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Forjados Postesados

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11/2/13 Forjados Postesados. Tipologías - Rangos de Utilización - Predimensionamiento | Construpedia, enciclopedia construcción
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Utilización - Predimensionamiento
De Construpedia
Nota: Este artículo ha sido creado gracias a la Associació de Consultors d'Estructures en el
marco del Programa de Afiliados de la Construpedia. El contenido está disponible en el sitio
web de ACE (http://www.consultorsestructures.org/)
¡Atención! Esté artículo está sujeto a Derecho de Autor.
Contenido
1 Introducción
2 Objetivos generales del proyecto
3 Factores que influeyen en la elección de la tipología del forjado
4 Clasificación de forjados postesados. Rango de utilización
4.1 Sistemas bidireccionales (2 ways systems)
4.1.1 Losas Planas
4.1.2 Losas con Capiteles o Ábacos
4.1.3 Losas Aligeradas
4.1.4 Otras tipologías menos frecuentes
4.2 Sistemas unidireccionales (1 way systems)
4.2.1 Viga Plana unidireccional + Losa
4.2.2 Viga de Canto unidireccional + Losa
4.2.3 Forjado aligerado unidireccional con fondo plano
5 Predimensionamiento
6 Tipología de forjados
7 Artículos relacionados
8 Enlaces Externos
Introducción
Una de las consecuencias del desarrollo del hormigón pretensado ha sido la notable evolución en el diseño de las
formas de los puentes, en los que se han aplicado nuevas técnicas constructivas que han aumentado las
posibilidades para salvar vanos de grandes luces, acortando los plazos de ejecución y proporcionando una serie
de ventajas relativas a la durabilidad, seguridad y economía.
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En el proyecto de puentes de grandes luces, la forma de la estructura adquiere importancia, hasta tal punto, que
cuando se trata de disponer vanos de grandes luces, el puente queda identificado con la propia estructura, exenta
prácticamente de elementos accesorios.
En la edificación generalmente el uso del hormigón pretensado, no ha influido en el aspecto exterior de los edificios,
debido a que la estructura resistente queda integrada en un conjunto de elementos de distinta naturaleza, pero si ha
influido en la disposición interna.
La principal utilización del postesado en edificios, y a la que dedicaremos este artículo, es la de los forjados
postesados. El objetivo es mostrar las tipologías más utilizadas en los últimos años en nuestro país, sus rangos de
utilización y predimensionamiento de las mismas, empleando ejemplos de estructuras donde VSL ha realizado los
trabajos de postesado en proyectos de diversos asociados de ACE.
Objetivos generales del proyecto
Para mostrar algunos objetivos generales que se deben considerar en el diseño conceptual conceptual de un
edificio, vamos a clasificarlos en función de la dirección predominante en la que avanza su construcción:
Edificios de media a gran altura, donde la construcción progresa verticalmente de forjado a forjado. La alta
repetición de forjados idénticos que se ejecutan uno a continuación del otro, implican unos objetivos típicos de este
tipo de construcción:
Minimizar el plazo total de construcción y disminuir la necesidad de re-apuntalamientos.
Minimizar dimensión de pilares y cimentación, vía la reducción del peso propio de los forjados.
Obtener grandes luces, dotando al edificio de una mayor flexibilidad en sus usos futuros.
Minimizar la altura total del edificio, reduciendo el espesor de los forjados. En principio sería incompatible
con el punto anterior.
El coste del suelo urbano, especialmente en grandes ciudades densamente pobladas como las españolas, tiene una
repercusión enorme en el coste total del edificio. La posibilidad de reducir el canto de forma considerable (hasta un
40 por ciento), manteniendo las luces o incluso aumentándolas ligeramente, puede permitir en algunos casos
construir una planta más sin superar las limitaciones de altura de las Ordenanzas Municipales, lo que desde el punto
de vista de la propiedad constituye una opción que, por sí misma, justificará sobradamente en términos económicos
la solución estructural adoptada.
