Forjados Unidireccionales de Hormigón

En el léxico de la construcción se define el forjado como la estructura superficial que constituye la base resistente de pisos y algunos faldones de cubiertas. Una definición más completa la aporta el Prof. J. Calavera, Ingeniero especialista en estructuras, como: “elemento estructural, generalmente horizontal, aunque puede estar inclinado como sucede en ciertas cubiertas, que recibe directamente las cargas y las transmite a los restantes elementos de la estructura. Adicionalmente, el forjado materializa la separación entre plantas consecutivas y desempeña otras funciones como aislamiento entre plantas y soporte de acabados e instalaciones”.

En la estructura del edificio, el forjado cumple las funciones de^[1]:

• Soportarse a sí mismo y, además, soportar el peso de cerramientos, tabiquería, solados, acabados y las cargas de uso.
• Superar el proceso constructivo, en cuanto a participación en él y soportar las cargas que se van incorporando.
• Solidarizar todos los elementos de la planta.
• Actuar como plano de rigidez (diafragma rígido) y repartir las cargas horizontales entre todos los elementos.
• Presentar deformaciones compatibles con sus funciones. Una característica de todos los elementos constructivos sometidos a esfuerzos y tensiones derivados de las cargas a los que se someten y que, aún en la actualidad, son difíciles de evaluar a priori.
• Aislar térmica y acústicamente las plantas entre sí.
• Tener una adecuada resistencia al fuego.

Los forjados unidireccionales son los que, según su organización resistente, sólo son capaces de transmitir las cargas a los apoyos según una única dirección. Los que no lo son por su organización interna, pero que sólo encuentran apoyo válido para la transmisión de las cargas según una dirección, también deben considerarse como tales^[2].

Para el caso de España y atendiendo a las particularidades constructivas, con el léxico técnico asociado, los forjados unidireccionales de hormigón se clasifican en:

• Forjados sanitarios o de aislamiento
• Forjados de pisos armados y pretensados
• Forjados de nervios in situ con moldes recuperables
• Forjados prefabricados de placas
• Forjados mixtos de chapas y hormigón

 
Respecto al amplísimo espectro de la edificación, desde la vivienda en el medio rural hasta los edificios de uso comercial e industrial, la tendencia generalizada va encaminada inexorablemente hacia la simplicidad de formas y métodos. Sin embargo, esa tendencia se manifiesta de forma muy distinta de unos países a otros, en función de los múltiples factores que inciden en la construcción.

Para el caso de España y según la fuente documental [1] se vaticina un futuro consolidado para algunos tipos de forjados unidireccionales de hormigón:

• Los forjados unidireccionales autoportantes, de viguetas pretensadas en “doble T”, seguirán empleándose sin competencia en construcciones rurales, donde los medios de elevación sean escasos y las estructuras portantes sean muros de carga.
• Los forjados de semiviguetas prefabricadas irán perdiendo cuota de mercado, especialmente en las ciudades y en edificios de cierta entidad. Quedarán en el mercado dos modelos básicos: semiviguetas pretensadas en “semi T” y las semiviguetas en celosía armada.
• Los forjados unidireccionales in situ, con bloques de aligeramiento perdidos (de hormigón o cerámicos) o recuperables, tal vez amplíen su presencia al confluir la tendencia a encofrar toda la planta por mayor seguridad de los operarios y liberar al proyectista de la rigidez impuesta por los prefabricados, compitiendo además con los forjados reticulares y de tipo losa.
• Especialmente en la edificación residencial, los techos de tipo plano representan una fase final de la evolución del elemento estructural forjado unidireccional, por sus ventajas funcionales y económicas. Sus deficiencias mecánicas se suplen con la calidad de los materiales y unos procesos constructivos más cuidados y eficientes.

 

• Las vigas acusadas de hormigón armado y pretensado tienen su campo en la edificación prefabricada, sobre todo en naves industriales y edificios comerciales; en general, allá donde las cargas de uso y las luces demandadas hagan inviable el uso de losas planas; también cuando la rapidez del proceso constructivo sea una exigencia fundamental.
• En la edificación que exija rapidez y capacidad resistente, la losa alveolar pretensada y las piezas prefabricadas “en Π” también tienen un futuro asegurado.
• Las losas postensadas [losas de hormigón con vainas donde se alojan cables de acero de muy alto límite elástico (1800 MPa), que son tensados tras el endurecimiento del hormigón] tendrán una difusión progresiva cuando se requiera cubrir grandes vanos sin vigas acusadas y evitar considerablemente el problema de las flechas, en paralelo con un mejor conocimiento de su funcionamiento y características por parte del proyectista

 

Todos estos tipos de forjados unidireccionales de hormigón tienen diferente comportamiento frente a acciones diversas (permanentes, variables o accidentales). Como soporte de un acabado rígido modular interesa su estabilidad y ésta es función esencialmente de:

• La edad o madurez al tratarse de un conglomerado de cemento
• De las flechas que se generen sobre el forjado como consecuencia de su propio peso, de las cargas aportadas con otros elementos constructivos asentador sobre él y las cargas de uso previstas

La estabilidad es una característica fundamental para todos los tipos de forjados y se evalúa a través de las deformaciones previsibles, quedando al final como variable única las flechas.

