1 ANALISIS COMPARATIVO DE SISTEMAS DE LOSA: PLACA COLABORANTE Y LOSA DE HORMIGÓN EN ESTRUCTURA DE HORMIGÓN ARMADO (VIGAS-COLUMNAS) MARCO GENERAL DE LA INVESTIGACION DESCRIPCION GENERAL Se ha escogido elaborar una propuesta de diseño integral para el proyecto del edificio de la Comunidad Cristiana Restauración con énfasis en el uso del sistema de placa colaborante, previa el análisis de las ventajas y desventajas de su uso frente al sistema de losa de hormigón armado tipo nervada. Se analizaran los aspectos relacionados con aceros procesados de acuerdo a los requerimientos económicos y funcionales que nos exige la ingeniería de la construcción. Y se conoce el sistema estructural de placas colaborante mundialmente como steel deck son planchas de acero perforadas que sirven como encofrado y el acero de refuerzo que trabaja para contrarrestar momentos positivos en losas de concreto de entrepisos. La deficiencia de los métodos tradicionales es largamente superada con la aplicación de las placas colaborantes, por lo tanto es una herramienta de trabajo, es un paso a la estética y modernidad. Será necesario definir los objetivos en base a la idea inicialmente planteada, dentro del campo de acción de la placa de colaborante ejecutando la metodología de trabajo mas apropiada comenzando con una evaluación diagnóstica, respaldándola con el marco teórico en función de las alternativas planteadas y seleccionado la mejor. Con los resultados obtenidos, quedaran establecidos las ideas de aporte teórico práctico que se obtendrán con una formulación y análisis de las alternativas mencionadas. El desarrollo del Proyecto será
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ANALISIS COMPARATIVO DE SISTEMAS DE
LOSA: PLACA COLABORANTE Y LOSA DE
HORMIGÓN EN ESTRUCTURA DE HORMIGÓN
ARMADO (VIGAS-COLUMNAS)
MARCO GENERAL DE LA INVESTIGACION
DESCRIPCION GENERAL
Se ha escogido elaborar una propuesta de diseño integral para el proyecto del edificio
de la Comunidad Cristiana Restauración con énfasis en el uso del sistema de placa
colaborante, previa el análisis de las ventajas y desventajas de su uso frente al
sistema de losa de hormigón armado tipo nervada.
Se analizaran los aspectos relacionados con aceros procesados de acuerdo a los
requerimientos económicos y funcionales que nos exige la ingeniería de la
construcción. Y se conoce el sistema estructural de placas colaborante mundialmente
como steel deck son planchas de acero perforadas que sirven como encofrado y el
acero de refuerzo que trabaja para contrarrestar momentos positivos en losas de
concreto de entrepisos.
La deficiencia de los métodos tradicionales es largamente superada con la aplicación
de las placas colaborantes, por lo tanto es una herramienta de trabajo, es un paso a la
estética y modernidad. Será necesario definir los objetivos en base a la idea
inicialmente planteada, dentro del campo de acción de la placa de colaborante
ejecutando la metodología de trabajo mas apropiada comenzando con una evaluación
diagnóstica, respaldándola con el marco teórico en función de las alternativas
planteadas y seleccionado la mejor. Con los resultados obtenidos, quedaran
establecidos las ideas de aporte teórico práctico que se obtendrán con una
formulación y análisis de las alternativas mencionadas. El desarrollo del Proyecto será
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en los ámbitos: Arquitectónico, Estructural, Sanitario, Eléctrico y Presupuestario a fin
de obtener un análisis global del mismo.
JUSTIFICACION E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACION
En vista de la necesidad que el grupo de interés tiene en contar con un inmueble que
les permita desarrollar sus actividades religiosas, buscando la forma de reducir costos
y tiempo de ejecución, nos hemos propuesto explorar técnicas constructivas que
optimicen estos elementos fundamentales y se ha pensado en el uso del sistema de
piso de placa colaborante en lugar del tradicional sistema de piso de hormigón
armado.
El diseño estructural de placas colaborantes son un importante avance de la Ingeniería
de la construcción en lo económico y funcional, ya que permite la construcción de
diferentes obras en un corto tiempo, y con un significativo aporte ambiental: el hecho
de que no requiere de un sistema de cimbra o encofrado, que, en el caso de viviendas
o proyecto de edificaciones, por lo general, se usa tablas de madera por su bajo costo,
lo que significaría que se dejaría de utilizar la madera como sistema de encofrado, lo
que constituye un aporte medio ambiental por cuanto implicaría la reducción en el
talado de árboles; es por esto que el diseño estructural y análisis comparativo de losa
de hormigón armado y losa de placa colaborante es importante para el diseño y
análisis el cual servirá de base para que se pueda contratar y ejecutar el proyecto de
este edificio.
La construcción de este proyecto en base al estudio realizado en esta investigación
será de gran aporte para las personas de la comunidad cristiana restauración, la
aplicación del sistema de placas colaborantes a la construcción del edificio, se
estudiara el diseño de las placas tanto el diseño estructural como la parte económica
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Tradicionalmente, los sistemas de pisos que se proyectan y construyen en nuestro
medio se basan en el uso del hormigón armado, siendo el más aplicado, la losa tipo
nervada en un sentido. Se quiere plantear una alternativa constructiva que permitir una
opción con aporte beneficios al proyecto.
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En la actualidad se ha venido construyendo con el método tradicional con los
diferentes tipos de hormigón armado. Para la construcción de este edificio se
implementara la metodología de diseño estructural de placas colaborantes para las
losas de entrepisos.
Son múltiples las ventajas que ofrecen las placas colaborantes, mas aun si las
compramos con los sistemas tradicionales de construcción a continuación
mencionaremos las que consideramos las resaltantes, porque funciona como
encofrado, como acero de refuerzo para momentos positivos, son aligerados, de fácil
manejo, da mejor aspecto en la obra, son de larga durabilidad, son hecho a medida de
acuerdo a los diseños realizados para cada tipo de obra, orden y limpieza en obra y
es de fácil trasportación.
OBJETO DE LA INVESTIGACION
Dentro del campo de la Ingeniería Civil, se ha planteado la búsqueda de alternativas
constructivas con nuevas metodologías aplicadas a los procesos en sí, basado en el
análisis estructural, diseño, análisis presupuestario y tiempo de ejecución con el uso
del sistema estructural de placas colaborante para losas de entrepiso para el edificio
Comunidad Cristiana Restauración es una respuesta a los requerimientos económicos
y funcionales que nos exige la Ingeniería de la construcción.
La factibilidad de diseño de esta edificación sismo - resistente se basa en los criterios
de seguridad estructural debidamente analizados según Normas vigentes que rigen
actualmente para realizar una construcción de tal característica.
