WO2021245316A1 - Viga cajón y un forjado plano mixto acero-hormigón que la comprende - Google Patents

Viga cajón y un forjado plano mixto acero-hormigón que la comprende Download PDF

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Ferrán Navarro Ferrer
Julián Alcalá González
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Universitat Politècnica De València
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Definitions

  • the present invention belongs to the technical sector of construction, for example and without limitation, to the construction of industrial, commercial, residential buildings, etc.
  • the invention refers to a box girder, for slabs of the mixed steel-concrete flat type, called "slim-floorVshallow-floor", from the technical terminology derived from English, intended to be used in floors and roofs of buildings. of multi-storey buildings.
  • This type of slabs are characterized by being the beams used embedded in the edge of the slab itself, avoiding sags.
  • the invention also refers to the fact that said box girder has the particularity that the webs that make it up are shaped based on sheets cut into saw teeth forming lattices with gaps between the teeth, in such a way that the teeth and the gaps are about the negative of the others. This allows to obtain two webs with each cut, optimizing the use of the material and eliminating remains of sheet metal.
  • the flat steel-concrete “slim-floor” floors in addition to the steel beams, incorporate embedded elements that make up the floor, such as: reinforced or prestressed concrete slabs or pre-slabs, prestressed hollow core slabs, reinforced or prestressed concrete joists prefabricated or executed "in situ", metallic joists or collaborating steel plates. Concrete is poured into the metal beam to form a composite beam. If the floor has a compression layer (concrete and / or reinforcement), the concreting is carried out jointly (box beam and compression layer), guaranteeing the beam-box / floor monolithism, and continuity with the reinforcement of distribution and negatives, in your case.
  • a compression layer concrete and / or reinforcement
  • the concreting is carried out jointly (box beam and compression layer), guaranteeing the beam-box / floor monolithism, and continuity with the reinforcement of distribution and negatives, in your case.
  • the dimensioning of flat floor beams can be considered with the principles of the UNE-EN 1993-1-1 and UNE-EN 1994-1-1 standards.
  • the UNE-EN 1993-1-1: 2013 standard presents the necessary procedures for verifying the Ultimate ELU Limit States and ELS Service Limit States of said beams in the construction stage, before the concrete hardens.
  • the invention provides a box girder for mixed metal-concrete flat floors comprising:
  • the alveolar elements have a continuous lower base suitable to be welded onto the lower plate of the girder-box and that the alveolar elements have a substantially straight surface on their part opposite the base, of sufficient length to allow their rigid and robust welding with the upper plate of the box girder itself.
  • the beam is made of steel, specifically S-355 JR sheet steel.
  • Steel is the metal normally used in the construction of buildings, but other metallic materials can also be used without departing from the scope of protection of the present invention.
  • the welding of the lateral webs at their upper and lower edges to the respective upper and lower plates can be carried out by methods known in the steel industry. For example: electric arc welding, laser welding, electron beam welding, ultrasonic welding, friction welding, fusion welding, etc ...
  • the alveolar webs are positioned in such a way that both equal and complementary profiles are welded to the upper plate, that is, to the narrower plate, on the smaller side of the trapezoidal teeth.
  • this geometry facilitates the filling of the concrete in the entire volume of the girder-box and the placement of transverse bars through the cells, guaranteeing the behavior of a mixed beam.
  • the lateral webs are arranged in such a way that they have an offset between the cells of both webs, that is, those of one web with respect to those of the other. That is, when the beams are viewed from the side, the alveoli of one web coincide with the teeth of the other web and vice versa. In this way, a more homogeneous distribution of stresses and deformations is achieved along the beam, and that the pouring of concrete adequately fills the interior of the box.
  • the cores can be positioned so that the alveoli of one transversely coincide with the alveoli of the other soul, leaving open spaces between the trapezoidal teeth, on both sides.
  • Another embodiment of the invention is one in which the cellular side webs are welded in opposite directions.
  • the webs can be staggered or drawn.
  • Another aspect of the invention provides a beam according to the invention and a concrete core located between the first and second plates and the webs.
  • the concrete is poured in such a way that it protrudes from the box girder.
  • Another aspect of the invention provides a flat slab comprising a plurality of beams according to the invention, different types of formwork, or precast elements supported on the edges of the lower plates of the beams, and a concrete pour that supports the assembly, including inside the box girder.