Las diferentes normas nacionales establecen unos máximos permitidos de las flechas [como flecha total a plazo infinito, flecha activa o flecha relativa], en función de la presencia o no sobre los forjados de elementos constructivos frágiles y/o rígidos (cerramientos, tabiques y pavimentos), del concepto de confort del usuario y de la apariencia de la obra.

Todos los tipos de forjados unidireccionales de hormigón suelen estar referidos a una sola norma y en ella se establecen unos valores límite de la deformabilidad.

También cada tipo de forjado suele disponer de elementos de cálculo de las flechas, de modo que en fase de proyecto se puede predecir el comportamiento con más o menos precisión según los casos, en función de las cargas previstas.

Para el caso de España, Vd. puede acceder a los documentos Los forjados y la normativa en España y Flechas: un ejemplo de cálculo.

Si bien los límites de la deformación en normas son una garantía o al menos una referencia de estabilidad mínima, un proyecto de pavimento rígido modular precisa acotar la estabilidad del forjado en función de la posibilidad de adoptar unos u otros materiales para la colocación por adherencia y poder seleccionar un tamaño de baldosa y una anchura para la junta de colocación (separación física entre baldosas adyacentes).

La máxima estabilidad o mínima deformabilidad se asocia con la colocación en capa gruesa con mortero de cemento directamente sobre la capa de compresión del forjado, con baldosas cuyas dimensiones den una superficie no superior a 900 cm² y se respete una junta mínima de 3 mm de anchura, todo ello en solados interiores de tránsito exclusivamente peatonal, para las normales cargas de uso asignadas a las viviendas [con valores característicos de 2 kN/m² y 2 kN, para la carga uniforme y concentrada respectivamente].

No existen datos objetivos del esfuerzo o tracción y cizalladura a que se somete la unión adhesiva por la tensión de compresión del solado, como consecuencia de la flecha producida en el forjado. En la documentación sobre Tecnología de Colocación disponible en diferentes países se establece el límite de la máxima estabilidad en un rango de flechas activas que oscila, a grandes rasgos, entre los 2 mm de la recomendación italiana, los 6 mm de la americana [maqueta de 2000 mm de luz con una carga concentrada de 300 lb (136,2 Kg), con  flecha activa máxima de L/360 según ASTM C627] y los 10 mm en la documentación francesa [Cuadernos n^os. 2920 (1996) (Forjados unidireccionales con viguetas prefabricadas), 2892 (1996) (Forjados con losas alveolares prefabricadas de hormigón armado y pretensado) y 3221 (2000) (Forjados a partir de losas macizas prefabricadas de hormigón armado y pretensado)].
 

Deformaciones Bajo Carga Máximas Admisibles en Documentación Técnica
Documento	País	Descripción
AS 3958.1 (2007) AS3958.2 (1992)	Australia	La flecha máxima no debe superar L/360, siendo L la luz del soporte entre apoyos[1]
NF P61-202 (2003) e-Cahiers nos: ► 3267-V3 (2006) ► 3526-V2 (2006) ► 3527-V2 (2006) ► 3529-V2 (2006) ► 3530-V2 (2006)	Francia	Flecha activa máxima: f1 = L/500 si L≤5 m o f1 = L/1000 + 0,5 cm si L>5 m para soportes que sustentan tabiquería o cerramientos de obra de fábrica de ladrillo o solados “frágiles” f2 = L/350 si L≤ 3,5 m o f2 = L/700 + 0,5 cm si L> 3,5 m
Handbook for ceramic tile installation [TCNA, 2004]	EE.UU.	Flecha no superior a L/360 medida según ASTM C627
Codice di posa [CCB, 2004]	Italia	Clasificación de los soportes en función de la flecha máxima del proyecto o la “controlada”[2] ► Poco deformables si es ≤ L/2000 ó ≤ 2 mm ► Deformación media si es ≤ L/1000 ó ≤ 4 mm ► Muy deformables si es mayor a L/1000
Proyecto Colocación [IPC, 1998]	España	Clasificación de los soportes en función de la flecha activa: ► Bajos movimientos esperados si <L/750 ó L/1500 + 0,3 cm ► Medios movimientos esperados si la fecha activa es mayor o igual a L/750 (ó L/1500 + 0,3 cm) hasta L/500 (ó L/1000 + 0,5 cm) ► Altos movimientos esperados si la flecha activa alcanza valores superiores a L/500 ó L/1000 + 0,5 cm
[1]  Interpretamos que se refiere a la flecha activa [2]  Interpretamos que se refiere a la flecha total a tiempo infinito o a la flecha activa medida en obra o deducida de aquélla y de las flechas diferidas (incluyendo la tabiquería)

► Para los forjados unidireccionales de hormigón podemos establecer con bastantes garantías unas condiciones de estabilidad compatibles con la colocación rígida de baldosas:

• Edad mínima de 6 meses, con endurecimiento en condiciones normales de temperatura y humedad relativa
• Que soporten cerramientos y tabiquería realizados al menos con 2 meses de antelación a la ejecución del solado, considerándose también que esos elementos constructivos tienen continuidad por su cara inferior [los forjados sobre plantas diáfanas suelen manifestar mayores deformaciones en la proximidad al suelo, por las cargas acumuladas desde la última planta del edificio y hacia abajo]
• Que presenten flechas activas máximas por debajo de los 5 mm o alrededor de esa magnitud

En forjados unidireccionales de hormigón empotrados de ejecución in situ o con viguetas semirresistentes, para los normales cantos de ejecución en la actualidad [30-35 cm], podemos encontrar esta estabilidad hasta cerca de los 5 metros de luz, si se confirman los restantes condiciones básicas y estamos frente a una ejecución esmerada con materiales de calidad.