CAMPO DE ACCION
Los diferentes tipos de construcción son el desarrollo y progreso de un país, es el caso
de la construcción de edificios que permite que dicha construcción tenga mayor
plusvalía de acuerdo al sector donde se ejecutara la obra, por otro lado, el diseño
integral de un proyecto dado con su respectivo análisis presupuestario y programación
cronológica de ejecución forma parte de la buena práctica de la Ingeniería Civil, por lo
que el presente trabajo de investigación se enfoca en los aspectos analíticos
estructurales, económicos y su evolución en el tiempo para lograr satisfacer a
cabalidad las necesidades de un espacio físico para los interesados.
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OBJETIVOS
OBJETIVOS GENERALES
Ayudar con el diseño estructural que ofrece el sistema de placa colaborante para losas
de entrepisos del edificio Comunidad Cristiana Restauración, así como considerar sus
ventajas, a fin de justificar su uso en otros proyectos.
El desarrollo de esta importante obra mejorara la calidad de vida de sus usuarios.
Aplicar los conocimientos adquiridos durante los años de estudio en la Universidad en
el campo de la construcción de edificación para obtener el titulo de tercer nivel como
Ingeniero Civil.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
El diseño estructural de placas colaborante para losas de entrepiso para el edificio
Comunidad Cristiana Restauración.
Escoger la alternativa más conveniente según su función, seguridad y economía de
ejecución.
Realizar el presupuesto sobre los costos de la construcción de la edificación
Comunidad Cristiana Restauración.
Elaborar el diagnostico ambiental del proyecto.
Fundamentar la inversión para la ejecución del proyecto.
Definir los beneficios sociales, económicos y ambientales que se consigue como
consecuencia de la construcción de esta edificación.
IDEAS A DEFENDER
Este proyecto comprende el análisis del sistema de piso de placa colaborante frente al
de hormigón armado, dentro del marco del análisis, diseño de los elementos
estructurales, valoración económica y posible tiempo de ejecución.
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METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION
Una vez definida la idea se aplicará la investigación bibliográfica primarias y
secundarias, se consulta a expertos que tienen relación con los diversos temas
propuestos en este Proyecto, se actualiza el conocimiento de Normas vigentes
reglamentarias que se rigen a los Códigos de Construcción, además se obtiene
información de otros medios como Monografías, revistas, páginas de internet que
sirven como apoyo teórico para desarrollar los diferentes capítulos, y el análisis
matemático en el planteamiento de los elementos estructurales del proyecto.
Cumpliendo con las normas y directrices dados por la facultad de Ingeniería Civil de la
Universidad Laica Vicente Rocafuerte de Guayaquil, se estructuró el sumario con
todos los estudios que demanda el diseño estructural y análisis de este edificio, esta
construcción será de gran beneficio para la colectividad.
PRODUCTOS OBTENIDOS
Con el diseño estructural y análisis de la placa colaborante para losas de entrepisos
del edificio Comunidad Cristiana Restauración se llegará a plantear una alternativa
viable y factible para la ejecución de este proyecto que servirá de gran ayuda para las
personas que visiten la edificación.
Ejecutando este diseño y analizando todas las alternativas posibles, reforzaremos los
conocimientos teóricos y prácticos para que resulte un estudio económico y
técnicamente posible.
NOVEDADES Y APORTES TEORICO-PRÁCTICO DE LA INVESTIG ACION
Lo importante de este proyecto de investigación es la aplicación de las normas del ACI
con las fórmulas de comprobación para el diseño del sistema de piso con placa
colaborante.
Este análisis estructural permite poner en práctica los conocimientos aprendidos en el
ámbito profesional de la ingeniería civil a un problema real, teniendo en cuenta todos
los aspectos que incurren en el área de la construcción. Se han empleado métodos
modernos para los diseños como son el autocad, equipos de suelo y métodos de
evaluación para el estudio del impacto ambiental.
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ESTRUCTURA DEL PROYECTO DE INVESTIGACION
Demostrar que la idea propuesta tuvo un buen análisis y estudio exhaustivo dentro del
campo de acción de la construcción de edificios, con objetivos definidos, a través una
metodología de trabajo demostrando los logros obtenidos con la aportación teórica y
práctica que se obtengan durante el desarrollo de la tesis, la cual estará respaldada
por un marco teórico adecuado de acuerdo a la bibliografía consultada y de las
aportaciones que se obtengan de otras investigaciones semejante relacionada con la
construcción de edificaciones teniendo presente las sugerencias necesarias de
acuerdo al sitio donde se realiza esta investigación.
El presente Proyecto de Investigación se estructura de manera general en tres
capítulos con sus complementos específicos, que se describen a continuación con sus
respectivos indicadores:
La evaluación diagnostica permitirá definir los requerimientos del proyecto para
satisfacer las necesidades del grupo humano que utilizará la estructura con fines
religiosos, teniendo como punto de partida los diseños arquitectónicos para definir
propuestas constructivas debidamente sustentadas por los criterios de diseño que se
aplicarán a fin de proponer una solución que garantice la seguridad estructural, sin
sacrificar la estética y funcionalidad del proyecto y sin producir un coto oneroso para
los interesados.
En cuanto a la ubicación del proyecto, este, ya está determinado por los dueños del
proyecto, así como el diseño arquitectónico, se plantes, dentro del estudio, la mejor
alternativa, tanto en lo económico como en lo técnico y que sea la mejor solución a
este problema real dejando a su ves planteadas las conclusiones a las que se llegue y
tomando en cuenta ciertas sugerencias para que prosiga adelante la ejecución de este
proyecto, luego de realizar las inspecciones y consultas necesarias.
La Fundamentación Teórica describe cada uno de los criterios técnicos de la
investigación basándose en los parámetros básicos de Diseño Funcional; incluye la
sostenibilidad Económica se proyecta en la elaboración de Presupuestos, Análisis de
Costos y Cronogramas de Ejecución de la Obra para los fines pertinentes en que se
desarrolle el Proyecto.
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La Formulación y Evaluación del Proyecto se basa en los Diseños previo a una
formulación y evaluación de diferentes opciones como Costos y Técnicas. En este
capítulo se examina todos los aspectos presentados en el Proyecto de Investigación
de acuerdo a su orden secuencial como son: Arquitectónico, Estructural,
Hidrosanitario, y Eléctrico. Juntamente se analiza la Programación de la Obra con sus
respectivos Costos para de esta manera ir a la Sostenibilidad del Proyecto, manifestar
el alcance que va a tener y los Indicadores que van a abordar el mismo.
CAPITULO 1
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
1.1 DESCRIPCIÓN GENERAL.
El proyecto objeto de esta investigación, tiene como finalidad ofrecer una alternativa
constructiva que permita optimizar tanto el tiempo de ejecución de la obra, así como el
requerimiento económico que demanda, planteando la alternativa de uso del sistema
de placa colaborante para el piso y realizando el análisis comparativo con el uso del
sistema de piso de hormigón armado.
Se presentará la propuesta estructural basada en el uso del sistema de piso de placa
colaborante junto con el análisis de costos y la respectiva programación de obra
incluyendo los diseños sanitarios y eléctricos. Además de plantear la alternativa de
utilizar pared estructural, es decir, un sistema de paredes que utiliza tableros de
fibroyeso en lugar del tradicional sistema de bloques; con la finalidad de disminuir las
cargas estáticas permanentes y disminuir el tiempo de construcción de los trabajos de
mampostería.