  • the beams of the invention support 15-60 cm thick slabs in their lower plate. Once the elements of the slab have been placed, the concrete is poured, covering and filling the box girder completely. In the event that the slab has a compression layer, the concreting of this layer and that of the beam are done simultaneously.
  • the box girder can include longitudinally arranged corrugated bar steel to meet additional needs in the event of fire.
  • These corrugated bars are preferably welded to plates arranged inside the box, which have recesses or housings of suitable dimensions for the correct accommodation and welding of the bars, to fix their positions.
  • a transverse reinforcement can be arranged by means of corrugated bars, preferably, that improve the mixed behavior, steel-concrete, of the section.
  • the box girders can have symmetrical openings in their upper and lower plates, to which hollow tubular structures are welded, arranged in parallel to the alveolar webs.
  • These tubular structures allow all kinds of facilities to be arranged, such as cabling, pipes, etc ...
  • the corrugated bars that improve the fire resistance of the box girders of the present invention can also be welded on the sides of these vertical tubular structures.
  • Figure 1 shows a perspective view of a metal beam according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 shows a cross-sectional view of the metal beam shown in Figure 1.
  • Figure 3 shows an elevation view of the metal beam shown in Figure 1.
  • Figure 4 shows a detail of the complementary section profile of the webs of the beam of Figure 1 obtained from a single piece of 300 mm wide sheet metal.
  • Figure 5 shows a detail of flat forging according to an embodiment of the present invention. 5A with compression layer (40) and 5B, without compression layer.
  • FIG 1 shows a perspective view of a metal beam (10) according to an embodiment of the present invention.
  • the beam 10 is made of cut and welded S355- JR steel sheet to form a box girder for flat steel-composite floors. concrete.
  • the beam (10) comprises a lower longitudinal steel plate (12) 600 mm wide and 12 mm thick and 4.6 m long, an upper longitudinal steel plate (14) 314 mm wide, 10-15 mm thick. thickness and 4.6 m in length, parallel to the plate (12) (see Figure 2).
  • the beam (10) comprises two lateral alveolar webs (16, 18), parallel, 220-365 mm high, 6-10 mm thick and 4.6 m long.
  • the alveolar webs are welded on both sides (upper, with trapezoidal teeth and lower, continuous base) to both sheets, so that the external faces of the lateral webs protrude slightly from the edges of the upper sheet, facilitating welding ( Figure 2 ).
  • the two webs are parallel to each other and perpendicular to the upper and lower plates to which they are welded, so that the side edges (20) of the lower plate (12) protrude from the side webs (16, 18) to to support the slab or precast elements, in use (See Figure 5) and the lateral edges of the upper plate (14) are slightly set back from the lateral ends of the webs (16, 18).
  • the alveolar lateral webs (16, 18) have a complementary profile (22, 24) to each other, in the form of trapezoidal teeth (26). In this way the sheet metal used to make the souls is used to the maximum.
  • Figure 4 shows the geometry of the trapezoidal teeth (26) of a particular embodiment of the invention, which have a height of 220 mm from the edge of the sheet, have an upper edge of 100 mm wide, the The sides of the teeth are 80 mm wide and the continuous base of the webs is a height of 80 mm to the base of the trapezoidal tooth, being the width of the tooth base of 160 mm, with which these webs can be manufactured from a 300 mm wide sheet, without wasting material. This is because the souls have geometrically equal and complementary profiles.
  • Figure 5A shows a flat floor (30) using the metal beams of the invention described above, with a compression layer (40).
  • the beam is placed with the widest plate (12) at the bottom, so that the edges of the wider lower plate (12) serve as support for the precast concrete slabs (32).
  • HA-25-F / 12/1 concrete is poured over the entire assembly, to create a layer of concrete (36), which is continuously extended by the gaps in the webs inside the beams, forming mixed box beams with steel reinforcement and a concrete core (36).
  • a transverse reinforcement (42) is arranged through the cells. Inside the box, the longitudinal reinforcement (34) necessary in case of fire is shown.
  • Said longitudinal reinforcement is composed of corrugated bars of different diameters (34) supported and welded on sleepers (38) that have recesses of dimensions adapted to the profiles of the bars (34). Furthermore, transverse bars (42) are also shown that pass through the box girder through the recesses of the alveolar webs, both in the case of parallel arrangement of the web recesses, and when said webs are counterbalanced and the recesses of the webs alveoli, staggered.
