La utilización de vigas ACB® asimétricas en forjados mixtos (Fig. 26) permite al mismo tiempo maximizar la altura libre bajo techo y las luces libres de pilares intermedios. De esta manera, con esta solución son posibles luces de hasta 30 metros. Para los forjados de edificios de oficinas las luces habituales con vigas ACB® son del orden de 18 metros.
Estas vigas ofrecen capacidades mecánicas que permiten optimizar el consumo de acero satisfaciendo, al mismo tiempo, las exigencias de confort y durabilidad.
Las vigas se distancian entre sí unos 2,5 a 3 metros en el caso de forjados de chapa colaborante y de 3 a 6 metros en el caso de prelosas prefabricadas, según las posibilidades de apuntalamiento. Los alveolos se separan entre sí de 1,25 a 1,5 veces el diámetro de los mismos, que, habitualmente alcanza un valor de 300 mm.
Figura 26: Vigas ACB® simétricas en la aplicación «forjados»
1. Ayuda al diseño
1.1. Determinación del canto de vigas mixtas ACB®
Además de los criterios definidos anteriormente para vigas de cubierta es importante tener en cuenta el efecto de colaboración entre hormigón y acero con el fin de limitar las consecuencias de eventuales problemas que pueden afectar al hormigón durante el proceso de hormigonado y posteriormente, durante la utilización de la estructura, especialmente la retracción y la fluencia.
Figura 27: Aplicación mixta acero-hormigón de vigas ACB® en forjados
El canto H de la viga ACB® se define en función de:
Luz L
Para los casos de forjados mixtos la luz puede variar entre 8 y 30 metros. Si el vano es isostático, la losa de hormigón está comprimida a lo largo de toda la luz, mientras que si el vano es continuo el hormigón se agrieta en las zonas de los apoyos intermedios.
Separación B
La separación entre vigas depende de tres parámetros:
l Utilización de forjados de chapa colaborante
B = 2,5 a 3 metros sin apuntalamiento
B = 3 a 5 metros con apuntalamiento
l Utilización de prelosas de hormigón pretensado
B = 2,7 a 7 metros con apuntalamiento
l Canto total del forjado HT
HT
representa el canto total de la sección mixta (altura H de la viga ACB® más el espesor de la losa)
A la hora de establecer la separación entre las vigas ACB® conviene observar las siguientes relaciones:
L/HT > 20 : B = 2,5 a 3 metros
L/HT < 15 : B = 3 a 5 metros El confort de los usuarios En este punto se trata de garantizar al forjado una frecuencia fundamental propia superior a un valor mínimo del orden de 3 a 4 Hz. Cuanto mayores sean el peso y las sobrecargas de explotación, mayor debe ser la inercia de la viga ACB® mixta. Para una distancia entre vigas ACB® de 2,5 a 3 metros se puede adoptar un valor de la relación L/HT = 20.
Figura 28: Canto H de la viga ACB® en función de la luz
1.2. Elección del diámetro y de la distancia entre alvéolos
La elección del diámetro y de la distancia entre alvéolos normalmente está guiada por exigencias relativas al paso de conductos. En los forjados para oficinas un diámetro del orden de 250 a 350 mm permite hacer frente a la mayor parte de las situaciones. La distancia entre alvéolos S es del orden de 1,5 veces el diámetro ao.
Por lo que se refiere a los valores máximos y mínimos del diámetro ao y de la distancia entre alvéolos S en función del perfil de base, las reglas presentadas interioramente para vigas ACB® en acero también son válidas para vigas mixtas ACB®.
La posibilidad de utilizar perfiles asimétricos constituye una particularidad de las vigas mixtas ACB® (Fig. 29). En consecuencia, es importante tener en cuenta las dimensiones del perfil superior en el momento de definir las dimensiones de los alveolos.
Además, con el fin de conservar un comportamiento mecánico óptimo, conviene limitar la relación de asimetría a 4,5 (entendido como relación entre el área del ala inferior y el área del ala superior).
Figura 29: Viga ACB® mixta con perfil metálico asimétrico
2. Predimensionamiento y tablas de rendimiento
Para utilizar adecuadamente las curvas de predimensionamiento (véase páginas 35-36 para aplicaciones de forjados mixtos), hay que tener en cuenta las siguientes hipótesis:
Carga
La carga de diseño qdim ha de compararse con la carga máxima admisible qu.
qdim = (1,35G + 1,5Q)B
Figura 30: Variables a determinar para la utilización de las tablas
donde:
B = distancia entre vigas,
G = carga permanente por metro cuadrado,
Q = sobrecarga de explotación por metro cuadrado.
Materiales
Las curvas son válidas para aceros S355 y S460 y dos clases dehorm igón normal C25/30 y C30/37.
Losa y conexión
Para la elaboración de estas tablas se ha considerado una losa mixta de chapa colaborante. Se han tomado como referencia dos espesores de losa de12 y 14 cm (valor del espesor total para una altura de nervadura de 60 mm). En la elaboración de las tablas de rendimiento se ha considerado también la hipótesis de conexión completa entre la losa y el perfil ACB®.