1.2 INFORMACIÓN BÁSICA.
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El terreno en donde se ejecutará este proyecto se encuentra localizado en la
Ciudadela La Herradura, mz. 7 solar 19 sobre la calle segunda y Av. Agustín Freire de
la Parroquia Tarqui, en la ciudad de Guayaquil. El terreno se encuentra debidamente
registrado en el Catastro Municipal con la codificación 66-0007-19, zona ZR subzona 3
(B) con las siguientes dimensiones:
NORTE
11.10 m
SUR
11.10 m
ESTE
21.50 m
OESTE
21.50 m
Lo que resulta en un área de 238.65 m2 como se puede apreciar en la siguiente
gráfica:
El diseño arquitectónico se basa en las normas de edificación establecidas por el
Departamento de control de edificaciones de la Municipalidad de Guayaquil,
entregadas al Representante legal de la Comunidad Cristiana Restauración.
1.3 SOLICITACIONES ESTÁTICAS Y DINÁMICAS.
Para el análisis y diseño estructural de los elementos del presente proyecto, así como
del diseño de la placa colaborante a utilizar, y el análisis comparativo con el sistema
de losa de hormigón armado, se considerará las siguientes cargas, con sus
respectivas definiciones:
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Carga muerta.- Son acciones que actúan sobre la estructura de manera permanente,
estacionarias y de magnitud constante. Consta del peso propio de los elementos
estructurales tales como cubierta, estructura de cubierta, columnas, piso, vigas,
escalera, mampostería, recubrimientos de piso.
Para el presente trabajo se considerará como carga muerta los valores indicados en la
siguiente tabla:
Ya en este punto se puede notar la diferencia entre el sistema de placa colaborante
con el de losa de hormigón armado: la carga muerta, esta se reduce en un 76%. Por lo
general, el peso por unidad de área de una losa de hormigón armado con nervios en
un sentido, de 25 cm de espesor, promedia los 450 Kg/m2.
La cubicación del volumen de hormigón en la placa colaborante, se obtiene
determinando la sección de losa de 1.00 m de ancho. En este punto, los fabricantes de
los sistemas de placas proporcionan la cubicación del hormigón por m2 de losa. En el
siguiente cuadro se presenta las cubicaciones (en m3/m2) propuestas por alguno de los
fabricantes de placas colaborantes para distintos espesores:
Volumen de hormigón 1.62 1.22 25% Acero de refuerzo 686.83 560.13 18%
Toca ahora el diseño de las columnas, procediendo a calcularlas para las cargas de
ambos sistemas a fin de observar la influencia de uno y otro sistema de piso; y
después, el diseño de la cimentación. Para las columnas, a manera de contextualizar
el cálculo a realizar, se debe establecer ciertas definiciones necesarias.
Para el caso de las columnas del presente proyecto, se debe considerar el hecho de
que estas están sometidas a la acción de momentos en ambos sentidos. Para mostrar
estos valores se ha preparado una grilla en otra hoja Excel en donde se tienen los
momentos en x y en y, es decir, a lo largo de los ejes transversales y longitudinales.
Esto corresponde al caso de columnas sometidas a flexión biaxial. El momento último
en este caso se calcula mediante:
�o = u�[0 +�t0
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Se ha elaborado una hoja Excel para introducir lo momentos flectores en ambos
sentidos y obtener el momento último para cada entrepiso. La configuración es la
siguiente:
Con esta información, se presentan los momentos en cada entrepiso y como se lo hizo
con las vigas, se trabajará con los valores obtenidos del análisis de la estructura para
el sistema de placa colaborante. Se muestran los valores de los momentos con los que
se entrará a diseñar las columnas de cada piso.
El siguiente cuadro corresponde al entrepiso entre los niveles 1 y 2, el piso del mezanini.
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Una columna puede ser vista como una viga que trabaja en sentido “y” bajo la acción
de cargas que producen esfuerzos de compresión. Esto no representa un problema
para el hormigón ya que este lo absorbe sin ninguna dificultad; sin embargo la acción
de una fuerza lateral, perpendicular al eje axial, provoca esfuerzos cortantes que el
hormigón no es capaz de absorber, así como esfuerzos y momentos flectores en
sentido x, y; esto lleva a considerar a estos elementos como cometidos a flexión
biaxial.
En cuanto a la sección que deba tener una columnas, esta se limita a una sección
mínima establecida por el ACI definida como Ac y debe ser mayor que 300 mm x 300
mm. Esto tiene como objetivo el definir un límite de núcleo confinado para que, aun
fallando el concreto del recubrimiento, la columnas confinada pueda resistir una
capacidad significativa de carga axial. Se requiere de un área de sección transversal
de columna, designada como Ac a fin de limitar el esfuerzo de compresión sobre el
concreto, ya que a medida que aumenta la carga axial sobre una sección, su ductilidad
disminuye. Por lo tanto, las condiciones geométricas que se deben dar para columnas
en pórticos dúctiles son las siguientes: ;, � ≥ 30��
.^ = vo0.5`̂e ;� ≤ 2.5
5; ∨ � ≤ 15
Los dos últimos requerimientos tienen como objetivo evitar que el pandeo lateral
pueda reducir la ductilidad de las columnas.
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La capacidad de carga que resiste una columna de sección dada y con una cantidad
de acero de refuerzo. La carga nominal Po que puede soportar la columna está dada
por la ecuación:
0.85 'oP f c Ag fy As= +
Siendo f’c la resistencia del concreto, Ag área total de la sección; fy resistencia a la
fluencia del acero y As área del refuerzo (acero) en tensión. Como la sección de la
columna está dada por bt se establece la condición:
0.4b
t≥ De donde el b mínimo es: 0.4mínb t=
Si se requiere un valor más exacto, se debe tomar la sección del concreto o núcleo de
hormigón Ac definido por:
Ac Ag As= −
Por lo que se tiene:
( )0.85 'oP f c Ag As fy As= − +
Para las columnas se establece una cuantía tal que: 0.01 0.04ρ≤ ≤
Para el presente proyecto, se utilizará una cuantía de diseño del 2.5% con la que se
determinará el diámetro y numero de barras longitudinales requeridas y se comprobará
que la cuantía resultante cumpla con lo anterior.