  • Figure 5B shows a flat floor (30) without compression layer.
  • Said calculation checks carried out are the service limit state of shafts under permanent loads, service limit state of shafts under total loads, service limit state of stresses in concrete, service limit state of stresses in steel, ultimate limit state bending in mixed section, state Ultimate limit of shear in mixed section and fire situation with R90.
  • the appropriate safety factors for the materials and loads have been used in all the checks. After carrying out the checks, it can be concluded that both constructions of beams meet the resistance and safety criteria required by current regulations and therefore are a viable solution for the construction of flat floors in buildings with various floors.

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Abstract

La invención proporciona una viga en cajón mixta metal-hormigón, así como los forjados planos (30) de los que forma parte, que comprende: una primera chapa metálica longitudinal (12), inferior; una segunda chapa metálica longitudinal (14), superior, de menor anchura que la primera chapa (12) y paralela a la misma; y dos almas metálicas verticales, paralelas entre sí, dispuestas a la distancia necesaria para que su cara exterior sobresalga ligeramente respecto al borde de la chapa superior (14), para facilitar la soldadura. Las almas están cortadas con forma de dientes separados por alveolos, de forma que los dientes y los alveolos tienen las mismas dimensiones. Las vigas de la invención muestran un montaje mejorado en los forjados (30) de los que va a formar parte, sin necesidad de conectores y permitiendo, a través de los alveolos de sus almas verticales, la disposición de armaduras transversales, que otorgan al conjunto mayor solidez y cohesión al conjunto, donde dichos forjados comprenden una pluralidad de encofrados, o de elementos prefabricados (32) apoyados en los bordes de las chapas inferiores (12) de las vigas cajón y un vertido de hormigón (36) donde dicha viga lleva unas barras corrugadas (34) soldadas a unas pletinas metálicas (38) de posicionamiento.

Description

VIGA CAJÓN Y UN FORJADO PLANO MIXTO ACERO-HORMIGÓN QUE LA
COMPRENDE
Campo técnico de la invención
La presente invención pertenece al sector técnico de la construcción, por ejemplo y sin carácter limitativo, a la construcción de edificios industriales, comerciales, residenciales, etc.
Más en concreto, la invención se refiere a una viga en cajón, para forjado del tipo plano mixto acero-hormigón, llamado “slim-floorVshallow-floor”, de la terminología técnica derivada del inglés, destinada a utilizarse en forjados y cubiertas de construcciones de edificios de plantas múltiples. Este tipo de forjados se caracterizan por quedar las vigas empleadas embebidas en el canto del propio forjado evitando descuelgues. La invención también se refiere a que dicha viga cajón tiene la particularidad de que las almas que la integran están conformadas en base a chapas cortadas en diente de sierra formando celosías con huecos entre los dientes, de tal modo que los dientes y los huecos son unos el negativo de los otros. Esto permite obtener dos almas con cada corte, optimizando el aprovechamiento del material y eliminando restos de chapa.
Estado de la técnica
En la construcción de edificaciones se está experimentando un incremento de la construcción mixta acero-hormigón al permitir combinar las ventajas del acero estructural y del hormigón, no solo en cuanto a capacidad resistente sino en lo que respecta a aspectos constructivos, funcionales y estéticos. Los forjados planos mixtos acero-hormigón del tipo “slim-floor”, formados por vigas de acero embebidas en el canto del forjado, se utilizan cada vez más al reunir ventajas sobre los sistemas constructivos convencionales como, por ejemplo, los formados por vigas descolgadas. Entre otras ventajas permiten reducir el canto total del forjado, aumentar el espacio útil entre forjados y facilitar la instalación de equipamiento técnico por debajo del forjado, al conseguir un techo liso o con nervios de mínimo descuelgue. Otras ventajas son la rapidez constructiva al no necesitar encofrados ni apeos y la resistencia al fuego inherente a la tipología constructiva.
Los forjados planos de acero-hormigón “slim-floor”, además de las vigas de acero, incorporan embebidos elementos que conforman el forjado, tales como: losas o prelosas de hormigón armado o pretensado, losas alveolares pretensadas, viguetas de hormigón armado o pretensado prefabricadas o ejecutadas “in situ”, viguetas metálicas o chapas de acero colaborante. En la viga metálica se vierte hormigón para formar una viga mixta. Si el forjado lleva capa de compresión (hormigón y/o armadura), el hormigonado se realiza conjuntamente (viga cajón y capa de compresión), garantizando el monolitismo viga-cajón/forjado, y la continuidad con el armado de reparto y de negativos, en su caso.