En otros casos se puede disminuir la altura total del edificio, manteniendo la misma cantidad de plantas y la altura
libre interior, con el consiguiente ahorro en cerramientos (muro cortina) y en caso de sótanos menor profundidad
de muros pantallas y de volumen de excavación (importante en presencia de nivel freático).
Edificios de altura baja pero con una gran superficie en cada planta, en este caso la dirección predominante
de avance de la construcción es horizontal, con alguna progresión vertical simultánea. Al no existir una gran
repetición de forjados idénticos y al ser la cantidad total de los mismos relativamente pequeña, el espesor y el peso
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del forjado no juegan un papel tan importante como en el caso anterior.
En esta tipología de edificio es primordial la simplicidad del encofrado y el armado que se traducen en una gran
velocidad de avance.
La utilización del postesado ayuda a alcanzar estos objetivos generales, ya que:
Permite reducir el canto total y lograr forjados más esbeltos respecto a soluciones en hormigón armado,
resolviendo la incompatibilidad
de grandes luces y pequeños espesores.
Disminuye la cuantía de armadura pasiva, permitiendo su estandarización y simplificación.
Disminuye la cantidad total de hormigón.
Permite desapuntalar antes que los forjado no postesados.
Proporciona un mejor control de la fisuración y de la deformabilidad.
http://www.construmatica.com/construpedia/Archivo:QuadernsEstructures_22Fig1.jpg
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Factores que influeyen en la elección de la tipología del forjado
Los principales factores a tener en cuenta al momento de elegir la tipología estructural del forjado son los siguientes:
Luz típica entre pilares.
Relación entre luces de los vanos en direcciones X e Y, seleccionando soluciones bidireccionales (relaciones
cercanas a 1) o unidireccionales.
Magnitud de la Cargas adicionales a Peso Propio y Sobrecarga de Uso (ligero, medio o pesado).
Altura total del forjado estructural: determina la altura total del edificio (importante en edificios en altura).
Constructibilidad: acceso de grúas, costo de encofrado y cantidad de puestas, utilización de mesas,
vinculación a elementos construidos con anterioridad, punzonamiento, posibilidad de tesar desde los bordes
exteriores.
Flexibilidad para el lay-out de instalaciones y/o servicios a disponer entre el forjado y el falso techo:
posibilidad de disponer vigas de canto.
Peso propio del forjado por unidad de superficie (promedio): determina el tamaño de soportes y
cimentaciones, y en zona sísmica, la magnitud de la fuerza horizontal.
Requerimientos en E.L.S. (fisuración, deformación) y en E.L.U. (resistencia).
Si el forjado es parte de la estructura resistente frente a cargas horizontales, es preferible la utilización de
vigas de canto para materializar los pórticos resistentes.
http://www.construmatica.com/construpedia/Archivo:QuadernsEstructures_22Fig2.jpg
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Acabados: hormigón visto, falso techo...
Tipo de Edificio: en altura o en superficie.
Clasificación de forjados postesados. Rango de utilización
Se presentan a continuación los principales tipos de forjados postesados, que como se puede ver son similares a
los empleados en hormigón armado. También se indican los rangos de utilización para cada uno de ellos, y las
ventajas y desventajas de su elección.
Aunque existen diversas formas de clasificar los forjados, hemos elegido la separación entre sistemas
unidireccionales y bidireccionales. Cada uno de éstos, se puede dividir en subgrupos dependiendo de la utilización
de vigas o no, y en caso de utilizarse, de si éstas son de canto o planas. A su vez cada subgrupo se puede sub-
dividir en función del tipo de losa (maciza con o sin capiteles/ábacos, aligerada, reticular).
Sistemas bidireccionales (2 ways systems)
Losas Planas
Rango de utilización: 7 a 11 m, para cargas ligeras a medias. A partir de 6 metros para cargas pesadas (i.e.
cubiertas de aparcamiento).
Ventajas: Encofrado muy sencillo y flexibilidad en la disposición de pilares.