Al realizar una evaluación estadística de la carga soportada por una columna tomando
la ecuación anterior, se infiere una relación utilizada en el diseño para el
predimensionamiento de la misma: el 80% de la carga es resistida por la sección de
concreto y 20% por la sección del acero por lo que:
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0.8 0.85 '
0.2
o
o
P f c Ag
P As fy
=
=
Ahora, para una carga dada Pu actuando sobre la columna, se tendría que:
0.8 0.85 'uP f c Ag=
De donde se obtienen los parámetros para el dimensionamiento de la sección de la
columna y el acero de refuerzo. Para determinar la sección de la columna se tiene:
0.9412'uP
Agf c
=
De donde se obtiene el b y h más apropiado. Con tales valores se determina la
sección de la columna para sacar la sección del acero:
0.85 'u i iS
P f c b hA
fy
−=
Ahora bien, de las mismas ecuaciones, conocida la sección de acero Ast, se puede
dimensionar la columna en función de la carga actuante mediante:
.x = . i + vo0.85y`̂e
Que es utilizada en la hoja Excel para determinar la sección requerida. De aquí, se
obtiene b considerando una sección cuadrada, a es un factor que se aplica en función
de la ubicación de la columna en la planta del edificio tal que:
0.20
0.25
0.28
columna esquinera
columna medianera de borde
columna central
α=
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Para la distribución de las varillas de acero, se debe considerar la condición:
( )15 2.5 Ass D≥ ≥ ∨
Las columnas pueden ser predimensionadas de tal manera que solo se debe realizar
la respectiva comprobación de su capacidad portante ante esfuerzos axiales y
momentos flectores biaxiales
Para el efecto se aplica la ecuación de Bresler que relaciona la carga última actuante
con las cargas derivadas de los momentos flectores:
1vp� = 1vp[ + 1vpt − 1v"
En donde: Pni: es la resistencia nominal a cargas axiales para una excentricidad dada a lo largo de ambos ejes. Po: es la resistencia nominal a cargas axiales para una excentricidad cero definida por: v" = 0.5525.�`̂e + . t̀ Pnx: es la resistencia nominal a cargas axiales para una excentricidad dada a lo largo
del eje x que se obtiene por la ecuación:
vp[ = 0.5525z[.b`̂e
Pny: es la resistencia nominal a cargas axiales para una excentricidad dada a lo largo
del eje y.
vpt = 0.5525zt.b`̂e
Para que la columna se considere definida estructuralmente se debe cumplir la
condición:
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vp� ≥ vo
Despejando vp� de la ecuación de Bresler, resulta:
vp� = 11vp[ + 1vpt − 1v"
Puesto que vp[ y vpt dependen de los coeficientes z[ y zt , estos se obtienen
directamente del diagrama de interacción de carga-momento que se presentará más
adelante. Los pasos para obtener los coeficientes para ingresar al diagrama son como
sigue:
Se calcula el valor de excentricidad para ambos sentidos mediante:
�[ = �o[vo h�t = �otvo
Se determina el índice de refuerzo q o ω definido por:
{ = q t̀`̂e
Con estos valores se determina la razón ex/b o ey/t con los que se ingresa al ábaco
para determinar kx y ky para obtener Px y Py respectivamente.
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Este proceso de verificación se aplicará a las columnas de los niveles 0 y 1 por ser las
que, estructuralmente, por decirlo así, están trabajando en para las cargas
consideradas. Las columnas del nivel 2, como ya se ha mencionado, estas columnas
están soportando la carga de la cubierta que, en promedio, representan 0.1 T a
excepción de las columnas C2 y D2 que soportan la carga de la loseta de los tanques
elevados junto con estos, que representan 2.1 T, reciben la acción de la fuerza sísmica
derivada del cortante basal. Por tal motivo estas columnas pueden ser calculadas
siguiendo otra metodología, sin que se enmarque fuera del contexto de las normas del
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ACI. Esta metodología consiste en el uso de diagramas de interacción en donde se
relacionan los momentos flexionantes resistentes (abscisa) con la carga axial
resistente (ordenada), debido a que estos gráficos o curvas describen más claramente
el comportamiento de secciones específicas de columnas. El método de comprobación
de Bresler se fundamenta, justamente en el uso de estos diagramas. Básicamente
tienen la forma presentada en la siguiente figura.
En esta curva no se ha incluido el factor de reducción � ni el límite 0.85Pn. Cualquier
combinación momento flector y carga axial nominales que definan un punto que caiga
dentro de la curva de interacción o sobre esta, indicará que la sección escogida es
capaz de resistir las solicitaciones propuestas. Por ende, cualquier punto fuera de la
curva determinará que la sección transversal es incapaz de resistir las solicitaciones
especificadas.
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En el CEC, se establece que se debe mantener un factor de reducción de capacidad
de 0.7 para todos los valores de carga axial que superen 0.1`̂e.b. Esta condición no
se aplicaría para el caso de las columnas del nivel 2.
Para utilizar los diagramas de interacción adimensionales, se procede de la siguiente
manera:
• Se definen en primer lugar las solicitaciones mayoradas que actúan sobre la
colunma, es decir, Pu y Mu.
• Se definen las dimensiones de la columna b, t.
• Se define una cuantía dentro del rango normado y distribución de acero
respetando la separación mínima entre varillas y el recubrimiento respectivo.
• Se calculan la abscisa (x) y la ordenada (y) con las siguientes ecuaciones:
| = �o`̂e;%.D�%.D
h = vvo`̂e;�
• Con estos valores se definen en la gráfica respectiva la cuantía mínima
necesaria para las solicitaciones dadas y se define la cuantía de diseño
apropiada.
La cuantía mínima del acero para el estribaje está dada por el menor valor entre:
0.12 `̂et̀
qYíp = 0.01
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La máxima cuantía definida para zonas sísmicas es: qYá[ = 0.04
La comprobación del cortante en las columnas se realiza mediante la aplicación de la
fórmula:
:̂ = 0.5_`̂e
El ACI (11.5.6.1) establece que se debe colocarse un área mínima de refuerzo para
cortante si se dá la siguiente condición:
:o > 0.5�:�
La sección transversal resistente al corte Av de los elementos transversales está
definida por:
.� = Q�o − �^R;r��t
De donde resulta la separación del refuerzo transversal al corte:
� = .��tQ�o − �^R;r
El esfuerzo cortante último está definido por:
�o = :o�;/
Se debe verificar que:
�o − �^ ≤ 2.1_`̂e
Para el caso de la acción de cortantes en ambas direcciones, se tiene que:
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��o[0 + �ot0 ��.D ≤ 2.65_`̂e
Por simplicidad y práctica constructiva, la separación del estribo se la calcula para el
cortante de mayor valor.
La separación mínima y máxima de los estribos está normada por las siguientes
condiciones:
Separación mínima Separación máxima 850_`̂e ∅�
48∅Be
16∅Bl
0.5;��; < � ∨ 0.5���; > �
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b ∨ t, el mayor
600 mm
Antes de proceder al diseño de las columnas, es necesario realizar las
comprobaciones geométricas para evitar la esbeltez de las columnas, esto es, que las
dimensiones sean tales que las columnas no resulten esbeltas a fin de que no se
dificulte el diseño de las mismas. Esto se realiza, predimensionando las columnas en
una hoja Excel que se vincule con otra hoja electrónica en donde se coloquen las
ecuaciones de condición de esbeltez.
Las columnas del nivel 2 pueden ser definidas sin necesidad de realizar las
comprobaciones de esbeltez ya que su altura es de 3.12 m y obviamente no pueden
ser consideradas como columnas esbeltas.
