Proyecto de Forjados Mixtos de Chapa Nervada

ACE
Estructuras Mixtas

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Tipologias mas habituales de forjados metalicos

Si analizamos los forjados metalicos a partir de los esfuerzos que tiene que soportar el perfil:

• Forjado metalico autoportante.
• Encofrado metalico permanente (encofrado perdido).
• Forjado metalico colaborante o losa mixta, combinado, o no, con viga mixta.

Cargas a considerar:

• Peso propio del perfi l.
• Mortero/material relleno.
• Pavimento.
• Cargas permanentes.
• Sobrecargas.

Criterios limite:

• Flecha <luz /500.

Cargas a considerar:

• Peso propio del perfil
• Peso del hormigon y armaduras
• Sobregarga de ejecucion 150Kg/m²

Criterios limite:

• Flecha < luz / 240.

Cargas a considerar:

• Peso propio del perfil.
• Peso del hormigon y armaduras.
• Cargas permanentes.
• Sobrecargas de uso.

Criterios limite:

• Flecha encofrado L/240.
• Flecha en fase mixta L/350, L/500.

• Racionalizacion y planifi cacion de trabajos.
• Plazos de ejecucion reducidos.
• Ligereza.
• Elevada inercia mixta.
• Edificios en altura.
• Plataforma de trabajo.
• Ausencia de puntales.

• 1950 Sant Louis (EEUU) sistema con malla

soldada.

• 1960 (EEUU) chapa nervada con embuticiones.
• 1969 Se introduce en Europa.
• 1982 BS 5950 establece metodos para determinar la capacidad resistente, en rotura, a tensiones rasantes.
• 1990 Francia, analisis en servicio.
• 1994 Eurocodigo 4 5 ENV1994.

De todos los estudios efectuados se deduce que es ineludible realizar ensayos previos de
comportamiento, que permitan determinar su forma de ruina y su capacidad a rasantes.

Descripcion:

• Forjado unidireccional continuo.
• Estructura mixta.
• Flexion positiva:
  • Chapa armadura a traccion.
  • Hormigon bloque a compresion.
• Flexion negativa:
  • Chapa no considerada a compresion.
  • Armaduras de traccion.

Para que la seccion de chapa responda adecuadamente a flexion, debe estar garantizada
una resistencia a rasantes.
Esta resistencia puede incrementarse mediante la adicion de armaduras pasivas localizadas
y/o conectadores.
La seccion de acero maxima corresponde habitualmente a la fase de encofrado.

EN 1994-1-1:2004 (antes del EUROCODE 4 Part 1-1)

1. P Forjados unidireccionales en la direccion de los nervios, con o sin voladizos, soportando cargas predominantemente estaticas, incluyendo edificios industriales cuyos forjados puedan ser sometidos a cargas moviles.

2. P Limitado a chapas nervadas con nervios poco separados. Se consideran poco separados aquellos cuyo ratio b_r/b_s esta limitado a un valor maximo a definir por cada pais. El EC4 recomienda un valor 0,6, que es, ademas, el acordado en Espana.

3. P En estructuras sometidas a carga muy repetitivas o bruscas, capaces de producir efectos dinamicos, podran ser utilizados con la condicion de que este asegurada su compatibilidad con el valor y permanencia de la accion mixta.

4. P No se excluyen los forjados sometidos a cargas sismicas, en el supuesto de que se ha seguido un metodo de calculo adecuado al proyecto o de acuerdo a otro Eurocodigo.

5. Se admite que los FMCN aportan un arriostramiento lateral a las vigas, actuando como un diafragma lateral, pero no se dan reglas especificas de diseno.
El posible efecto diafragma aportado unicamente por la chapa nervada, en la fase de encofrado, pueden consultarse en el EN 1993-1-3, 10.

• Conexion mecanica.

• Conexion por friccion.

• Bloqueo extremo mediante perno soldado a traves de la chapa.

• Bloqueo extremo por deformacion de los nervios.

«A span of a slab has full shear connection when increase in the resistance of the longitudinal shear connection would not increases the design bending of the member. Otherwise, the shear connection is partial.»