Existen diversas tipologías de vigas planas utilizadas en forjados del tipo “slim-floor” que vienen desarrollándose desde los años 70 del siglo pasado. Estas vigas suelen estar conformadas en base a perfiles comerciales con las desventajas que ello conlleva. Una de ellas es la necesidad de que dispongan de conectores entre las vigas para conformar los forjados. Otra desventaja adicional de emplear perfiles comerciales es la falta de versatilidad de estas vigas para poder adaptarse a las necesidades específicas del edificio o de la planta en construcción.
El dimensionamiento de vigas de forjado plano se puede plantear con los principios de las normas UNE-EN 1993-1-1 y UNE-EN 1994-1-1. La norma UNE-EN 1993-1- 1 :2013 presenta los procedimientos necesarios para la comprobación de los Estados Límites Últimos ELU y Estados Límites de Servicio ELS de dichas vigas en la etapa constructiva, antes del endurecimiento del hormigón.
La normativa vigente de estructuras mixtas UNE-EN 1994-1-1 :2011 no cubre explícitamente el dimensionamiento de vigas “slim-floor” ni tampoco la posibilidad de explorar el comportamiento mixto de una viga sin conectores de deslizamiento. Según la norma anterior para considerar un comportamiento mixto deben de existir necesariamente conectores entre el acero y el hormigón de la viga, pero la literatura científica y los ensayos realizados acreditan el comportamiento en sección mixta en este tipo de vigas, sin necesidad de dichos conectores, aunque, si se desea, también pueden llevarse a cabo realizaciones de la viga-cajón mixta de acuerdo con la invención, provistas también de conectores.
Existen vigas cajón con largueros laterales con orificios (DE202015104628U1 y CN203429885U). El practicar orificios para fabricar las almas laterales desaprovecha mucho material y encarece el coste de estas vigas. Además, las almas no forman un ángulo de 90° con ambas chapas superior e inferior a las que van soldados (CN203429885U), teniendo un peor comportamiento mecánico y un coste de producción mayor. También la chapa superior sobresale del lateral del alma, (CN203429885U) e, incluso, los laterales presentan ángulos de plegamiento en sus bases (W003100185A1 ), que los hacen más propensos a colapsar en situaciones de sobre-esfuerzo vertical. La menor resistencia de las vigas descritas en el estado de la técnica a tensiones de fuerzas verticales es evidente al presentar (CN203429885U) incluso orificios en la chapa superior. También existen vigas cajón con laterales con aperturas y refuerzos con barras de acero útiles en caso de incendio (EP1690999A2), pero, de nuevo, la chapa superior sobresale de las paredes laterales y la unión entre la chapa superior y las almas se hace por acoplamiento macho-hembra entre sus respectivas escotaduras y salientes, en forma de dientes trapezoidales, complementarios, lo que facilita el que colapsen antes, en caso de aumento de fuerzas verticales porque este tipo de acoplamiento ofrece menos rigidez que el propuesto por la presente invención y, además, las barras de refuerzo de material resistente al fuego se disponen de forma distinta a la propuesta en la invención, no soldadas, aparte de necesitar juntas entre las vigas cajón.
Otras vigas cajón descritas en el estado de la técnica (NL8700070A), necesitan que se practiquen los dientes trapezoidales en ambas chapas, superior e inferior y que las mismas se plieguen, lo que supone un sobrecoste, para soldarse por los bordes menores de los dientes trapezoidales. Este tipo de vigas presenta menor resistencia a las fuerzas de tensión verticales, al no disponer de una chapa inferior de mayor anchura y tampoco poder acoplarse a los forjados sin elementos de conexión, por la misma razón. Este mismo problema, la ausencia de una chapa inferior de mayor anchura que confiere por una parte mayor resistencia a las tensiones de fuerzas verticales y, por otra, sirve de apoyo para los elementos de forjado, sin necesidad de dotar a la viga de elementos de conexión, se observa también en RU2677188C1 Los anteriores problemas existentes en el estado de la técnica se resuelven con la viga cajón y el forjado mixto de acero-hormigón que la comprende, de la presente invención.