Se presenta a continuación el cuadro de cálculo de las columnas del 2do nivel con el
respectivo diagrama de interacción.
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En este primer cuadro, ya que el diseñado para el efecto es extenso y no entra en la
presente página, se tiene: resistencias del hormigón y del acero, cuantías permitidas
número de barras a utilizar, geometría de la sección, diámetro de barra requerido y a
utilizar, cuantía resultante, capacidad nominal de carga de la columna, esfuerzo
cortante máximo que puede resistir el concreto, esfuerzo resistente del concreto,
diámetro de la barra de estribo, número de ramas.
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Por lo que las columnas del nivel 2 quedan definidas por:
Sección: 300 mm x 300 mm.
Acero de refuerzo: 12∅16.
Estribos: ∅8 cada 15 para H1=600 mm y cada 30 para tercio medio H2=1920 mm.
Para las demás columnas será necesario revisar las condiciones geométricas que
evitan la condición de esbeltez:
Para el cálculo de las demás columnas se ha elaborado otra hoja Excel en donde se
realiza el diseño estructural de las columnas aplicando la ecuación de Bresler.
Se debe satisfacer la condición Pi > Pu para que la columna quede diseñada
satisfactoriamente.
Columnas ejes A, B, C, D; 1, 2, y 6.
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Se realiza el cálculo para las columnas del los ejes A, B, C, D; 1, 2 y 6 nivel 0
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Ahora se realiza el análisis para las columnas de los A, D, 3, 4 y 5:
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Ahora se deberá realizar el diseño de las columnas para el sistema de placa
colaborante. Para el efecto, primero se definirán los momentos actuantes y luego se
realizará un comparativo entre estos valores. Momentos para las columnas del nivel 2,
que corresponden al entrepiso 2-3:
Momentos del entrepiso 1-2 correspondiente al nivel 1:
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Momentos del entrepiso 0-1 correspondiente al nivel 0:
Se presenta el porcentaje en que la carga actuante sobre las columnas disminuye,
esto es en promedio 35%.
A continuación se muestran los porcentajes en que se reducen los momentos
resultantes sobre las columnas para el nivel 1 y el nivel 0. No se incluyen las columnas
del nivel 2 por cuanto estas están limitada a la sección mínima: 300 mm x 300 mm.
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Se puede observar que la reducción en los momentos resultantes es del 30% también,
lo que claramente indica una reducción en sección de columnas y cuantías de acero,
que permiten una reducción de costos de la obra, anticipándome en afirmar que esta
reducción, en términos generales, sería del mismo orden: 30%.
Las columnas del nivel 2, las que van a soportar la cubierta quedan sin sufrir
modificación. Se revisarán las columnas del nivel 1 y del nivel 0 debido a la reducción
de la carga actuante y de los momentos flectores.
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Se puede mostrará un cuadro comparativo de las dimensiones de las columnas de los
ejes A , D, 3, 4 y 5, que son las de mayor sección:
Como era de esperarse, las secciones de estas columnas se reducen en 30%.
Toca tratar la cubierta. En el presente proyecto, se propone utilizar plancha tipo
Dipanel DP5. En el siguiente cuadro se dan algunas características de este tipo de
plancha. Esta plancha tiene la ventaja de su acabo exterior, tal como se muestra en la
imagen siguiente:
En el siguiente cuadro se presentan datos tanto de la plancha como de las cargas
consideradas para el diseño del soporte de la cubierta:
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A continuación se presenta el cuadro de diseño de las correas y los cargadores:
Hasta aquí se tiene el diseño estructural del presente proyecto de investigación. Sin
embargo es posible optimizar más las secciones de los elementos constructivos si se
considera más detalladamente el aspecto sísmico, ya que este parámetro aporta los
mayores momentos y desplazamientos de la estructura. No obstante, la buena práctica
de la Ingeniería Civil dictamina el buscar un equilibrio óptimo entre seguridad
estructural y economía.
Ahora corresponde el diseño de la escalera. En este punto, es suficiente con el diseño
de un tramo, es decir, un entrepiso. El más crítico es el de planta baja a planta alta.
Por lo tanto se diseñará para las condiciones de este tramo y se aplicará para el otro
entrepiso.
La geometría de la escalera la hace tal que se la considere como autoportante, es
decir, con un descanso sostenido por la propia escalera. No obstante, Arquitectura
decidió colocar un escalón falso en el sitio de descanso de la escalera 1 debido a la
168
altura que debe salvar. Se presenta la planta y elevación de las escaleras del
proyecto:
Uno de los detalles de este tipo de escalera es que el método de análisis depende de
la condición de soporte del descanso superior. Por lo general, la forma del descanso
es tipo cantiléver o ménsula de altura variable, siendo el mínimo de 100 mm a 1000
mm de ancho, aunque no es una regla derivada de una formulación matemática,
funciona adecuadamente cuando se realiza el análisis estático de la misma. El acero
de refuerzo que se coloca en el descanso debe ir hasta la mitad del mismo debido a
los momentos positivos y al efecto de torsión que se produce en esta área, para el
resto del descanso se coloca acero con una cuantía mínima.
Para los dos tipos de escalera se proyectó usar una huella de 240 mm y una
contrahuella de 187.5 mm. Para efectos de diseño, se considera una carga por peso
propio de 0.6 T/m2, y una carga viva de 0.5 T/m2.
La carga última será de:
U = 1.2(0.6)+1.6(0.5) = 1.52 T/m2.
El momento de diseño, para este tipo de escalera y edificio, no superan la 2 T m y las
reacciones llegan hasta 2.70 T.
169
La mínima sección de acero está dada por:
. Yíp = 0.0018/;
La altura del bloque de compresión equivalente para el plano de apoyo está
determinado por:
� = . t̀0.85`̂e;
Y la sección de acero requerida es:
. = �o∅ t̀ �/ − �2�
El valor de la altura útil d está dado por:
/ = ����Y/
Y se ha encontrado, luego de observar y medir las alturas útiles de algunas escaleras,
que el valor promedio es de 120 mm. Para un espesor de 150 mm.
Así mismo, el acero de refuerzo, siempre resulta en ∅12 cada 100 para los momentos
negativos y ∅14 cada 100 para los momentos positivos. Se adiciona acero de refuerzo
para las zonas de torsión y para la zona del descanso. Por lo general se coloca ∅16
cada 120 mm. El acero de reparto se obtiene por cuantía mínima y por lo general
resulta en ∅8 cada 150 mm.
3.5 CONSIDERACIONES DE DISEÑO ANTISÍSMICO.-
Fundamentalmente, una estructura estará sometida a la acción de cargas verticales
durante toda su vida útil, cargas que ya fueron mencionadas en líneas anteriores. Esto
170
se muestra de forma simple en una
estructura un tanto simple compuesta de dos
niveles apoyada sobre zapatas cuadradas
arriostradas. Básicamente la idea es
presentar el concepto de inercia estructural,
es decir, la propiedad de una estructura a
mantener su estado y forma bajo la acción de
cargas permanentes actuando a lo largo de
su vida útil. La estructura no presentará
modificaciones significativas; las
deformaciones producidas por las cargas
actuantes se mantendrán dentro de los
rangos establecidos en el diseño estructural
de la misma.