Puntos a considerar: A medida que aumenta la luz, problemas de punzonamiento y/o congestión de armadura
pasiva sobre apoyos. Para vanos largos tiene mucho consumo de hormigón y mayores deformaciones que otros
sistemas.
No es conveniente su utilización en caso de luces muy distintas en ambas direcciones, salvo que la dirección de
mayor luz se haga postesada y la otra armada (i.e. Museo Arqueológico de Vitoria con luces de 9,6 x 3,6 resuelta
http://www.construmatica.com/construpedia/Archivo:QuadernsEstructures_22Fig3.jpg
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con una losa de 32 cm de canto y postesado unidireccional – proyecto estructura NB35).
En cuanto al trazado de tendones, se puede utilizar cualquiera, siendo los más usuales los mixtos o Banda-
Uniforme, que proveen una mejor compensación de cargas (menor deformación en servicio).
Losas con Capiteles o Ábacos
Rango de utilización: hasta 13 m de luz para cargas medias.
Ventajas: mejor resistencia a punzonamiento que el anterior, así como menor consumo de hormigón para vanos
largos y menor congestión de armadura sobre apoyos (con ábacos).
Aspectos a considerar: Los capiteles sólo aumentan la resistencia a punzonamiento, mientras que los ábacos,
respetando dimen- Fig. 3. siones mínimas (dimensiones típicas: 1/3 de la luz con 1,5 a 2 veces el espesor de la
losa) también aumentan la capacidad resistente frente a momentos sobre pilares. Como principal inconveniente
cuentan con una mayor complejidad y coste del encofrado.
http://www.construmatica.com/construpedia/Archivo:QuadernsEstructures_22Fig4.jpg
http://www.construmatica.com/construpedia/Archivo:QuadernsEstructures_22Fig5.jpg
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El trazado de tendones es similar al caso anterior, siendo mas adecuadas las disposiciones mixtas.
Losas Aligeradas
Rango de utilización: mismo campo de aplicación que el anterior. Se han ejecutado forjados con luces hasta 45 x
36 m con esta tipología (i.e. cubierta Polideportivo Colegio La Inmaculada en Gavá – foto adjunta).
Ventajas: Simplicidad de encofrado y flexibilidad en disposición de pilares. Menor peso propio para cubrir la
misma luz o se posibilidad de cubrir luces mayores con el mismo peso. Mejor control de las deformaciones.
Aspectos a considerar: Mayor complicación para encofrar y armar los nervios. En hormigón postesado es mas
usual tener capa de compresión inferior y superior (sección alveolar), para absorber las compresiones en vacío.
Hay que cumplir requisitos mínimos de ancho de nervio, espesor de losa y recubrimiento para satisfacer las
condiciones de resistencia al fuego y permitir un correcto hormigonado (nervios con armadura pasiva y activa). Los
aligeramientos pueden ser de bloques perdidos de material ligero o casetones recuperables.
http://www.construmatica.com/construpedia/Archivo:QuadernsEstructures_22Fig6.jpg
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En este caso se utilizan trazados en planta distribuidos en ambas direcciones, y si se disponen macizamientos en las
líneas de pilares, concentrando una mayor cantidad de tendones en éstos.
Otras tipologías menos frecuentes
Vigas planas en dos direcciones + Losa: se recomienda cuando las luces en ambas direcciones superan los 13-15m
y las cargas son medias a pesadas. Su utilización no es común por el alto costo del encofrado, la mano de obra y la
complicación para el tendido de instalaciones. La disposición en planta de los tendones puede ser concentrada en
ambas direcciones o mixta en ambas direcciones.
Vigas de Canto en dos direcciones + Losa: igual que el anterior, pero se utiliza cuando no hay limitaciones en el
canto total del forjado El costo del encofrado es aún mayor. La principal ventaja es que admite grandes cargas
concentradas con pequeñas deformaciones. El trazado es similar al anterior.
Sistemas unidireccionales (1 way systems)
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Viga Plana unidireccional + Losa
Rango de utilización: muyusual cuando las luces son muy distintas en las dos direcciones. La viga plana puede
cubrir luces de hasta 20 m y la losa hasta 10 m.