Descripción resumida de la invención
Con objeto de abordar los problemas y desventajas existentes en el estado de la técnica anteriormente mencionados, la invención proporciona una viga en cajón, para forjados planos mixtos metal-hormigón que comprende:
• una primera chapa metálica longitudinal, inferior;
• una segunda chapa metálica longitudinal, superior, de menor anchura que la primera chapa y paralela a la misma; y
• dos almas metálicas verticales, paralelas entre sí, dispuestas una distancia en la que su cara exterior sobresale ligeramente respecto al borde de la chapa superior, para facilitar la soldadura. A efectos de la presente descripción, se entiende que las dos almas verticales sobresalgan ligeramente respecto al borde de la chapa superior, en que ésta se apoye sobre parte del ancho o grosor de dichas almas, dejando parcialmente sin cubrir el resto de dicho ancho o grosor de las almas verticales. Ello implica que se forme un ángulo entre ambos bordes, el de la chapa superior y los de las almas verticales, que se utiliza para facilitar la soldadura. El fluido metálico de la soldadura rellena dicho ángulo o escalón entre los susodichos bordes. Además, al ser la chapa inferior más ancha, las almas quedan retranqueadas de su borde, dejando espacio suficiente para apoyar los elementos del forjado. Las almas están cortadas con forma de dientes separados por alveolos, de forma que los dientes y los alveolos tienen las mismas dimensiones.
Al tener un perfil complementario, es posible obtener las dos almas de una viga cortando un único trozo de chapa de acero, sin desperdicio ninguno de material. El corte puede hacerse por cualquier método conocido en el estado de la técnica: láser, plasma, lanza térmica, chorro de agua, cizallado, etc. Esto implica un ahorro de material, evita la generación de residuos y las vigas producidas tienen mayor resistencia a un menor coste de material. La geometría más adecuada para conseguir estas ventajas es un corte en diente de sierra trapezoidal, pero otras formas geométricas pueden ser igualmente apropiadas (rectangulares, semicirculares truncadas, etc... ). Basta con que los elementos alveolares dispongan de una base inferior continua apta para ser soldada sobre la chapa inferior de la viga-cajón y que los elementos alveolares tengan una superficie sustancialmente recta en su parte opuesta a la base, de suficiente longitud, que permita su soldadura rígida y robusta con la chapa superior de la propia viga-cajón.
Preferiblemente la viga es de acero, en concreto de chapa de acero S-355 JR. El acero es el metal normalmente utilizado en la construcción de edificios, pero otros materiales metálicos pueden ser igualmente utilizados sin departir del ámbito de protección de la presente invención.
La soldadura de las almas laterales por sus bordes superior e inferior a las chapas respectivas, superior e inferior, se puede llevar a cabo por métodos conocidos en el sector de la siderurgia. Por ejemplo: soldadura en arco eléctrico, soldadura láser, soldadura por haz de electrones, por ultrasonidos, por fricción, por fusión, etc....
Las almas alveolares están colocadas de forma que ambos perfiles ¡guales y complementarios están soldados a la chapa superior, es decir, a la chapa más estrecha, por el lado menor de los dientes trapezoidales. Esto produce una viga de mayor resistencia, debido a que la chapa más ancha se coloca en la parte inferior de la estructura de la viga y la parte del alma que presenta un perfil continuo se soldaría por su base inferior, sobre dicha chapa más ancha, ofreciendo mayor resistencia a la flexión y tracción debida a las cargas verticales. Además, esta geometría facilita el relleno del hormigón en todo el volumen de la viga-cajón y la colocación de barras transversales por los alveolos, garantizando el comportamiento de viga mixta.
Preferiblemente, las almas laterales están dispuestas de forma que presentan un decalaje o desfase entre los alveolos de ambas almas, esto es, los de un alma respecto a los de la otra. Es decir, al ser vistas las vigas de lado, los alveolos de un alma coinciden con los dientes de la otra alma y viceversa. De esta forma se consigue una distribución más homogénea de los esfuerzos y deformaciones a lo largo de la viga, y que el vertido del hormigón rellene adecuadamente el interior del cajón. Sin embargo, las almas pueden estar colocadas de forma que los alveolos de una coincidan transversalmente con los alveolos de la otra alma, dejando espacios diáfanos entre los dientes trapezoidales, en ambos lados.