Los usuarios de una estructura bajo esta configuración, no notarán cambio alguno y la
sensación sicológica que producirá será la de de la una estructura sólida, monolítica,
“indestructible”. Sin más si el sistema estructural fue diseñado de forma óptima
respetando los parámetros de carga permisibles y sin que los propietarios hagan
modificaciones estructurales, que por lo general son aumentos ya sea de losa o de
cargas muertas, la estructura cumplirá con su finalidad de prestar servicio para lo cual
fue proyectada, diseñada y construida.
Ocasionalmente, debido a las características
geológicas del suelo de Guayaquil, ocurren eventos
sísmicos que someten a la estructura a esfuerzos
adicionales. Estas acciones son consideradas en el
análisis estructural como fuerzas horizontales que
golpean a la estructura de forma súbita, provocando
deformaciones y momentos adicionales a los
producidos por la carga muerta y la carga viva, de
manera muy similar a la mostrada en la siguiente
figura en donde se muestra las deformaciones que
sufre la estructura debido a estas acciones
171
ocasionales. Esta gráfica permite apreciar las zonas de la estructura que sufren
significativamente como los son el tercio inferior de las columnas de la planta baja, las
vigas y los nudos.
Se espera que, bajo esta configuración, la estructura soporte satisfactoriamente estos
esfuerzos sin que llegue a sufrir daño catastrófico; aun en el caso extremo de un sismo
de considerable magnitud, se espera que la estructura soporte el tiempo necesario
para que sus ocupantes puedan evacuarla sin pérdidas de vidas humanas.
Por tal motivo en el presente proyecto se considera la acción sísmica y su efecto en la
estructura. Vale mencionar que Guayaquil y sus alrededores son zonas de riesgo
sísmico, aunque históricamente no se han presentados sismos de considerable
intensidad como para provocar daños a las estructuras en la ciudad. No obstante,
existe la posibilidad de un evento sísmico de considerable magnitud. Por tal motivo, no
es recomendable tratar el diseño sísmico con ligereza a fin de economizar en el
proyecto. Claro está que el aspecto del diseño sísmico incide en los costos directos,
pero la seguridad de la vida humana no debe ser aspecto en el cual se deba escatimar
costos. La idea del diseño sísmico es garantizar que la estructura soporte un evento
determinado sin que colapse inmediatamente.
Para el diseño sísmico, se consideró la fuerza cortante basal y su distribución en los
pisos de la estructura de acuerdo a la norma CEC 2002. El proceso de cálculo y los
conceptos involucrados se presentaron ya en la Fundamentación teórica, por lo que
aquí se presentará el cálculo respectivo:
172
Para el sistema de placa colaborante, el valor del cortante basal se reduce a un 70%
del cortante basal con el sistema de losa de hormigón armado, tal como lo muestra la
hoja de cálculo:
173
Esta diferencia implica un tipo de comportamiento casi elástico de la estructura, es
decir, la estructura se vuelve menos rígida y ante la acción de un evento sísmico, esta
será capaz de absorber los esfuerzos que se generen de mejor manera que la losa de
174
hormigón armado. Al tomar estos valores como fuerzas horizontales aplicada a la
estructura, el resultado son los momentos obtenidos por el método de Kani.
Como se puede ver en las hojas de iteraciones, los momentos debido a los
desplazamientos son mayores que los momentos debido a la acción de la carga de
diseño U, por lo que estos momentos inciden en el diseño estructural y en el
comportamiento de la estructura.
3.6 FORMULACIÓN DE ALTERNATIVAS DEL SISTEMA DE LOSA .
Hasta ahora solo se ha tratado el tema del diseño de los pórticos, es decir, vigas y
columnas, se ha dejado el tema del sistema de pisos para tratarlo a continuación ya
que el tema central y objeto del presente trabajo de investigación es precisamente un
sistema de piso que resulte conveniente en cuanto a diseño, costo, construcción e
impacto ambiental. Para el efecto se plantea un sistema de piso basado en el uso de
las placas metálicas denominadas colaborantes frente al sistema tradicional de
hormigón armado.
Básicamente, los sistemas de pisos comúnmente construidos para edificios pequeños
como viviendas, condóminos de hasta 3 o 4 pisos, o como en el caso del presente
proyecto: locales para grupos religiosos son los siguientes:
- Nervadas unidireccionales aligeradas sin cajonetas.
- Nervadas unidireccionales con cajonetas.
- Nervadas bidireccionales.
- Macizas.
- Prefabricadas.
De este tipo de losas son los que tradicionalmente se construyen en la ciudad. El
proceso constructivo aplicado, requiere el uso de madera para el encofrado y de caña
guadua para el apuntalamiento debido a que son materiales relativamente baratos en
comparación con los sistemas de encofrado modulares y apuntalamientos metálicos.
175
Por otro lado, las losas prefabricadas son más utilizadas para pisos cuyos apoyos son
mayores de 4 m por lo que se las construye con reforzamiento pretensado o
postensado.
Los dueños del proyecto originalmente pensaron en el uso del sistema de piso de losa
nervada unidireccional sin cajonetas. Pero se les planteó el uso del sistema de losa
por medio de placa colaborante por las razones que se expondrán más adelante. Por
lo pronto, se realizará el análisis y diseño de la losa nervada y de la que usa sistema
de placa colaborante.
3.7 DISEÑO DE ALTERNATIVAS DEL SISTEMA DE LOSA.
En vista de que inicialmente el presente proyecto contemplaba una losa de hormigón
armado del tipo nervada unidireccional con cajonetas, se procederá al diseño de la
misma, de igual forma, se procederá al diseño de la losa con el sistema de placa
colaborante.
Para el sistema de losa nervada unidireccional, solo es necesario diseñar los nervios
respectivos. La geometría de la losa es:
- Nervios de 100 x 200 mm
- Capa de compresión de 50 mm y malla de acero ∅ 10.
La altura del nervio debe ser de 200 mm para que se cumpla requisito del ACI con
relación al canto mínimo en función de la máxima luz del vano.
Para la determinación de la carga de diseño se deberá tomar en cuenta que los
nervios irán separados una distancia de 40 cm debido al ancho del bloque de losa a
utilizar, estos irán distribuidos a partir de las vigas transversales por lo que en el centro
de cada paño la separación de los nervios va a variar. El mayor ancho de franja para
determinar la carga actuante sobre un nervio ocurre entre los pórticos 4-5 y 5-6 con un
ancho de 675 mm por lo que esta será el nacho de la franja de influencia. A
continuación se procede con el diseño de los nervios para las losa 2 y 1.
176
La carga que será considerada para esto es la siguiente: U2 = 0.92 T/m2; U1 1.32 T/m2
para las losas 2 y 1 respectivamente. Los momentos flectores y los cortantes serán
calculados mediante la aplicación de las fórmulas propuestas por el ACI.
