Introducción
Los forjados de chapa colaborante son estructuras planas unidireccionales formadas por una losa de hormigón ejecutada sobre una chapa especial, que a su vez descansa en unos cargaderos, normalmente perfiles metálicos.
La chapa colaborante es el componente que caracteriza a este tipo de forjados, ya que aparte de servir como encofrado, aporta la resistencia a tracción necesaria en la cara inferior de la losa, pudiendo prescindir de armadura inferior.
Dado el escaso espesor de la losa, es normal que estos forjados no permitan grandes luces por sí solos, pero con la ayuda de unos cargaderos metálicos, anclados al forjado mediante pernos conectores, se pueden cubrir grandes áreas sin utilizar estructuras demasiado pesadas.
Con el programa ESwin. Estructuras tridimensionales y su módulo de cálculo de estructuras de acero EAwin, es sencillo introducir estos elementos en las estructuras, como se indica en los siguientes apartados.
Dimensionar la losa
Para este ejemplo se calculará un forjado de una planta intermedia de un edificio como el que aparece a continuación, con un ancho de 8 metros (4+4) y 10 metros (5+5) de largo:
Antes de entrar en el programa, es conveniente reunir la documentación necesaria para saber qué forjado instalar en el edificio. Normalmente los fabricantes de estas chapas facilitan en sus sitios web, o mediante solicitud, un pequeño prontuario en el que se indican las cargas máximas admisibles para los forjados. Cuando hayamos conseguido esta documentación habrá que decidir:
- Dirección del forjado: normalmente, se dará al forjado la dirección de mayor luz, para que los cargaderos (perpendiculares a los nervios de la losa) tengan la menor luz posible.
- Distancia entre los cargaderos: teniendo en cuenta que se repartirán en una longitud de 10 metros, habrá que tomar algún número divisor de 10, como por ejemplo 2,5 metros.
- Carga a soportar por el forjado: supondremos 6 KN/m2 (mayorada con un coeficiente de 1,50 resultan 9 KN/m2).
Por ejemplo, en la figura siguiente aparece la tabla de carga máxima de un forjado continuo (con más de 3 apoyos), tomada de la documentación de Europerfil®:
Para una luz de 2,60 metros (del lado de la seguridad), el forjado de 12 centímetros de canto nos permite una sobrecarga mayorada de 9,15 KN/m2, suficiente para este caso.
A continuación habrá que consultar el peso propio del conjunto chapa + hormigón, que en este caso particular es de 2,2 KN/m2.
Dibujar los cargaderos en ESwin
El forjado colaborante descansará sobre un emparrillado de barras de acero como el que aparece a continuación:
Una vez dibujado el esquema de barras, ajustaremos las propiedades de crecimiento de éstas, seleccionándolas y editando sus propiedades:
Habrá que indicar que las barras crecen manteniendo fijo su cara superior, tal y como se indica en la figura anterior.
Tras ajustar el crecimiento, es conveniente agrupar las barras por conjuntos. Para ello, seleccionamos uno de los cargaderos y en su cuadro de propiedades, en la casilla Conjunto escribimos “Cargaderos”.
A continuación asignaremos el mismo conjunto al resto de barras, utilizando la opción Copiar Propiedades. Igualmente, se agruparán las vigas principales exteriores (las menos cargadas).
Agrupando por conjuntos conseguimos unificar las propiedades de las barras con facilidad, evitando que salgan dimensiones diferentes en barras del mismo tipo.
Tras dibujar y agrupar las barras, pasamos al Modelo de Elementos Constructivos (EC), donde podremos ajustar las propiedades de cálculo de éstas. Por defecto el programa asignará la función "Viga forjado sin muro <5m" a todos los elementos constructivos, lo que implica que las flechas se limitarán a L/300. Pero supongamos que las vigas principales exteriores soportan una fachada frágil; en tal caso, habrá que indicar que la flecha no debe exceder L/500, de acuerdo con CTE-DB-SE 4.3.3. Para ello, habrá que hacer doble clic sobre una de ellas, y en la solapa Comprobación indicaremos que la flecha máxima admisible es L/500:
Después podrá asignar estas comprobaciones con la herramienta Copiar Propiedades.
Dibujar la losa
El forjado propiamente dicho puede modelarse con una superficie unidireccional genérica (disponible con el programa base ESwin).
Para crear la superficie, haga clic en la opción "Insertar / Superficie genérica unidireccional" y marque los cuatro vértices de la losa sobre el dibujo.
Hay que tener en cuenta que el primer lado que se dibuja define la dirección de los nervios de la superficie, que deben de ir perpendiculares a los cargaderos. De todas formas, es posible modificar la dirección de los nervios con la herramienta "Insertar Dirección".
Después de dibujar la superficie que define el forjado, haga doble clic en ella para editar sus propiedades:
- En la solapa Sección prácticamente da igual qué sección escoger, puesto que éste es un parámetro que influye en el cálculo de deformaciones (también influye levemente en la distribución de esfuerzos), y dado que nuestro forjado ya está dimensionado con la documentación del fabricante, se entiende que no es necesario hacer comprobación alguna de flechas. En todo caso, si se quisiera calcular la losa con precisión, habría que crear una sección genérica cuya rigidez coincida con la del forjado.
- En la solapa Material habrá que indicar un material sin peso propio, por ejemplo, Hormigón s/pp. Como conocemos el peso del forjado en KN/m2 , se puede añadir como carga, sin necesidad de introducir secciones ni materiales.
- En la solapa Cargas deberá definir dos cargas, ambas en dirección –FZ:
- Sobrecarga de uso: 6 KN/m2 . Por defecto esta carga se desdobla en dos, para calcular con alternancia de vanos donde sea conveniente.
- Peso propio: 2,2 KN/m2 .
- En la solapa Geometría indicaremos:
- El espesor de la losa es de 12 cm.
- Su elevación es 0, es decir, la cara inferior de la superficie está en contacto con la cara superior de las vigas.
- La separación entre nervios define los puntos en los que el forjado transmite la carga a la viga (distancia entre pernos conectores). Para este caso indicaremos 50 cm.
Una vez definidos todos estos parámetros, ya podemos calcular la estructura.