Otra realización de la invención es aquélla en que las almas laterales alveolares están soldadas en sentidos opuestos. Una de las almas laterales, con los lados menores de los dientes, en un ejemplo, como forma trapezoidal, soldados en la chapa inferior y la otra alma lateral alveolar paralela, soldada en sentido opuesto, con los lados menores de los dientes, en este mismo ejemplo, con forma también trapezoidal, aunque podría ser cualquier otra forma, soldados sobre la chapa superior. En esta otra realización, también las almas pueden estar decaladas o desenfiladas.
Otro aspecto de la invención aporta una viga según la invención y un núcleo de hormigón situado entre la primera y la segunda chapa y las almas. El vertido del hormigón se hace de forma que el mismo sobresalga de la viga cajón.
Otro aspecto de la invención aporta un forjado plano que comprende una pluralidad de vigas según la invención, diferentes tipos de encofrados, o elementos prefabricados apoyados en los bordes de las chapas inferiores de las vigas, y un vertido de hormigón que solidariza el conjunto, incluyendo el interior de la viga cajón. Las vigas de la invención soportan en su chapa inferior forjados de 15-60 cm de espesor. Una vez colocados los elementos del forjado se vierte el hormigón, recubriendo y rellenado la viga cajón completamente. En el caso de que el forjado lleve capa de compresión, el hormigonado de esta capa y el de la viga se hacen simultáneamente.
La viga cajón puede incluir acero en barras corrugadas dispuestas longitudinalmente para solventar necesidades adicionales en caso de incendio. Estas barras corrugadas, preferiblemente, se sueldan a pletinas dispuestas en el interior del cajón, que disponen de rebajes o alojamientos de dimensiones adecuadas para el correcto alojamiento y soldadura de las barra, para fijar sus posiciones. Aprovechando los alveolos de las almas laterales, sea cual sea su disposición (paralela o alternada), se puede disponer una armadura transversal mediante barras corrugadas, preferiblemente, que mejoren el comportamiento mixto, acero-hormigón, de la sección.
Por último, en otra realización de la invención, las vigas cajón pueden disponer de aberturas simétricas en sus chapas superior e inferior, a las que se sueldan estructuras tubulares huecas, dispuestas en paralelo a las almas alveolares. Estas estructuras tubulares permiten disponer en su seno todo tipo de instalaciones, tales como cableados, tuberías, etc... Las barras corrugadas que mejoran la resistencia al fuego de la vigas-cajón de la presente invención, pueden soldarse también en los laterales de estas estructuras tubulares verticales.
Breve descripción de las figuras
A continuación, se describe una realización de la invención, a título de ejemplo y sin ánimo de constituir limitación alguna al ámbito de protección de la presente invención. En la descripción se hace referencia a las siguientes figuras, en las que:
La Figura 1 muestra una vista en perspectiva de una viga metálica según una realización de la presente invención.
La Figura 2 muestra una vista de sección transversal de la viga metálica mostrada en la Figura 1 .
La Figura 3 muestra una vista de alzado de la viga metálica mostrada en la Figura 1 .
La Figura 4 muestra un detalle del perfil de corte complementario de las almas de la viga de la Figura 1 obtenido de un solo trozo de chapa de 300 mm de anchura.
La Figura 5 muestra un detalle de forjado plano según una realización de la presente invención. 5A con capa de compresión (40) y 5B, sin capa de compresión.
Descripción detallada de la invención
La Figura 1 muestra una vista en perspectiva de una viga metálica (10) según una realización de la presente invención. La viga 10 está hecha de chapa de acero S355- JR cortada y soldada para formar una viga de cajón para forjados planos mixtos acero- hormigón. La viga (10) comprende una chapa inferior de acero longitudinal (12) de 600 mm anchura y 12 mm de espesor y 4.6 m de longitud, una chapa superior de acero longitudinal (14) de 314 mm de anchura, 10-15 mm de espesor y 4.6 m de longitud, paralela a la chapa (12) (ver Figura 2). La viga (10) comprende dos almas alveolares laterales (16, 18), paralelas, de 220-365 mm de altura, 6-10 mm de espesor y 4.6 m de longitud. Las almas alveolares se sueldan por ambos lados (superior, con dientes trapezoidales e inferior, base continua) a ambas chapas, de forma que las caras externas de las almas laterales sobresalen ligeramente de los bordes de la chapa superior, facilitando la soldadura (Figura 2). Las dos almas son paralelas entre sí y perpendiculares a las chapas, superior e inferior, a las que van soldadas, de forma que los bordes laterales (20) de la chapa inferior (12) sobresalen de las almas laterales (16, 18) para dar apoyo al forjado o elementos prefabricados, en uso (Ver Figura 5) y los bordes laterales de la chapa superior (14) quedan ligeramente retranqueados de los extremos laterales de las almas (16, 18). Como se observa en la Figura 3, las almas laterales alveolares (16, 18) tienen un perfil complementario (22, 24) una a otra, en forma de dientes (26) trapezoidales. De esta forma se aprovecha al máximo la chapa utilizada para fabricar las almas.
