando su diseño.
Las primeras piezas tenían una forma más o menos convexa imitando en general la forma de los revoltones cerámicos de los primeros forjados (Fig. A). Más tarde evolucionaron hacia una forma más o menos recta (Fig. BB) y hoy las bovedillas tienden a formas cóncavas (Fig. C) para adaptar la sección de la pieza aligerante a las nuevas características geométricas de los elementos resistentes del forjado.
Con el objeto de prevenir la rotura de la bovedilla, durante la ejecución de los forjados, deberá de cumplir las exigencias mínimas de resistencia en vano que establece la Instrucción EFHE. Las piezas deberán soportar 1,0 kN aplicado uniformemente en una placa de 200mm x 75mm x 25mm situada en la zona más desfavorable de la pieza.
Esta condición, que deben de cumplir todas las bovedillas, se realiza según ensayo normalizado (que para las bovedillas de EPS está recogido en la norma UNE 53981) y tiene por objeto reproducir la pisada eventual que puede realizar el operario de la construcción, en la ejecución del forjado.
Comentario:
El largo de la pieza que se ensaya (50 cm) se consigue a partir del corte de piezas con longitud superior habitualmente 1 o 1,2 m o bien a partir del ensamblaje de piezas preparadas al efecto.
En cualquier caso y según se recoge en las actuales exigencias para la Prevención de Riesgos Laborales, la superficie de trabajo ha de resistir al menos 150 kg, por ello se recomienda desde un punto de vista de la seguridad laboral, no trabajar sobre ninguna bovedilla (independientemente del material) a menos que se ejecute sobre un sistema de encofrado.
Las bovedillas de EPS se clasifican según la UNE 23727 M1 o M4 en función de que la materia prima esté o no ignifugada.
Los ensayos para clasificar los materiales en la característica de reacción al fuego son UNE 23724 y 23725. En ambos casos se ensaya una probeta del material objeto de clasificación y se analizan los siguientes aspectos:
- Velocidad de propagación de la llama
- Gotas inflamadas
- Autoextinguibilidad de la llama
El EPS, cuando está tratado con ignifugantes, alcanza la clasificación M1.
La exigencia de la EFHE se presenta en estos términos:
“El comportamiento de reacción al fuego de las piezas que estén o pudieran quedar expuestas al exterior durante la vida útil de la estructura, alcanzará al menos la clasificación M1 de acuerdo con UNE 23727:09. Las bovedillas fabricadas con materiales inflamables deberán resguardarse de la exposición al fuego mediante capas protectoras eficaces. La idoneidad de las capas de protección deberá ser justificada empíricamente para el rango de temperaturas y deformaciones previsibles bajo la actuación del fuego de cálculo.”
La EFHE establece pues, que las bovedillas clasificadas como M4 deben revestirse. Las bovedillas que vayan a quedar expuestas deben ser M1.
Las bovedillas de EPS han de quedar revestidas en su uso final. En su acabado más habitual, enlucido de yeso, una capa de 15 mm del mismo es suficientemente seguro para garantizar la evacuación de los usuarios en caso de incendio. (ver apartado de comportamiento al fuego de este manual). Un revestimiento de yeso de 15 mm obtiene una clasificación Bd0s1 según el sistema de clasificación de Euroclases, igualmente una placa de yeso laminado de 10 mm.
Durante los últimos 30 años no se conocen casos de incendios en edificios con forjados construidos con bovedillas de poliestireno expandido (EPS). No obstante se ha de ser muy riguroso a la hora de manipular y almacenar las piezas, es en estas ocasiones donde el riesgo aumenta ya que no existe protección y el volumen de material es mayor.
Piezas aligerantes en forjados reticulares o forjados unidireccionales con nervios hormigonados “in-situ”
El tipo de pieza de aligeramiento mas usual en edificación, para forjados reticulares (placa de hormigón armado aligerada, con nervios en dos direcciones perpendiculares) y para los forjados unidireccionales con nervios de hormigón armado vertido in-situ, son los bloques aligerantes perdidos.
Los bloques aligerantes recuperables (cubeta recuperable) se utilizan en los edificios con luces y acciones gravitatorias importantes como son los garajes, edificios singulares, etc...
Pieza aligerante perdida (casetón)
Como bloque de aligeramiento perdido existen básicamente tres tipos de casetones:
- Casetón de hormigón.
- Casetón cerámico.
- Casetón de poliestireno expandido. (UNE 53974 y UNE 53976)
Los “casetones” pueden ser de cualquier material que no provoque daños al hormigón y a las armaduras, al igual que en los forjados con elementos prefabricados. Los bloques de aligeramiento más habituales (tanto en forjados reticulares como unidireccionales “in situ”) son los casetones de hormigón y los de poliestireno expandido. Prácticamente los casetones cerámicos no se utilizan, debido a la dificultad en el moldeo de las piezas, que los hace ser poco competitivos económicamente.
HORMIGONES LIGEROS
Los hormigones que se emplean para constituir elementos constructivos, con función resistente y estructural, pueden ser aligerados. Se les conoce como hormigones ligeros (HL). Para confeccionarlos se pueden utilizar, total o parcialmente, áridos ligeros.