Se considera que un vano de una losa trabaja en conexion total cuando un incremento en su capacidad resistente a rasantes horizontales no se ve acompanado de un incremento de su resistencia de calculo a flexion.
En caso contrario, consideraremos que la conexion es parcial.

1. Normal segun EN 1992-1-1, 3.1; Ligero segun EN 1992-1-1, 11.3
2. No contempla soluciones con calidades de hormigon: inferiores a C 20/25, LC 20/22 o superiores a C 60/75, LC 60/66
3. Se evaluara la retraccion del hormigon en base a la humedad ambiente, dimensiones y composicion del hormigon.
4. En los calculos de fatigas y deformaciones de disenos estructurales con accion mixta, podran despreciarse los efectos de retraccion del hormigon.

Nota. La experiencia demuestra que los valores de fatiga por retraccion que facilita el EN 1992-1-1 sobre valora los efectos de la retraccion en estructuras mixtas. El anexo C da valores especifi cos para estructuras mixtas.

ver EN 1993-1-8

ver EN 13918

1. Propiedades segun EN 1993-1-3, 3.1 y3.2.
2. Aplicable a disenos realizados con chapa de calidades de acuerdo a EN 10025, EN 10149-2, EN 10149-3 o EN 10147.
3. El espesor minimo recomendado es 0,7 milimetros.

1 P El recubrimiento superfi cial de proteccion de la chapa sera acorde con las condiciones del ambiente.

2. Los recubrimientos metalicos de zinc seran acordes con EN 10147 u otras normas vigentes.

3. Un recubrimiento de 275 gr/m² de zinc se considera sufi ciente en aplicaciones interiores con ambientes no agresivos. Las especificaciones pueden ser diferentes dependiendo de las condiciones ambientales en fase de servicio.

1. P h >= 80 mm, h_c>= 40 mm

2. P como diafragma o viga mixta h >= 90 mm, h_c >= 50 mm

3. P se colocara una armadura transversal y longitudinal en el espesor h_c.

4. Seccion minima en ambas direcciones 0,80 mm²/m.

5. Distancia entre barras <2 h y 350 mm.

1. P el ancho de apoyo sera el adecuado para evitar deformaciones en la losa o los soportes, para permitir una fijacion
correcta de la chapa sin danar estos ultimos y para evitar un aplastamiento en caso de desplazamiento accidental de
las cargas en fase de montaje.

2. Se recomienda que:

• En FMCN sobre estructuras de acero u hormigon,

l_bc >= 75 mm l_bs >= 50 mm

• Sobre otros materiales,

l_bc >= 100 mm l_bs >= 70 mm

1. P En fase de proyecto, deberan ser consideradas todas las hipotesis y estados limite de forma que quede garantizado un adecuado nivel de seguridad y su aptitud en servicio.

2. P Se examinaran los siguientes casos:

• Chapas nervadas en fase de encofrado. Se verificara su buen comportamiento, considerando el posible efecto de la

existencia de sopandas.

• Forjado mixto. Se verificara el comportamiento del forjado al inicio de la fase mixta, a la retirada de los apeos provisionales.

1. Peso de chapa y hormigon.

2. Cargas de construccion, incluso acumulaciones en fase de vertido.

3. Cargas a almacenar.

4. Cargas por deformacion de la chapa. Se considera 0,7d para d > h /10.

1. Se recomienda aplicar EN 1991-1-1.

2. En el calculo de estados limite, se podra considerar que la totalidad de cargas actuan sobre el forjado mixto siempre que se considere tambien asi en el calculo de los rasantes longitudinales.

1. Se recomienda el calculo de las chapas nervadas segun EN 1993-1-3.

2. No deberia considerarse una redistribucion plastica de momentos en caso de chapas apeadas.

1. Para estados limite ultimos son admisibles los siguientes analisis:

• Analisis elastico lineal, con o sin redistribucion.
• Analisis rigido-plastico global en el supuesto de que quede demostrado que las secciones que requieren rotacion

plastica no tienen impedida dicha capacidad de giro.

• Analisis elastico-plastico, considerando la no linealidad de las propiedades de los materiales.

2. Para estados limite de servicio se utilizaran metodos de analisis lineal.

3. Si en analisis de ELU se desprecian los efectos de fi suracion del hormigon, los momentos negativos en apoyos intermedios podran ser reducidos en un 30 %, aumentando los positivos en la misma proporcion.