En la Figura 3 se puede observar que las almas (16, 18) han sido soldadas de forma que el perfil cortado (22, 24) de las almas (16, 18) está soldado por los bordes de los dientes (26) con la chapa superior (14), de forma que hay un desfase o decalaje entre los dientes de cada alma (16, 18), es decir, que mirados de lado, los dientes (26) de un alma lateral coinciden con el hueco entre los dientes (26) del alma lateral del lado opuesto y viceversa. De esta forma se produce, por una parte, un aprovechamiento completo de la chapa utilizada para fabricar las almas y, por otra, cuando las almas laterales están decaladas, se consigue una mejor distribución de resistencias a las fuerzas verticales. El decalaje de las almas además facilita que el hormigón rellene completamente el interior del cajón, porque siempre hay salida para el aire atrapado durante el hormigonado.
En la figura 4 se puede observar la geometría de los dientes trapezoidales (26) de una realización particular de la invención, los cuales tienen una altura de 220 mm desde el borde de la chapa, tienen un borde superior de 100 mm de ancho, los lados de los dientes tienen una anchura de 80 mm y la base continua de las almas tiene una altura de 80 mm hasta la base del diente trapezoidal, siendo la anchura de la base del diente de 160 mm, con lo que estas almas se pueden fabricar a partir de una chapa de 300 mm de anchura, sin desperdicio de material. Esto es debido a que las almas tienen perfiles geométricamente ¡guales y complementarios.
La Figura 5A muestra un forjado plano (30) utilizando las vigas metálicas de la invención descritas anteriormente, con capa de compresión (40). La viga se coloca con la chapa más ancha (12) en la parte inferior, para que los bordes de la chapa inferior más ancha (12) sirvan de apoyo a las losas de hormigón prefabricadas (32). Una vez colocadas todas las vigas y las losas, se procede a verter hormigón HA-25- F/12/1 sobre todo el conjunto, para crear una capa de hormigón (36), que se prolonga de manera continua por los huecos de las almas al interior de las vigas, formando vigas de cajón mixtas con armadura de acero y núcleo de hormigón (36). Se dispone una armadura transversal (42) a través de los alveolos. En el interior del cajón se representa la armadura longitudinal (34) necesaria en caso de incendio. Dicha armadura longitudinal está compuesta de barras corrugadas de diferentes diámetros (34) apoyadas y soldadas sobre traviesas (38) que presentan escotaduras de dimensiones adaptadas a los perfiles de las barras (34). Además, se representan también barras transversales (42) que atraviesan la viga cajón a través de las escotaduras de las almas alveolares, tanto en caso de disposición en paralelo de las escotaduras de las almas, como cuando dichas almas están contrapeadas y las escotaduras de los alveolos, decaladas.
La Figura 5B muestra un forjado plano (30) sin capa de compresión.
Cabe mencionar que para las realizaciones de la viga cajón, según la presente invención, arriba descritas, se han realizado las comprobaciones de cálculo de las resistencias exigidas por la normativa en vigor, es decir el Código Técnico de la Edificación/ Seguridad Estructural/Acciones en la Edificación (CTE-SE-AE), Código Técnico de la Edificación/ Seguridad Estructural/ Acero (CTE-SE-A), Instrucción de Acero Estructural (EAE) e Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08).
Dichas comprobaciones de cálculo realizadas son el estado límite de servicio de flechas bajo cargas permanentes, estado límite de servicio de flechas bajo cargas totales, estado límite de servicio de tensiones en el hormigón, estado límite de servicio de tensiones en el acero, estado límite último de flexión en sección mixta, estado límite último de cortante en sección mixta y situación de incendio con R90. En todas las comprobaciones se han utilizado los coeficientes de seguridad adecuados para los materiales y para las cargas. Tras realizar las comprobaciones, se puede concluir que ambas realizaciones de vigas cumplen con los criterios de resistencia y seguridad exigidos por la normativa vigente y por lo tanto son una solución viable para la construcción de forjados planos en edificios de vahas plantas.