Los tendones se colocan concentrados en las vigas y se distribuyen uniformemente en la losa.
Viga de Canto unidireccional + Losa
Rango de utilización: igual que el anterior, pero puede cubrir luces mayores y recibir grandes cargas concentradas
(vigas cargadero – apeos – vigas de cuelgue). El trazado es igual al anterior.
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Forjado aligerado unidireccional con fondo plano
Rango de utilización: Solución muy extendida en Cataluña y muy aconsejable cuando las luces son distintas en
ambas direcciones (del orden del doble). Solución óptima para luces desde 12 x 6 m y mayores (i.e. Cubierta
Auditorio IESE en Barcelona resuelto con forjado aligerado tipo Sándwich de Inercia Variable para salvar luz de
24,5 x 7 con cargas medias – Proyecto estructural Sala Consultors). Es una solución muy utilizada, también, en el
caso de vanos únicos con luces de 10 a 20 m.
La losa nervada cubre la luz larga y la viga plana (zona macizada con el mismo canto total) salva la luz menor. Si la
luz perpendicular a la principal es pequeña, conviene dimensionarla en hormigón armado. En este caso, es más
usual disponer capas de compresión inferior y superior, tipología conocida como forjado sándwich.
En esta tipología de forjado, los tendones concentrados (Banda) se colocan salvando la luz menor (en el
macizamiento o viga plana) y se distribuyen uniformemente en los nervios (luz mayor).
Predimensionamiento
Hemos mencionado que un forjado postesado es más esbelto para una cierta carga y limitación de su deflexión que
uno de hormigón armado. Esto es principalmente debido al efecto de las cargas equivalentes generadas por el
trazado curvo de los cordones de postesado (Load Balancing Method T. Y. Lin).
En el tramo (ver figura inferior), las cargas equivalentes actúan sobre el hormigón oponiéndose a las cargas
gravitatorias. Donde la curvatura de los cordones se invierte (sobre la línea de pilares) las fuerzas de desviación
actúan hacia abajo, generando cargas concentradas sobre los cordones de la faja de pilares, que a su vez están
equilibradas por el efecto ascendente de la fuerza de desviación de los cordones de la faja de pilares y que a su vez
introducen una fuerza concentrada en los pilares.
http://www.construmatica.com/construpedia/Archivo:QuadernsEstructures_22Fig16.jpg
http://www.construmatica.com/construpedia/Archivo:QuadernsEstructures_22Fig15.jpg
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El sistema indicado en la figura puede ser comparado con una red dispuesta entre los pilares. Cuando esta red es
estirada desde todo el contorno introduce las cargas equivalentes sobre el hormigón.
Como primera valoración, la cantidad de acero de postesado puede ser estimada con la condición que los
tendones provean suficiente carga de desvío para equilibrar un cierto porcentaje del peso propio del forjado. Este
porcentaje depende de la relación entre el peso propio, la carga permanente adicional y la sobrecarga de uso y
está típicamente entre el 70 % y el 130% del peso propio. Para edificios de oficinas con sobrecargas de uso del
orden de 4 KN/m2 mas 1 KN/m2 de carga permanente adicional, la compensación suele ser entre el 70 % y el
90 % del peso propio, mientras que en forjados con sobrecargas elevadas, más del 100% puede ser equilibrado.
Otra causa del mejor comportamiento frente a fisuración y deformaciones de los forjados postesados es la
compresión del hormigón en su plano transmitida desde los anclajes. Esta tensión de compresión neutraliza parte de
la tensión de tracción por flexión debida a la porción de las cargas actuantes no equilibrada por las fuerzas de
desviación de los cordones. Los rangos típicos de precompresión, provista por el postesado, en forjados de
edificación están entre 1 y 2,5 N/mm2.