Para los forjados apoyados la luz se reduce a los 4 metros con cantos de 30 cm. En otros tipos de forjados (de losas macizas, de hormigón armado y pretensado, losas alveolares, etc.) las flechas activas se deducen de los datos del proyecto y es arriesgado asignar relaciones luz/canto en cuanto a asegurar un nivel mínimo de deformación.

Tampoco conocemos datos sobre los forjados unidireccionales de losas macizas de hormigón postensado, aunque según fuentes documentales presentan flechas inferiores.

► La colocación de solados rígidos modulares con adhesivos deformables, junta abierta de colocación mínima de 5 mm, baldosas de dimensiones medias que den superficies inferiores a los 1600 cm² y con un adecuado diseño de las juntas de movimiento intermedias dejan abierta la posibilidad de colocación por adherencia directa sobre forjados unidireccionales que no cumplan alguno(s) de los requisitos anteriormente enunciados y, entre ellos, la posibilidad de alcanzar luces de hasta 6-7 m con cantos de 30-35 cm si los restantes parámetros se mantienen en condiciones de óptima estabilidad, con flechas activas no superiores a 10 mm o alrededor de esa magnitud.

► La exigencia de una solera flotante autoportante, entre juntas de movimiento perimetrales o intermedias, en los casos en que no se cumplen las condiciones anteriores, referidas tanto a la edad (madurez) del forjado, como a las flechas activas (superiores a los 10 mm), y a las cargas de uso previstas, además del peso del propio solado (constituido en la mayoría de los casos por una solera de nivelación, el material de agarre y la baldosa con una aportación de carga al forjado entre 1,2 y 2,3 kN/m², según materiales y grosor de capas).

Los tres apartados anteriores nos llevan a las categorías de estabilidad ya definidas y que resumimos en el siguiente cuadro.

La Colocación por Adherencia Respecto a la Deformabilidad de los Forjados Unidireccionales de Hormigón

Forjados de viguetas y semiviguetas prefabricados y nervios ejecutados in situ

Condiciones de Máxima Estabilidad o Mínima Deformabilidad, compatible con una colocación por adherencia rígida o poco deformable, sin limitaciones de selección de la técnica y los materiales. Edad mínima del forjado: 6 meses, con maduración en condiciones normales de T y HR Edad mínima de cerramientos y particiones: 2 meses Con luces máximas de 5 m para cantos mínimos de 0,30 m en forjados empotrados Con luces máximas de 4 m para cantos mínimos de 0,30 m en forjados apoyados Con cargas de uso no superiores a las previstas en la edificación residencial (2 kN/m2 para la carga uniforme y 2 kN para la carga máxima concentrada) Con flechas activas máximas del orden de 5 mm o valores inferiores Condiciones de Media Estabilidad o Media Deformabilidad, compatible sólo con una colocación por adherencia directa deformable o muy deformable, junta abierta, limitación en el formato de las baldosas y correcta distribución de las juntas de movimiento Edad mínima del forjado: 4 meses [ó 2 meses con maduración en condiciones de alta humedad relativa, HR>75%] Particiones ejecutas 1 mes antes del solado Luces de 5 hasta 7 m con cantos de 0,30-0,35 m en forjados empotrados Luces de 5-6 m en forjados apoyados con cantos no inferiores a 0,30 m Con cargas de uso características de la edificación residencial Con flechas activas máximas del orden de 10 mm o valores inferiores Condiciones de Baja Estabilidad o Alta Deformabilidad, que exigen el diseño y ejecución de una solera flotante autoportante y resistente previa a la colocación de un solado rígido modular Cuando no se cumplan una o varias de las condiciones del grupo de media deformabilidad Con cargas de uso superiores a las cargas características de la edificación residencial Con flechas activas superiores a 10 mm, con otros factores de contribución a la deformabilidad

Otros tipos de forjados unidireccionales de hormigón

Conocer o calcular las flechas activas a partir de los datos del proyecto para las cargas previstas (cerramientos, particiones, solados y cargas de uso)

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^[1] Los forjados de los edificios: pasado, presente y futuro. FLORENTINO REGALADO TESORO. CYPE Ingenieros, S.A. ISBN 84-930696-2-0. Edición 1999. Págs. 2-7

^[2] Forjados. LUIS FELIPE RODRÍGUEZ MARTÍN. Fundación Escuela de la Edificación (UNED). 3ª Edición, 2005. ISBN 84-86957-96-6. Pág. 18