Los forjados de chapa colaborante son un tipo de forjado mixto que introduce una chapa ondulada de acero galvanizado y una capa compresora de hormigón.  Esta chapa actúa evitando el uso de apuntalamiento en los forjados, ya que son capaces de sustentar completamente en hormigón mientras fragua. Además está chapa tiene función portante por lo que ambos materiales colaboran estructuralmente. El sistema se suele completado con una armadura de reparto dentro del hormigón con el fin de evitar la fisuración de este. Por lo tanto ambos materiales trabajan de una manera solidaria.

La gran ventaja de éste tipo de forjados.

Entre las ventajas de los forjados de chapa colaborante encontramos que actúa como plataforma de trabajo durante la construcción, proporcionando seguridad contra la caída de objetos. Las ondulaciones proporcionan adherencia a la chapa con el hormigón. Además se disminuye el canto útil del forjado con la consiguiente reducción de peso en la estructura.

Usualmente la relación entre resistencia y peso es mayor que en un forjado convencional de hormigón, por lo que los costes de transporte y montaje son menores. Además los materiales son más ligeros y requieren menos espacio. Como desventaja encontramos que la chapa debe ser tratada en caso de ser necesario con una capa de protección contra el fuego, para evitar que quede expuesta a un hipotético incendio. Esto se debe a que al ser metálica perdería su resistencia de forma repentina conforme suba la tamperatura del metal.

Materiales del ejemplo

Chapa perfilada: Acero S280 GD según norma EN 10326 y equivalente. Para las prestaciones mecánicas tipo Fe 360 según norma UNI-CNR 10022, la tensión total del perfil no debe superar los 180 N/mm².

Hormigón: Se prevé el uso de hormigón de la clase fck 250 N/cm² con una tensión de 85 N/cm² según lo indicado en D.M. 14/2/92.

Armadura negativa: Se recomienda la utilización de redondos de construcción del tipo Fe B 38K, con una tensión admisible de 215 N/mm².

Características estáticas de la chapa perfilada: Los momentos de inercia y los módulos de resistencia están calculados considerando la reducción de los elementos comprimidos tanto por efecto de los momentos positivos como negativos según la norma UNI CNR 10022.

Características de los forjados: Los cálculos de las secciones están referidos a la teoría del hormigón armado donde se considera una relación entre los módulos de elasticidad del acero y del hormigón en n=15.

Historia de los forjados de chapa colaborante

La primera patente de este tipo de forjado surgió en los estados unidos en 1950. Inicialmente la conexión entre el hormigón y el acero se realizó mediante unas pletinas de acero galvanizado soldadas a la cresta de la chapa. Posteriormente se sustituyeron por un mallazo soldado, también en la parte superior de la chapa.

Investigaciones posteriores desarrollaron nuevas formas para garantizar una perfecta combinación entre ambos materiales introduciendo grecados en las caras laterales.

En Europa la introducción del forjado de chapa colaborante se sitúa a finales de la década de los sesenta. Las investigaciones para solucionar el problema principal del forjado colaborante, el esfuerzo rasante, siguieron desarrollándose y alrededor de la mitad de los ochenta la American Society of Civil Engineers publica “Specifications for the Design and Construction of Composite Slabs”. A su vez se publica la Norma Británica BS-5950-82. Ambas han sido y siguen siendo referencia para este tipo de sistema.

Descripción del sistema

Los materiales de un forjado de chapa colaborante se disponen de tal manera que cuando el forjado entra en servicio la chapa de acero resiste las tensiones de tracción. Mientras que el hormigón resiste la tensiones de compresión por lo que ambos materiales trabajan de forma óptima y solidaria.

Es habitual en introducir un mallazo de acero corrugado en el hormigón con el fin de evitar la fisuración de éste, debida a la retracción que experimenta durante el proceso de fraguado.

Durante el proceso de montaje la chapa metálica debe ser capaz de sustentar por sí misma el peso del hormigón fresco mientras fragua. Cuando esto no es posible se debe apuntalar los forjados mientras fragua el hormigón. Una vez Fraguado el hormigón, ambos materiales quedan unidos de tal manera que se comportan solidariamente.

Desde el punto de vista de su funcionamiento estructural, un forjado de chapa colaborante se trata de un forjado unidireccional, ya que los nervios de la chapa son paralelos a una dirección y por lo tanto se deben apoyar en los bordes perpendiculares a estos. Dada la disposición de los  materiales, este sistema funciona mejor cuando se dispone mediante vanos aislados, es decir que no tienen continuidad más allá de sus apoyos y por lo tanto formando una estructura isostática. Cuando se disponen varios vanos consecutivos y se desea que trabajen en solidariamente aparecen tensiones de tracción en su cara superior. Lo que significa que se deben añadir refuerzos a la armadura de compresión.

Los forjados de chapa colaborante se emplean principalmente en combinación con estructuras metálicas. No obstante se pueden utilizar en estructuras de hormigón, madera o mampostería siempre que se cumplan las condiciones de fijación y solape. Además este sistema permite conectar vigas metálicas al hormigón del forjado.

Recomendaciones de instalación

Los paquetes de perfiles metálicos se distribuirán de acuerdo con el replanteo de obra y se harán coincidir sobre las vigas principales de la estructura. Los nervios de los perfiles irán siempre sobre las vigas de apoyo.

La fijación de los perfiles metálicos sobre las vigas metálicas se puede realizar directamente utilizando tanto tornillos como clavos. Cuando las vigas sean de hormigón o de otra naturaleza distinta a la metálica, en recomendable anclar pletinas metálicas sobre dichas vigas. Se deberán dejar todos los perfiles metálicos en todos los apoyos con una densidad mínima de dos fijaciones por apoyo y perfil.  Los perfiles se irán fijando a medida que se vayan instalando sobre las vigas de apoyo.

Antes de proceder al hormigonado, los perfiles deberán estar limpios de suciedad, grasa, etc. Para ello si es preciso se procederá al lavado y desengrasado de los mismos.

El vertido de hormigón ser facilita si se realiza mediante bombeo, siendo la solución más rápida en ejecución. Dicho vertido se realizará sobre las zonas de vigas de apoyo, evitando la concentración de hormigón y reduciendo la altura del vertido desde la tubería al forjado a no más de 40 centímetros.

Normativa:

El cálculo de los forjados colaborantes HI-BOND están basados en las siguientes normativas:

DM del 9/1/96: Normas técnicas para el cálculo, ejecución y ensayo de las obras de hormigón armado, pretensado y estructuras metálicas.

UNI-CNR 10022/84. Perfiles conformados en frío: Instrucciones para su empleo en la construcción.

EN 10326 Chapas y flejes de acero para usos estructurales, galvanizados por inmersión en continuo.

CEN European Committee for Standardization,  Eurocódigo 4; Desing of composite steel and concrete structures.

Instrucciones Aippeg para el cálculo de losas con perfil grecado y hormigón colaborante.