Con las vigas cajón ensayadas de acero según la invención (N20+5 y N30+10), se obtienen flechas de carga permanente que oscilan entre 7,91-12,14 mm, con la viga cajón sin relleno de hormigón y de 4.08-5.77 mm con la viga cajón rellena de hormigón HA-25-F/12/I. Se puede dar contraflecha (ligera curvatura, convexa, que se realiza en una viga o cercha para compensar cualquier flecha prevista cuando soporte un peso) a la viga metálica en el momento de su fabricación. Asimismo, según el tipo de viga empleada, las tensiones críticas en la chapa superior oscilan entre los 160-170 N/mm2

Claims

REIVINDICACIONES
1. Una viga cajón (10) para forjados planos mixtos metal-hormigón que comprende:
• una primera chapa inferior longitudinal de metal (12);
• una segunda chapa superior longitudinal de metal (14), de menor anchura que la chapa inferior (12) y paralela a la misma; y
• dos almas laterales alveolares de metal (16, 18), paralelas entre sí, donde la distancia entre sus caras exteriores es ligeramente superior a la anchura de la chapa superior (14), soldadas por su borde superior y su borde inferior, perpendicularmente a ambas chapas metálicas superior (14) e inferior (12), de forma que los bordes laterales (20) de la chapa inferior (12) sobresalen de las almas laterales (16, 18) para dar apoyo al forjado (30), en uso, y caracterizada porque los bordes laterales de la chapa superior (14) quedan ligeramente retranqueados con la cara exterior de las almas laterales (16, 18), donde la chapa superior (14) se apoye sobre parte del ancho o grosor de dichas almas laterales (16, 18), dejando parcialmente sin cubrir el resto de dicho ancho o grosor de las almas laterales (16,18); en la que, dichas almas laterales alveolares (16, 18), tienen un lado continuo y recto y el otro lado son perfiles con dientes (26), separados por alveolos, de forma que los dientes y los alveolos son geométricamente ¡guales, complementarios (22, 24) y tienen las mismas dimensiones.
2. Una viga según la reivindicación 1 caracterizada porque es de acero.
3. Una viga según cualquier reivindicación anterior caracterizada porque las almas laterales (16, 18) están dispuestas de forma que presentan un decalaje o desfase entre los alveolos de ambas almas.
4. Una viga según las reivindicaciones 1 o 2 caracterizada porque las almas laterales son simétricas, sin decalajes, dejando huecos diáfanos y enfrentados en ambos lados, entre los dientes (26) que delimitan los alveolos.
5. Una viga según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada por llevar soldadas barras corrugadas (34) para mejorar la resistencia frente al fuego en disposición longitudinal y en paralelo a la dirección de la propia viga- cajón.
6. Una viga según la reivindicación 5 caracterizada porque las barras se disponen en el interior de la viga-cajón soldadas a pletinas metálicas (38) de posicionamiento.
7. Una viga según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada por llevar una armadura transversal (42), perpendicular a la dirección longitudinal de la viga cajón, atravesando las almas laterales, a través de sus alveolos, en cualquier disposición de dichas almas, paralelas o decaladas.
8. Una viga según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque las almas laterales alveolares (16, 18) se fabrican mediante un corte de una sola chapa de dimensiones suficientes, siguiendo un perfil en dientes (26) de sierra de configuración trapezoidal, de forma que de una sola pieza se obtienen 2 almas alveolares simétricas.
9. Una viga mixta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada por comprender un núcleo de hormigón (36) en su interior.
10. Una viga mixta según la reivindicación 9 caracterizada porque el hormigón recubre y rellena tanto al interior, como al exterior de la viga cajón.
11 . Un forjado plano (30) caracterizado por comprender un conjunto de dos o más vigas cajón (10), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, una pluralidad de encofrados, o de elementos prefabricados (32) apoyados en los bordes (20) de las chapas inferiores (12) de las vigas cajón (10) y un vertido de hormigón (36) que solidariza todo el conjunto, tanto en el exterior, como en el interior de la viga cajón (10).
12. Un forjado plano (30) según la reivindicación anterior que además comprende una capa de compresión (40).
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