Las relaciones típicas entre Luz/Espesor para forjados pueden ser:
Para cargas ligeras (hasta 3,5 KN/m2) y considerando que el punzonamiento no es crítico, una losa plana
postesada puede ser proyectada con un espesor de L/40, siendo L la luz mayor (frente a L/30 en
hormigón armado).
Si se agregan ábacos con dimensiones suficientes como para resistir momentos negativos, se puede
disminuir el canto hasta L/45 (L/35 para hormigón armado).
Para valores mayores de carga adicional al peso propio, la relación Luz/espesor disminuye, particularmente
si la sobrecarga de uso (variable con el tiempo) es predominante. La cantidad de postesado no puede ser
simplemente incrementada hasta equilibrar la carga adicional, sino que, para controlar las deformaciones es
necesario aumentar el espesor del forjado. Esto es así ya que, en caso de que la carga adicional sea mucho
mayor que el peso propio, pueden aparecer problemas cuando no actúa dicha carga (situación de vacío).
Cuando la relación entre la carga total y el peso propio es mayor de 2,5 y las luces exceden los 10 m, las
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losas planas con o sin ábacos, dejan de ser competitivas económicamente. Es conveniente utilizar otras
tipologías con mayor eficiencia estructural, es decir, con mayor inercia y esistencia a flexión para un cierto
peso propio por unidad de superficie. Requerimos entonces de vigas planas en una o dos direcciones, losas
aligeradas con vigas planas o forjados reticulares, que son más ligeros que la losa maciza equivalente.
Para estos sistemas es mucho mas difícil dar relaciones de predimensionamiento entre luz y canto debido a que hay
muchas variables adicionales, variables como la separación entre vigas, el ancho de las mismas o el espesor de la
losa entre vigas. Generalmente es necesario estudiar una cierta cantidad de variantes antes de decidir las
dimensiones. Nuestra experiencia muestra que en el caso de sistemas unidireccionales de losas y vigas
planas, el ancho de las últimas ronda entre 1/4 y 1/5 de la separación entre vigas, con un canto entre 2 y
2,5 veces el espesor de la losa maciza, para cargas ligeras a medias. El espesor de la losa puede variar
entre 1/35 y 1/45 de la luz libre entre vigas, o por los requerimientos de espesores mínimos. El canto de las
vigas puede estar entre L/20 a L/30 dependiendo de la separación entre las mismas. Cuando se emplean
encofrados de alto rendimiento y se requiere incorporar vigas planas, es importante tratar de ajustar el ancho de
éstas en función de las modulaciones estándares de los sistemas de encofrado presentes en el mercado, para
economizar tiempo y dinero.
Al predimensionar forjados postesados, los paños de borde y esquina requieren un tratamiento diferencial debido a
sus condiciones de continuidad diferentes. Al menos requieren un 20 % más de armadura activa y pasiva,
comparado con un vano interior de luz similar. Cuando resultan valores poco prácticos, recomendamos aumentar el
canto o, mucho más conveniente,disminuir la luz del vano extremo en un 20 %.
Para vanos únicos, el espesor a considerar es sensiblemente mayor que lo hasta aquí indicado.
Un método simple y efectivo de estimación de cuantías de armadura pasiva, es considerar que el peso
combinado del acero de refuerzo y el de pretensado ponderado por la relación de límites elásticos
(convertido a acero de refuerzo normal) se encuentra normalmente entre 80 y 130 kg/m3 de hormigón.
Este es un promedio para todo el forjado considerando los vanos de borde y esquina, aunque en la valoración
deberá tenerse en cuenta que para postesado adherente se asume que los cordones alcanzan el límite elástico en
estado último, mientras que para postesado no adherente (engrasado y envainado) se debería utilizar sólo la tensión
efectiva en lugar del límite elástico.