4. Se admite un analisis plastico, sin verificacion de capacidad de giro, en ELU para armaduras de acero clase C (EN 1992-1-1, anexo C), (B500S Y B500T) siempre que la luz no supere los 3 m.

5. Es admisible calcular una losa continua como una sucesion de tramos simplemente apoyados. Se aconseja colocar, en tal caso, una armadura minima en apoyos intermedios.

• 0,2 % seccion hormigon por encima de los nervios sin apeos.
• 0,4 % seccion hormigon por encima de los nervios si se precisa apuntalar.

• Como el analisis que se efectua del forjado mixto es unidireccional, cuando el forjado esta sometido a cargas puntuales o lineales se debe considerar un ancho eficaz de la viga a efectos resistentes.
• Cuando la losa tiene que soportar cargas puntuales o lineales paralelas al vano de la losa, puede considerarse que estan distribuidas sobre un ancho bm, medido en la cara superior de los nervios de la chapa, de valor:

b_m5 b_p+ 2 (h_c+ h_f)

• Cuando la losa tiene que soportar cargas lineales perpendiculares al vano de la losa, se puede usar la formula anterior, tomando para b_p el ancho de aplicacion de la carga concentrada.
• Una vez determinado el ancho b_m, en funcion del tipo de carga, el ancho eficaz b_em de la losa, considerado para el analisis global de esfuerzos y para el calculo de la resistencia de la seccion, se puede determinar de forma simplificada por las expresiones siguientes, siempre que la relacion h_p /h no exceda de 0,6:

Para flexion y esfuerzo rasante

• Vanos simples y vanos exteriores de losas continuas:

• Vanos simples y vanos exteriores de losas continuas.

• Para asegurar la distribucion de las cargas puntuales o lineales sobre el ancho eficaz considerado, se dispondra una armadura transversal sobre la chapa. Esta armadura se calculara por flexion transversal de la losa.
• Se puede usar una armadura transversal nominal sin calculo si las cargas caracteristicas impuestas no superan los siguientes valores:

• • Cargas concentradas: 7,5 kN
  • Cargas repartidas: 5,0 kN/m²

Esta armadura transversal nominal tendra una cuantia geometrica no menor del 0,2 % del area de hormigon estructural
sobre los nervios, y debera extenderse sobre un ancho no menor de b_em, anclandose a partir de este ancho. Cualquier armadura ubicada en dicha posicion, con otros fines, puede realizar esta funcion.

• En ausencia de la armadura de reparto, los anchos efi caces para el calculo de momentos y cortantes no pueden considerarse superiores a b_m.

Aplicar EN 1993-1-3, teniendo en cuenta los efectos de las embuticiones sobre la resistencia.

1. P Los valores de calculo de las solicitaciones no sobrepasaran los valores de resistencia para cada uno de los estados limite.

1. En los casos de conexion total a rasante de la losa mixta, la resistencia a flexion M_Rd de las secciones se determina de acuerdo a la teoria plastica M_pl,Rd, considerando como tensiones de calculo los limites elasticos de los materiales afectados de un coefi ciente de seguridad. Este procedimiento es habitual para los calculos de secciones de acero, mientras que para el hormigon la diferencia entre el comportamiento real y la simplificacion introducida se compensa mediante un factor de reduccion a=0,85 de la resistencia de calculo del hormigon.

2. P Para determinar la resistencia de calculo a momentos negativos no se considerara la contribucion de las chapas nervadas salvo que, ademas de tener continuidad, no se haya hecho uso de la redistribucion de momentos por plastificacion en los apoyos.

3. Se considerara como area eficaz de las chapas A_pe , la reducida tras la eliminacion de solapes y embuticiones, salvo que se demuestre por ensayo que la seccion eficaz es superior.

4. El efecto del pandeo local de las partes comprimidas de la chapa deberia tenerse en cuenta utilizando anchos efectivos que no excedan de dos veces los valores recomendados en el EN-1993-1-1, tabla 1 para las almas de acero de Clase 1.

5. Para secciones mixtas con la fibra neutra posicionada por encima de los nervios de la chapa, se recomienda determinar el momento resistente a flexion positiva de acuerdo con la siguiente distribucion de esfuerzos (fig. 13).