Los hormigones ligeros no son un invento actual. Los romanos utilizaron una argamasa aligerada con piedra pómez9 como árido para aligerar la inmensa cúpula del Panteón de Roma.
Hasta el siglo XX, el hombre no ha podido obtener áridos ligeros de forma artificial. Fue el profesor S.J. Hayde en el año 1917 el que desarrolló un proceso, mediante horno tubular giratorio, para expandir pizarras y arcillas para obtener, de esta forma, áridos ligeros resistentes y de baja densidad.
Estos áridos aportan una homogeneidad en sus características que los hacen aplicables para confeccionar hormigones de calidad. Las primeras aplicaciones, de estos nuevos hormigones, se probaron en EEUU para la construcción de cascos de buques durante la primera guerra mundial.
En los años 30 se utilizaron para confeccionar calzadas en puentes colgantes y hacia los años 50 se construyeron en EEUU diversos edificios con estructura, total o parcialmente, de hormigón ligero. La aplicación mas importante del hormigón ligero, en edificación, ha sido los edificios de gran altura.
Con hormigones ligeros confeccionados con áridos artificiales se obtienen unas resistencias a compresión que van de los 1 kp/m2 a los 5,5 kp/m2 con unas densidades de mitad o un cuarto de los hormigones convencionales.
Para el diseño, dimensionado y ejecución del hormigón ligero se debe utilizar el Eurocódigo nº2 dado que la EHE, Instrucción de Hormigón Estructural establece, en su artículo primero, que se excluyen del ámbito de aplicación de la norma; las estructuras realizadas con hormigones especiales, tales como los ligeros, los pesados, los refractarios y los compuestos con amianto, serrines u otras sustancias análogas. Además, el hormigón ligero, dispone de una amplia bibliografía a la que poder recurrir para realizar el diseño y ejecución de este tipo de hormigón.
Tipos de hormigones
- Hormigón convencional: densidad 2500 Kg/m3
- Hormigón ligero con arcilla expandida: 1400 Kg/m3 (1800 Kg/m3)
- Hormigón ligero con pizarra expandida: 1500 Kg/m3 (1800 Kg/m3)
LAS CARGAS PERMANENTES
La carga permanente es la carga debida a los pesos de todos los elementos constructivos, instalaciones fijas, etc., que soporta el edificio.
Más concretamente se considera carga permanente todas las cargas debidas a los pesos de todos los elementos constructivos que gravitan permanentemente sobre el: muros, soleras, pavimentos, guarnecidos, falsos techos, y los tabicones con un peso superior a 120 kg/m2, etc...
Para determinar su peso se multiplica el volumen que ocupa por su peso especifico aparente. El volumen se calcula geométricamente en función de sus dimensiones y el peso especifico se determina experimentalmente en los casos en que es preciso. Para materiales de construcción se pueden tomar los valores consignados en la tabla 2.1, para materiales almacenables los de la tabla 2.2 y para líquidos los de la tabla 2.3 de la NBE AE-88 Acciones en la Edificación.
Comentario:
De forma general, se puede establecer que las cargas permanentes generan un peso que representa aproximadamente el 30% de la carga total del edificio.
Para aligerar se puede actuar en el diseño y en la densidad de los materiales.
- Pavimentos de menor densidad: parquet flotante, moquetas, linoleums, etc...
- Cerramientos aligerado: paneles sándwich prefabricados, etc...
- Escaleras ligeras: escaleras de madera, etc...
- Barandillas ligeras.
SOBRECARGAS
OPTIMIZANDO LAS SOBRECARGAS
Se entiende por sobrecarga el peso que gravita de forma discontinua en el edificio. Existen diversos tipos de sobrecargas.
La Normativa Básica Edificación NBE AE-88, establece varios tipos de sobrecarga:
- Sobrecarga de uso
- Sobrecarga uniforme en pisos
- Sobrecarga de tabiquería
- Sobrecargas aisladas
- Sobrecarga de balcones volados
- Sobrecargas horizontales
- Sobrecarga de nieve
Todas ellas están establecidas por la misma Normativa Básica Edificación NBE AE-88, en función del uso, la ubicación del edificio, tipo de tabiquería, etc....
En el campo del aligeramiento se puede actuar en el diseño del edificio y en su uso racional para reducir sobrecargas, de esta forma cuando un edificio tiene diversos usos, desde un punto de vista estructural y especialmente de aligeramiento de estructuras, se optimiza disponiendo los usos que tienen de una sobrecarga mayor en las plantas inferiores y los usos con una sobrecarga inferior en las plantas superiores.
* Ejemplo: No colocar la sala de actos, en la última planta del edificio.
No colocar la biblioteca, en la última planta del edificio.
No colocar el almacén, en la última planta del edificio.
También es aconsejable optimizar las sobrecargas y sobretodo informar a los usuarios de las sobrecarga que han sido considerada en el cálculo del edificio. (Libro del edificio. LOE), cartel indicativo, etc...
Ejemplo: De la misma forma que los planes de emergencia y evacuación de los edificios indican el aforo máximo de un edificio el promotor y el usuario debe de conocer la sobrecarga máxima que ha sido considerado en el dimensionado de la estructura.
Comentario:
De forma general, se puede establecer que las sobrecargas generan un peso que representa aproximadamente el 20% de la carga total del edificio.
No hay comentarios:
Publicar un comentario