El tipo de conexión deberá ser definido por el usuario.
Diámetro y distancia
Las curvas cubren los valores habituales de diámetro ao y de distancia S entre alveolos.
(ao = 1,05 h, S = 1,25 ao y S = 1,5 ao)
Métodos
Se puede aplicar los mismos métodos expuestos anteriormente. Debe tenerse en cuenta que la carga admisible qu ha sido definida con los parámetros:
B = 3 metros
G = G1 + G2
G1 representa el peso propio de la viga ACB® y el peso de la losa de hormigón normal de un espesor de 12 cm (glosa = 2 kN/m2) o de 14 cm (glosa = 2,5 kN/m2) (chapa colaborante con altura de nervadura de 6 cm ),
G2 representa las cargas permanentes adicionales, habiéndose tomado para ellas un valor de 0,75 kN/m2.
La carga de diseño qdim = (1,35 G + 1,5 Q) B debe comparase con la carga máxima admisible qu.
Deberá cumplirse que qdim ≤ qu
Fase de hormigonado
En la elaboración de tablas de pre-dimensionamiento se ha considerado la hipótesis de viga apuntalada y arriostrada lateralmente.
Flecha admisible
Las curvas propuestas tienen en cuenta una limitación de flecha igual a L/350 bajo una sobrecarga de explotación Q.
Estabilidad ante el fuego y seguridad en caso de incendio
La estabilidad ante el fuego exigida a las vigas alveolares puede garantizarse mediante revestimiento proyectado o mediante pintura intumescente.
En edificios de oficinas, donde la normativa exige habitualmente una resistencia al fuego de una hora, la mejor solución consiste en la aplicación de mortero si las vigas no quedan vistas (Fig. 31)
Con el fin de evitar dañar la protección antifuego alrededor de los alveolos al colocar los conductos técnicos resulta habitual prever diámetros de alveolos superiores entre 3 y 5 cm. a los de los conductos que los atraviesan.
Asimismo conviene prestar especial atención a la colocación de tuberías, conductos o falsos techos. En algunos casos el producto puede proyectarse sobre estructuras de acero sin protección anticorrosión.
La superficie a proteger contra los incendios es prácticamente idéntica a la del perfil de base.
En ocasiones es necesario dar un sobre espesor de entre 2 y 3 cm. de capa protectora alrededor de los alvéolos, con el fin de garantizar la protección del borde.
En el caso de elementos alveolares visibles – es decir, pilares de fachada o vigas de cubierta – la aplicación de una pintura intumescente garantiza la resistencia al fuego y mantiene la estética arquitectónica del elemento estructural.
La aplicación de capas aislantes en vigas alveolares es idéntica al caso de las vigas de alma llena. El espesor a aplicar se determina generalmente por medio de ábacos facilitados por los suministradores de productos de protección en función del factor de masividad y del modo de fallo. Ese espesor también puede calcularse por simulación numérica.
El servicio de Asistencia Técnica de ArcelorMittal utiliza el programa SAFIR adaptado especialmente al cálculo de vigas celulares.
La protección pasiva (revestimiento proyectado, pintura intumescente) puede ser reducida, y, en ocasiones incluso evitada, si por medio de un estudio basado en el concepto de fuego natural según la EN1991-1-2 se demuestra que la seguridad está garantizada.
Figura 31: Protección mediante aplicación de mortero en una viga ACB®
Figura 32: Análisis de la viga en condiciones de incendio con el programa F.E. SAFIR.
Vigas ACB®: una solución para el desarrollo sostenible
La política medioambiental del grupo ArcelorMittal se inscribe en un objetivo de desarrollo sostenible que pretende establecer a largo plazo un equilibrio entre el medio ambiente, el bienestar y la economía.
Las plantas de fabricación de productos largos de ArcelorMittal funcionan siguiendo los criterios del sistema de gestión medioambiental definido por la norma ISO 14001. La mayor parte de las fabricas de productos largos de ArcelorMittal utilizan la tecnología de horno eléctrico para fabricar el acero.
Esta nueva tecnología utiliza principalmente chatarra reciclada como materia prima y permite lograr reducciones sustanciales en la emisión de elementos contaminantes y en el consumo de energía primaria.
La utilización de vigas ACB® permite:
l Reducir la cantidad de materiales de construcción gracias a la favorable relación resistencia/peso, a la posibilidad de utilizar vigas asimétricas y al empleo de aceros de alta resistencia,
l Limitar el transporte y los perjuicios gracias al aligeramiento de las estructuras,
l Acelerar la construcción gracias a la prefabricación,
l Reducir los residuos y daños en obra gracias a la utilización de montajes en seco,
l Diseñar edificios susceptibles de ser desmontados y reutilizados con otros fines,
l Aumentar la superficie utilizable,
l Satisfacer las exigencias medioambientales a través de productos 100% reciclados y 90% reciclables.
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