6. Para secciones mixtas con la fibra neutra posicionada en la altura de la chapa nervada, se recomienda determinar el momento resistente a flexion positiva de acuerdo con la siguiente distribucion de esfuerzos (fig. 14).

7. Cuando no se considere la colaboracion de la chapa nervada, el calculo del momento resistente a fl exion negativa se
ajusta a la siguiente distribucion de esfuerzos (fig. 15).

1. P Todas las disposiciones de este apartado son aplicables a FMCN con conexiones tipo 1 o 2.

2. La resistencia de calculo a rasantes longitudinales se determinara por el metodo m-k o por el metodo de la conexion parcial. El metodo de conexion parcial se reservara exclusivamente para FMCN con un comportamiento ductil a rasantes.

3. Se considera que el comportamiento es ductil cuando la carga de ruina supera en, como minimo, un 10 % el valor de la carga que provoca un deslizamiento en el extremo de 0,1 mm. Si dicha carga se produce con una fl echa superior a L/50, se tomara como carga la relativa a deformacion.

4. La aplicacion del metodo m-k implica demostrar que el esfuerzo rasante de calculo V_Ed para un ancho de losa b, no supera la resistencia V1, Rd obtenida por la siguiente formula:

V_1,Rd: Es el valor resistente de calculo del esfuerzo cortante ultimo.

b: Es el ancho del forjado, en mm.

d_p: Es la distancia entre la fibra superior y el centro de gravedad, en mm.

A_p: Es el area nominal de chapa, en mm2.

L_s: Es el tramo de losa solicitado a cortante.

m y k: Son valores de calculo de los coeficientes empiricos obtenidos de los ensayos, en N/mm².

Y_vs: Potestad de cada pais. Valor usual 1,25.

ESTADOS LÍMITE TEST PULL OUT

FASE MIXTA

5. Para el calculo de L_s el EN-1994 proporciona las siguientes reglas:

• L/4 para una carga uniforme aplicada a la longitud total del vano.
• La distancia entre la carga aplicada y el apoyo mas cercano para dos cargas iguales y colocadas simetricamente.
• Para otras disposiciones de carga, incluyendo una combinacion de las cargas distribuidas y cargas puntuales asimetricas, debe hacerse una hipotesis basada en los resultados de los ensayos o por calculos aproximados similares al siguiente: se toma como zona a rasantes longitudinales una longitud igual al cociente de dividir el momento

maximo por el cortante maximo junto a los apoyos del tramo considerado.

6. En calculos de losas continuas, se admite el calculo de los valores resistentes en tramos isostaticos equivalentes de longitud (fig. 25):
0,8 L para los vanos intermedios.
0,9 L para los vanos extremos.

7. En calculos basados en el «metodo de la conexion parcial», debe quedar demostrado que en todas las secciones el momento flector «M_Ed» no supera el resistente M_Rd.

8. El momento resistente se determinara mediante la formula:

T_u,Rd: resistencia de calculo a cizalladura horizontal obtenida mediante ensayo (T_u,Rk/ \Y_Vs).

L_x:distancia de cada seccion al apoyo mas proximo.

En disenos de FMCN basados en el metodo de la conexion parcial, pueden utilizarse armaduras de refuerzo inferiores.

9. Salvo que la contribucion a la resistencia al esfuerzo rasante por otros dispositivos de anclaje se pruebe mediante
ensayos, el anclaje extremo de tipo 3, tal y como se definia en la introduccion a este capitulo de esfuerzos tangenciales, se calculara para soportar la fuerza de traccion de la chapa en el estado limite ultimo.

10. La resistencia a esfuerzo cortante con anclaje extremo, tipos 3 y 4, puede determinarse por el metodo de conexion
parcial, de acuerdo al apartado 4.3.1., incrementando N_c por la resistencia de calculo del anclaje extremo.

11. La fuerza que es capaz de absorber un perno con cabeza, soldado a traves de la chapa de acero y usado como anclaje extremo debe tomarse como la mas pequena entre el valor de calculo del cortante resistente del perno y la resistencia de la chapa. El modo de evaluar estas dos resistencias es el siguiente:

(1) The design shear resistance of a headed stud automatically welded in accordance with EN 14555 should be determined from:

La resistencia a cortante vertical se determinara de acuerdo a EN 1992-1-1, 6.2.2.