Al igual que en el diseño de las vigas mediante el uso de hoja electrónica, se procede
de la misma forma, partiendo de las hojas de cálculo para las vigas, se adaptan dos
para el diseño de los nervios:
177
El nervio para la losa 2 queda diseñado de la siguiente forma: 2∅10 superior e inferior
con estribos ∅8 cada 30 cm.
Diseño de nervios de la losa 1:
178
El nervio para la losa 1 queda diseñado de la siguiente forma: ∅10 superior en los
extremos A y D; ∅14 superior en los apoyos intermedios; ∅12 para el refuerzo inferior
con estribos ∅8 cada 30 cm.
De esta forma queda diseñada la losa de hormigón armado para el presente proyecto.
A continuación se procede con el diseño de la losa con sistema de placa colaborante.
Este es un sistema de losa que utiliza un perfil de acero galvanizado, diseñado para
anclarse perfectamente con el concreto y formar de esta manera una losa reforzada.
Consta primordialmente de los siguientes elementos:
- Placa de acero perfilada con sección trapezoidal.
- Conectores de corte en las uniones y apoyos.
- Malla de acero para retracción por temperatura.
- Hormigón.
Este sistema de construcción de excelente resistencia estructural y antisísmico, se
viene implementando con gran éxito por su eficiencia, economía y rápido sistema
179
constructivo en comparación al método tradicional de encofrado y desencofrado.
Como normativas de diseño, se aplican las establecidas por el SDI.
En cuanto al diseño estructural, su ventaja significativa consiste en que se reduce al
uso de tablas que contienen como información, el espesor de la plancha de acero a
utilizar, la carga y sobrecarga de trabajo y la separación entre apoyos. Con estas
tablas, en función de la carga y de la separación de los apoyos se selecciona el
espesor de plancha más conveniente. La siguiente tabla corresponde a las placas
colaborantes de la marca Masterdeck:
Hoja de Cálculo
ESPESOR MASTER
DECK
200 Kg/m2 400 Kg/m2 600 Kg/m2 800 Kg/m2 Más de 800
Kg/m2
Area de reuniones y de asientos fijos
Area de bodegas livianas
Area de bodegas pesadas
Area de auditorios, conferencias, escenarios,
etc,
Bodegas super pesadas
Distancia entre correas
0.60 3,25 m 2,75 m 2,50 m 2,25 m 2,00 m
0.65 3,50 m 3,00 m 2,50 m 2,25 m 2,00 m
0.70 3,50 m 3,00 m 2,75 m 2,50 m 2,25 m
0.75 3,50 m 3,00 m 2,75 m 2,50 m 2,25 m
0.80 3,50 m 3,25 m 2,75 m 2,50 m 2,25 m
Nota:
Las Distancias entre correas son recomendadas siempre y cuando exista un apuntalamiento
temporal intermedio, durante el vertido del hormigón
Como se puede apreciar, el diseño de este tipo de sistema es relativamente sencillo,
se selecciona la carga de trabajo, en el caso de nuestro presente tema de
investigación es la carga viva mayorada se especifica, la separación entre los apoyos
y se obtiene el tipo de plancha a utilizar. No obstante, es conveniente realizar las
comprobaciones necesarias en cuanto al comportamiento estructural del sistema a fin
de garantizar su óptimo comportamiento ante solicitaciones sísmicas o de cualquier
otro tipo que afecte a la estructura. Para el efecto, primero se debe definir la forma en
que este sistema se fija a la estructura portantes, es decir al sistema de vigas.
180
La fijación de las placas colaborantes a las vigas es mediantes chicotes en forma de L
empotrados en las vigas con una prolongación que varía entre 20 a 40 cm según sea
la conveniencia y lo determine el diseño estructural. Las planchas deberán quedar
separadas 5 cm del borde de la viga para que los chicotes de corte puedan aportar
capacidad portante al sistema. Esto se ilustra en el siguiente gráfico:
De acuerdo al manual proporcionado por Acero Deck, se debe verificar que el esfuerzo
nominal de un conector de corte embebido en el concreto cumpla con la condición:
�2p = 0.5. ^ u`̂ ′]�� ≤ . ^ t̀
Realizando dicha comprobación se tiene que:
Ahora bien, el uso de las placas colaborantes no
requiere de diseño estructural detallado, ya que este
se resume en la aplicación de tablas de diseño como
se mencionó anteriormente que por lo general son
provistas por los proveedores de estas aplanchas,
garantizando su comportamiento, sin embargo, se puede proceder con una serie de
181
comprobaciones en cuanto a los momentos resistentes, los esfuerzos, deformaciones
y cortantes a fin de garantizar el comportamiento estructural del sistema. Por lo que
hablar de diseño estructural de la placa colaborante es realizar básicamente en siete
comprobaciones:
1.- Cálculo de la deflexión de la plancha de acero.
2.- Esfuerzos de momentos positivos.
3.- Cálculo de los esfuerzos admisibles.
4.- Condición de momento último.
5.- Verificación de cortante.
6.- Esfuerzo admisible a compresión en el concreto.
7.- Deflexión del sistema compuesto.
Para la ejecución de estos pasos, se ha configurado una hoja electrónica con los
pasos y fórmulas que se aplican en la comprobación de momentos, esfuerzos y
cortantes. A continuación se procede con el cálculo de acuerdo a los pasos indicados:
1.- Cálculo de la deflexión de la plancha de acero.
La deformación admisible está definida por el menor valor entre:
Xa�Y = 100�180 ∨ 1.90��
La deformación calculada está definida por:
X^a� = 0.0069����?]�;
182
Para la placa del presente proyecto se considera el calibre de la lámina: gage 22, el
espesor, longitud, área de acero, inercia de sección, sección de losa, para obtener el
peso propio a fin de obtener la deformación calculada.
Se procede a verificar la condición de deformación máxima permitida.
2.- Esfuerzos de momentos positivos.
La ecuación para los momentos positivos resulta de la siguiente relación:
183
��0.20v� + 0.094����0 > 0.094���� +�0��0
En donde W2 es la carga uniforme por montaje de la placa, entonces
�� = 0.2v� + 0.094����0
O sino
�� = 0.094���� +�0��0, �� = 0.117���� +�0��0
Luego se tiene los esfuerzos:
�̀ = ���� ∧ �̀ = ����
Deberá cumplirse que:
�̀ ≤ 0.6 t̀ y �̀ ≤ 0.6 t̀
184
3.- Cálculo de los esfuerzos admisibles.
Para este paso es necesario calcular el eje neutro y sacar el valor de la altura útil d a
la fibra superior. Para el efecto se consideran los siguientes parámetros:
La comprobación de la flecha cuando el forjado actúa como encofrado perdido se
realiza considerando únicamente el peso propio de la placa y el peso propio del
hormigón fresco, sin tener en cuenta ninguna sobrecarga adicional. Por el contrario, la
comprobación de la chapa en la situación de ejecución frente al Estado Límite Último
de flexión se debe realizar considerando una sobrecarga adicional por los trabajos de
fundición. A nuestro entender parece razonable considerar una cierta sobrecarga de
ejecución para llevar a cabo el control de deformabilidad de la chapa.