Ejemplos para predimensionamiento de obras construidas en Cataluña (o próximas) con tipologías diversas:
Obra Consultor Tipología Datos Solución
Nave Bon Area en
Guissona
Cabeza & Góngora
+ VSL
Losas
macizas
planas
luces de 7,95 m SCU de
15,20 & 25 KN/m2
Losas macizas planas
de 28, 30 & 32 cm
Centro de Negocios en
Viladecans
BOMA
Losa maciza
plana
Luces de 9 x 7,5 m Cargas
de oficina
Losa maciza plana de
25 cm
Edificio de oficinas Sant
Just (INBISA)
COCTA + VSL
Losa maciza
plana
Luces de 10 x 10 m
Cargas de oficina
Losa maciza plana de
25 cm
Aparcamientos varias
Europrincipia,
INTEC, PBG, BG
Losa maciza Luces entorno 7,5 m Losa maciza plana de
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(cubiertas) Arquitectes, VSL... plana Cargas de oficina 36 a 46 cm
Edificio viviendas "La
Gran Manzana" en Sant
Adriá
Sala Consultors
Losas
macizas
planaS
Luces irregulares de hasta
9 metros. Cargas de
vivienda
Losa maciza plana de
25 cm
Nave logística
IMAGINARIUM
IDOM + VSL
Losa con
ábacos
Luces de 13,6 x 13,6 con
SCU DE 15 kn/m2
Losa de 30 cm con
ábaco de 30 cm
Cubierta Auditorio
Hotel Sant Joan Despí
INDUS + VSL
Losa con
vigas planas
Luces de 17 x 10 con
cargas medias
Losa de 25 cm +
vigas planas de 35
cm (total 60 cm)
Naves comerciales
Manresa
BOMA Sándwich
Luces de 15,5 x 7,7 SCU
10 KN/m2
Sándwich de 50 cm
(7,5 + 35 + 7,5)
Cubierta SPA's Hotal
GPA GOLF en Caldes
de Malavella
BG Arquitectes Sándwich
Luz de 16,5 x 6,8 metros
cargas medias
Sándwich de 62 cm
Cubierta Auditorio
IESE
Sala Consultors
Sándwich de
inercia
variable
Luz de 24,5 x 7 Cargas
medias
Sándwich de canto
variable, 50 a 80 cm
Aparcamiento Edifici
Mar (Forum
Barcelona)
SUMMA + VSL Sándwichs
Luces de 15,5 x 6,7 m
Carga media y pesada
Sándwichs de 40 y
65 cm
Cubierta Hotel AC
Girona
PBX
Viga de canto
+ losa
Espacio diáfano de 22,5 x
35 m. SCU 5 KN/m2
Vigas de 100 x 50 +
losa de 16 cm
Geriátrico VENSO en
Almacelles (Lleida)
Sala Consultors
Viga de canto
invertida +
losa
Cuelgues de forjados con
voladizos > 6 m
Diversas geometrías
Hotel HABITAT
C/Pere IV
BOMA
Viga de canto
+ losa
Espacios diáfanos de 24 x
15 metros. 5 plantas
Diversas geometrías
Cubierta Poliesportiu
Col. La Inmaculada en
Gavá
VSL
Losa
aligerada
(reticular)
postesada
Cubierta sobre pantallas
con luz de 45 x 36 m. SCU
1.000 KN/m2
Canto 150 cm con
alig. 180x180 x130
Nuestro agradecimiento a todos los Consultores de Estructuras de Edificación citados en esta Tabla, y a aquellos
no citados (AREA5, NB35, STATIC, BIS ARQUITECTES, PONDIO...) por la imposibilidad de citar todas las
obras postesadas ejecutadas este último año. Vuestro es el mérito de la consolidación del empleo de forjados
postesados en Cataluña.
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Tipología de forjados
Forjado Reticular
Forjado Unidireccional
Forjado Sanitario
Forjados sin Elementos de Entrevigado
Forjados de Viguetas
Forjados con Vigas de Madera
Artículos relacionados
Entramado
Forjado
Forjados Unidireccionales
Construcción de Forjados Unidireccionales
Enlaces Externos
Forjados Postesados. Tipologías - Rangos de Utilización - Predimensionamiento
(http://www.consultorsestructures.org/quaderns%2022.pdf)
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