El valor resistente a punzonamiento V_p,Rd se calculara de acuerdo a EN 1992-1-1, 6.4.4, determinandose el perimetro critico de acuerdo a la figura 28.

1. El ancho de fisura en zonas de negativos puede ser verifi cado de acuerdo a EN-1992-1-1, 7.3.

2. En losas continuas disenadas como vanos individuales isostaticos, el mallazo anti-fisuracion a colocar en losas sin apuntalar, no sera de seccion inferior al 0,2 % del area de hormigon sobre los nervios. En caso de losas con apeos se elevara al 0,4 %.

Las flechas debidas a cargas sobre la chapa en fase de encofrado se calcularan de acuerdo con EN 1993-1-3, 7.

De acuerdo con el ENV-1994, en el apartado 7.6.2.2. no sera necesario analizar las deformaciones en servicio cuando se cumplan simultaneamente las dos siguientes premisas:

La relacion luz-canto no supere los limites dados en la tabla 4.14 del EN-1992 (Fig.5.1.3) para hormigones ligeramente solicitados, de acuerdo con el apartado 4.4.3.2 del mismo (Fig. 5.1.3), teniendo en cuenta los factores de correccion que segun la geometrica de la losa y la tension del acero en fase de servicio deben considerarse, segun se indica en el citado apartado.

La capacidad para soportar cargas: resistencia al colapso o deformacion excesiva bajo cargas estructurales durante la accion del fuego. Limites de fl echa l/30 o crecimiento rapido de la flecha cm/min.

Aislamiento termico: limitacion del incremento de temperatura en el lado no expuesto del forjado. 140 ºC de media o 180 ºC puntual.

Integridad: capacidad del forjado para resistir la penetracion de las llamas o gases calientes a traves de las grietas, agujeros u otras aberturas que puedan formarse durante la exposicion al fuego.

No es un problema en este tipo de forjados continuos.

METODOLOGÍA DE CÁLCULO: EN 1994-1-2: 2005

Se trata de determinar por calculo las temperaturas en el hormigon y en las armaduras dependiendo de la forma de los nervios y de la posicion de las barras.

Se trata de determinar por calculo las temperaturas de las barras de negativos, ya que se desprecia la aportacion de la chapa, a partir de una seccion reducida efi caz de hormigon y se calcula como una losa fria.

Se trata de determinar por calculo las temperaturas de las barras de negativos, ya que se desprecia la aportacion de la chapa, a partir de una seccion reducida efi caz de hormigon (tabla 7).

«Informacion previa»

• Dimensiones del edificio, acciones a considerar, materiales a utilizar.
• Criterios de seguridad (resistencia mecanica, resistencia al fuego, ductilidad, etc.).
• Criterios de funcionalidad (limitacion de fl echas, vibraciones, aislamiento termico y

acustico).

• Criterios de durabilidad (vida util, proteccion frente a corrosion, recubrimientos, etc.).
• Criterios esteticos (acabados).
• Condicionantes geometricos (canto maximo, luces deseables, tolerancias).
• Condicionantes economicos y de plazos de construccion.
• Condicionantes de ejecucion (cimbrado y proceso constructivo).
• Condicionantes de mantenimiento.

«Definicion de la geometria en planta»

• Situacion de pilares, huecos, juntas, elementos verticales rigidos (muros) y cargas puntuales.
• Numero y luces de los vanos.
• Definicion de los limites de forjado (perimetro interior y exterior del mismo).

«Predimensionado geometrico»

• Canto total (hormigon y chapa), dimensiones de vigas principales y secundarias e intereje de las mismas, armadura pasiva y conectadores en su caso.

• Numero de vanos a cubrir por cada chapa nervada.

«Predimensionado»

Tablas de sobrecargas admisibles de uso no ponderadas en daN/m² recogen las maximas
capacidades de carga para las condiciones descritas en cada caso, sin refuerzos adicionales (tabla 10).

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• Construccion de Forjado Colaborante
• Vigas Preflectadas
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