10.9.12

VIGAS ALVEOLARES (II)

5. Vigas alveolares simétricas en aplicaciones de cubiertas y de forjados de chapa colaborante
Las vigas alveolares ACB empleadas en cubiertas y forjados metálicos suelen ser secciones doblemente simétricas: el cordón inferior y el superior provienen del mismo perfil de base (fig. 17).

Figura 17: Obtención de una viga ACB® simétrica

El arquitecto tiene una gran libertad en la elección del diámetro y espaciamiento de alvéolos. Esos dos valores permitirán definir el perfil de base y deducir el canto final de la viga ACB®.
Pero el proceso puede ser también el inverso: partiendo de un canto final impuesto y unas características definidas para los alvéolos, el ingeniero puede obtener fácilmente el perfil de base que permita satisfacer dicha configuración.
1. Asistencia en el diseño
Como en el caso de los perfiles laminados, el diseño de un proyecto que utilice vigas ACB® debe basarse en criterios y límites que permitan obtener un resultado óptimo de las posibilidades que ofrecen estas vigas.
1.1. Determinación del canto de las vigas ACB®
El canto H de una viga ACB® se determina en función de (Fig. 18) :
l La longitud (L) y la distancia transversal entre vigas (B),
l El valor de las cargas (utilización en cubierta o en forjados),
l La utilización de las ACB® como vigas principales (situación A) o viguetas (situación B),
l Los criterios de deformación (flechas admisibles en situaciones habituales o para casos particulares).

Figura 18: Utilización de vigas ACB® en forjados

Para el caso de proyectos habituales de cubiertas las vigas pueden tener una esbeltez (relación entre longitud/altura de la viga) variable entre 20 y 40 según las condiciones de apoyo. Para el caso de vigas de pórtico consideradas empotradas y para viguetas puede utilizarse como valor inicial el valor intermedio de 30 (fig. 19).

Figura 19: Canto de las vigas ACB® en función de la longitud

Para el caso de vigas utilizadas en forjados de edificios la esbeltez varía entre 10 y 20. Para el caso de sobrecargas de uso normales se puede utilizar, en fase inicial de diseño, un valor intermedio igual a 15.
1.2. Determinación del diámetro y de la distancia entre alvéolos Normalmente la elección del diámetro y de la distancia entre alvéolos está guiada por exigencias arquitectónicas (transparencia y características de la iluminación a obtener) y funcionales ….(paso de conducciones a través de los alveolos). Sin embargo, hay límites geométricos que deben respetarse para obtener un buen comportamiento mecánico de las vigas ACB®. Esos límites hacen referencia a:

Figura 20: Límites geométricos de los alvéolos de vigas ACB®

El diámetro (Fig. 20):
l Con relación a la viga ACB® acabada
l Con relación al perfil de base
Distancia entre alvéolos (Fig. 21):
En la determinación de la distancia entre alvéolos es necesario observar algunas reglas.

Figura 21: Límites geométricos para la distancia entre alvéolos de vigas ACB®

Se define una distancia mínima con el fin de garantizar un reensamblado adecuado de las dos partes de la viga ACB® y de evitar la presencia de zonas debilitadas en la viga.
Asimismo, la distancia máxima resulta tanto de consideraciones de coste en la fabricación de vigas alveolares como del comportamiento mecánico de la viga que se aproxima al de una viga con alveolos aislados.
2. Predimensionamiento y tablas de rendimiento
De acuerdo con la definición geométrica, la sección ACB® a considerar en el proyecto puede determinarse a partir de las curvas de rendimiento (ver páginas 30 a 34 para aplicaciones de cubiertas y forjados con chapa colaborante), teniendo en cuenta las siguientes relaciones.
Carga:

Figura 22: Variables a determinar previamente a la utilización de las tablas

La carga de diseño (mayorada) qdim debe compararse con la carga admisible qu. La carga qdim se calcula fácilmente a partir de la fórmula de ponderación:
qdim = (1.35G + 1.5Q)B


donde:
B = distancia transversal entre vigas,
G = carga permanente por metro cuadrado,
Q = sobrecarga de explotación por metro cuadrado.

Métodos:
El diseñador dispone de tres procedimientos para llevar a cabo el proyecto.
1) Determinación de la sección a partir de la carga qdim ≤ qu y de la luz L para las calidades de acero S355 o S460 y para valores habituales de ao y S (diámetro y distancia entre alvéolos).
ao = 1.05 h; S = 1.25 ao o S = 1.5 ao.
Las curvas permiten obtener el perfil adecuado, en la intersección de dos líneas de identificación de qdim y de L.
El valor H es el canto final del perfil ACB®.
2) Determinación de qu para un perfil ACB® dado en función de L.
Tras localizar la curva (qu , L) del perfil ACB® en cuestión, se determina la carga admisible qu. Posteriormente, basta con comprobar que qdim ≤ qu
3) Determinación de la longitud máxima L en función de qdim ≤ qu para un perfil ACB® dado.
La utilidad de este método radica en que permite identificara rápidamente la distancia máxima entre pilares.
Flecha admisible
Las curvas propuestas tienen en cuenta una limitación de flecha igual a L/250 bajo qdim/2 (Fig. 23).
Para un valor de la carga diferente del utilizado en la realización de esas curvas, se puede aplicar el método siguiente en la fase de predimensionamiento.
La condición de flecha adoptada en el establecimiento de las curvas de predimensionamiento supone la consideración de unas condiciones normales en las cubiertas (carga permanente equivalente a la sobrecarga de explotación). Para obtener una evaluación rápida de la flecha tras la identificación de la sección ACB®, se pueden aplicar las fórmulas siguientes:

Figura 23: Cálculo de la flecha a mitad de luz para una viga ACB® cargada uniformemente y de longitud L.

K1 es un coeficiente que permite tener en cuenta la esbeltez de la viga con alveolos (L/H). Su valor se obtiene por medio del gráfico de la figura 24a. Para valores de la esbeltez superiores a 30 se obtiene un valor del coeficiente K1= 1,05.
K2 es un coeficiente que tiene en cuenta la sensibilidad de la viga al número de alvéolos (L/S). Su valor se obtiene en el gráfico de la figura 24b.
A partir de un índice L/S superior a 15 se obtiene un valor constante K2= 1,05.
E = módulo de elasticidad del acero = 210 kN/mm2
Iy,ACB = momento de inercia de la sección ACB® en la mitad de una sección con alveolo alrededor del eje y-y
qSLS = carga en el estado límite de servicio (no ponderada).


Figura 24a: Determinación del coeficiente K1


Figura 24b: Determinación del coeficiente K2

Aviso importante: las curvas de predimensionamiento tienen en cuenta el efecto favorable debido a la presencia del radio de acuerdo alma-ala de la viga laminada en caliente (Fig. 25).
Este radio de acuerdo proporciona un sobreespesor en el empalme alma-ala que asegura un empotramiento del alma por lo que se evitar el posible pandeo de los montantes. La anchura del empotramiento del alma de las vigas ACB® puede alcanzar 5 a 6 veces el espesor mismo del alma.

Figura 25: Radio de acuerdo de vigas laminadas que aseguran un empotramiento de los montantes gracias a las alas