El dimensionamiento de forjados mixtos con conectores hace que éstos puedan ser
considerados tanto en la comprobación resistente de la chapa como de las vigas
secundarias sobre las que descansan la propia chapa. No se ha podido encontrar
239
información relevante relativa al comportamiento resistente de los conectores en la
interfase –hormigón, chapa colaborante, perno conectador o conectores de varilla lisa
o corrugada, viga secundaria- cuando aquellos se ven sometidos a esfuerzos rasantes
en direcciones ortogonales.
La utilización de puntales provisionales en la construcción de losas con placas
colaborantes no es de obligada consideración, a menos que la situación de proyecto lo
requiera, especialmente cuando las acciones y las longitudes de los vanos a salvar
sean grandes. El modo de tratar y comprobar esta situación no está definida en ningún
sitio.
En general puede concluirse que falta por desarrollar estudios de interacción de los
elementos conectores entre los forjados mixtos y las vigas secundarias. El trato que se
le da a éstos es independiente, a sabiendas de que los conectores trabajan para
ambos elementos estructurales –viga y chapa-, desconociendo una respuesta realista
que tuviera en cuenta la interacción entre ambos esquemas resistentes.
Respuesta frente al fuego:
La respuesta estructural de los forjados mixtos de chapa colaborante frente al fuego
viene controlada, no tanto por el propio forjado mixto en sí, es decir, el binomio placa-
hormigón, sino por el entramado de vigas (vigas principales y secundarias) que
sustenta dicha losa.
La posibilidad de combinar el forjado mixto de chapa colaborante, entendiendo éste
como el binomio placa-hormigón, con otro tipo de sustentación (por ejemplo, vigas
prefabricadas o incluso vigas de hormigón armado “in situ”), podría ser una posible
opción que desde el punto de vista de la protección frente a fuego ya que trabajarían
de forma eficiente.
Plazos de ejecución y costes:
Si no se tienen en cuenta otros factores distintos de los estrictamente económicos del
propio forjado, el sistema de placa colaborante resulta más caro que el forjado de
construcción tradicional.
El sistema de placa colaborante permite una ejecución más rápida que el de hormigón
armado por lo que la reducción en el tiempo de ejecución permite reducir el coste final
240
del forjado mixto, en cuanto que se reducen el número de horas de trabajo de
operarios y el avance que se logra en otros rubros.
La construcción de edificios proyectando forjados mixtos permite reducir la altura del
edificio, pues el canto de dichos forjados disminuye (en el ejemplo, un 11%). Asimismo
esta disminución de altura por forjado repercute reduciendo los costes de cerramiento
e instalaciones. Por otra parte, se consigue aligerar el conjunto de la estructura,
proyectándose cimentaciones de menor tamaño y por lo tanto, menor coste. El peso
propio de una losa con placa colaborante disminuye de manera significativa con
respecto al peso propio de una losa tradicional de hormigón armado, en el ejemplo
realizado el peso propio del forjado mixto es de 109 Kg/m2 mientras que el del forjado
reticular es de 447 Kg/m2, lo que supone una diferencia del 75%. Esta diferencia de
peso repercute directamente en las dimensiones de la cimentación y por tanto, en el
costo de la misma.
El coste de un forjado mixto depende básicamente del coste de acero estructural
empleado en el entramado de vigas principales y secundarias sobre el que apoya el
forjado en sí; la optimización de dicho entramado es obligada si se pretende que la
solución mixta sea competitiva desde el punto de vista económico.
El incremento de coste de un forjado mixto respecto a un forjado tradicional en cuanto
al material empleado se ve posteriormente reducido si se consideran otros parámetros
o variables que entran en juego en la ejecución y en el coste de una obra de
edificación. No deberían obviarse los efectos beneficiosos que, desde el punto de vista
económico, supone el proyectar forjados mixtos: reducción del tamaño de la
cimentación, reducción del coste de cerramientos e instalaciones, reducción del tiempo
de ejecución, lo cual supone poder amortizar más rápidamente la obra, especialmente
en zonas urbanas en donde el coste por metro cuadrado de suelo sea elevado.
Un forjado mixto de placa colaborante es competitivo en la construcción actual,
especialmente para luces que empiezan a ser importantes. Cuando la puesta en obra
de un forjado de construcción tradicional resulta difícil, son innegable las ventajas que
el forjado mixto supone.
La información disponible en estos momentos sobre forjados mixtos de placa
colaborante es insuficiente, no existiendo normativa nacional que los regule. La
241
documentación sobre la puesta en obra de esta tipología constructiva se ofrece
fundamentalmente por parte de los proveedores de los materiales principales de los
forjados mixtos, en especial los de placas y conectores.
Si se quiere avanzar en la utilización de esta tipología constructiva en el mundo de la
edificación, es imprescindible desarrollar una norma propia acorde al sistema
reglamentario vigente que sentara las bases de proyecto y puesta en obra de una
manera clara y precisa.
3.19 RECOMENDACIONES.
No cabe duda que, luego de lo expuesto, el sistema de pisos por placa colaborante
con relación al tradicional sistema de pisos con hormigón armado, inclusive aquellos
sistemas de losa de hormigón aligeradas con la utilización de bloques de plumafon,
resulta mucho más ventajoso en lo que respecta costos y tiempo, así como, con
relación a la utilización de nuevas tecnología constructivas.
Puesto que el desarrollo y evolución de la ciencia y de la tecnología trata de buscar
soluciones que beneficien a la sociedad y sean amigables con el medio ambiente,
exige que la ciencia de la construcción en nuestro medio se vea abocada a buscar
soluciones ingenieriles que se enmarquen en lo anteriormente dicho. Por tal motivo, y
luego de lo investigado, no cabe la menor duda de que este sistema es en la
actualidad uno que debería ser implementado por constructores y planteado por
diseñadores dada la flexibilidad del mismo.
3.20 BIBLIOGRAFÍA.
1. ACERO-DECK. Manual Técnico para el uso de Placas Colaborantes para Losas de entrepisos.
2. DELGADO Vargas, Manuel. Ingeniería de Fundaciones. Fundamentos e introducción al análisis geotécnico. Primera Edición. Tercera reimpresión. Colombia. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería.
3. FERNANDEZ CHEA, Carlos. Análisis y Diseño de Escaleras.
4. GARZA VASQUEZ Luis. Diseño y Construcción de Cimentaciones. Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín. Facultad Nacional de Minas.
242
5. GONZÁLEZ CUEVA, Óscar. Aspectos Fundamentales del Concreto Reforzado.
Cuarta Edición. Limusa Noriega Editores.
6. MCCORMAC, Jack. Diseño de Concreto Reforzado. Quinta Edición. Grupo Editorial Alfaomega.
7. METALDECK. Manual Técnico de Metaldeck. ACESCO.
8. OLVERA, Alfonso. Análisis de Estructuras. Sexta Impresión. C.E.C.S.A.
