Este artículo presenta un ejercicio práctico detallado para el cálculo de la resistencia de sobrecarga en forjados de madera, centrándose en los aspectos teóricos y prácticos para determinar la capacidad de carga de estos elementos estructurales. Se abordarán las cargas permanentes y variables, así como los estados límite últimos y de servicio, proporcionando una guía para el predimensionamiento.
Introducción y Metodología
Este ejercicio práctico se divide en dos partes. La primera publicación abarca todos los aspectos del cálculo estructural, excluyendo las cargas de fuego, viento y nieve. Para una comprensión completa, se recomienda repasar los temas teóricos de iniciación al cálculo de estructuras de madera en las partes correspondientes.
Es fundamental tener en cuenta que esta publicación es meramente orientativa. Cada proyecto estructural es un caso particular con características y condiciones específicas que pueden no ser abordadas en este artículo. Por lo tanto, la información proporcionada debe ser utilizada como una guía de cálculo para tener una idea de las magnitudes de las estructuras. Para obtener un cálculo fiable y adaptado a la realidad de un proyecto, es imprescindible recurrir a la supervisión de un profesional competente en este campo.
Descripción del Proyecto y Hipótesis de Cargas
Proyecto del Forjado
El proyecto en cuestión consiste en un forjado residencial compuesto por viguetas de madera aserrada C24 de "Pinus Sylvestris". Estas viguetas tienen una sección rectangular de 100 x 160 mm y están separadas entre sí 40 cm. Se apoyan sobre dos vigas paralelas a una distancia de 3.50 metros. El forjado incluye tabiquería y pavimentación ordinaria.
Clase de Servicio y Densidad
- Clase de servicio: 1
- Densidad media considerada: 500 kg/m³
Hipótesis de Cargas
- G1. Carga permanente (sin incluir peso propio de la vigueta): 1.50 kN/m²
- P2. Sobrecarga de uso puntual: 2 kN
- Q3. Sobrecarga de uso uniforme: 2 kN/m²
Parámetros Geométricos y Factores de Modificación
Parámetros Geométricos de las Viguetas
- Ángulo de carga (θ): 0°
- Ancho de la vigueta (bv): 100 mm
- Alto de la vigueta (hv): 160 mm
- Longitud de la vigueta (Lv): 3.50 m
- Separación entre viguetas (s): 0.40 m
Factores de Modificación
- Factor de carga compartida (Ksys): Si el ancho tributario (s) es ≤ 0.6 m, Ksys = 1.1.
- Factor de la sección (KM): Si las piezas son de sección rectangular, KM = 0.70.
- Factor de altura (Kcr): Si es Madera Aserrada (MA), Kcr = 0.67.
- Coeficiente de seguridad del material (ϒM): Si es Madera Aserrada (MA), ϒM = 1.30.
- Factor de modificación (Kmod): Para clase de servicio 1.
- Factor de fluencia (Kdef): Si es clase de servicio 1, Kdef = 0.60.
Acciones en la Edificación y Combinaciones de Cargas
Acciones Permanentes
La carga permanente (G) se calcula como:
G (kN/m) = bv * hv * Pmedia + G1 * s = 0.68 kN/m
Acciones Variables
- Carga de uso puntual (P): Duración de carga corta. P (kN) = P2 = 2 kN.
- Carga de uso uniforme (Q): Duración de carga media. Q (kN/m) = Q3 * s = 0.80 kN/m.
Las acciones de uso dependen de la categoría de uso. Para la Categoría A (Zonas residenciales), las combinaciones de acciones posibles son:
- A. 1.35 * G
- B. 1.35 * G + 1.50 * P
- C. 1.35 * G + 1.50 * Q
Para determinar la combinación más desfavorable en cada situación, se deben calcular las tres y seleccionar la de mayor resultado. En este ejercicio, se parte de la suposición de cuál es la peor situación.
Cálculo de Valores Característicos y Características Geométricas
Valores Característicos de Clase Resistente (Madera C24)
| Propiedad | Valor | Unidad |
|---|---|---|
| Resistencia a flexión (fm,k) | 24 | N/mm² |
| Resistencia a cortante (fv,k) | 4 | N/mm² |
| Módulo de elasticidad paralelo medio (E0,medio) | 11000 | kN/mm² |
| Módulo de elasticidad paralelo característico (E0,k) | 7400 | kN/mm² |
| Módulo de cortante medio (Gmedio) | 690 | kN/mm² |
| Módulo de cortante medio (G0,05) | 460 | kN/mm² |
| Densidad característica (Pk) | 350 | kg/m³ |
| Densidad media (Pmedia) | 500 | kg/m³ |
Características Geométricas de la Sección
Se deben calcular el módulo resistente y el momento de inercia de la sección de la vigueta.
Estados Límite
Estado Límite Último (E.L.U.)
Se calcula el Estado Límite Último de este forjado a esfuerzo flector y a esfuerzo cortante, para las combinaciones de acciones más desfavorables. Los índices de aprovechamiento de flexión y cortante deben ser ≤ 1 para garantizar el cumplimiento del E.L.U.
- La flexión máxima de la pieza se produce en el medio de su longitud, con la combinación simultánea de cargas permanente y puntual (Combinación B).
- El cortante máximo del elemento se encuentra en el apoyo de la vigueta sobre la viga, con la combinación simultánea de cargas permanente y uso uniforme (Combinación C).
Estado Límite de Servicio (E.L.S.)
Se calculan las flechas resultantes de las diferentes cargas:
- Flecha de carga uniforme permanente (G).
- Flecha de carga puntual (P).
- Flecha de carga uniforme de uso (Q).
Los valores límites de flecha orientan sobre la dimensión máxima que puede admitir la estructura. El índice de aprovechamiento de cada una de estas flechas garantiza su cumplimiento con el CTE, siempre y cuando sea ≤ 1.
En este caso, la situación más desfavorable para el cálculo de las flechas de integridad, confort y apariencia es la combinación simultánea de la carga G y P (Combinación B).
En caso de que alguno de estos índices resultase > 1, se deberían modificar algunos de los parámetros de proyecto, recomendándose cambiar los geométricos o los parámetros de la madera, dependiendo de cada caso.
Estructuras II (de acero y madera) - Tema 8 - Estado límite de servicio
Consideraciones Adicionales y Preguntas Frecuentes
Es importante destacar que los cálculos presentados ofrecen un dimensionamiento de carga máxima y no sustituyen los necesarios cálculos estáticos realizados por un profesional. La resistencia de un forjado puede verse afectada por diversos factores, como la carga útil (por ejemplo, construcciones de suelos como placas ignífugas, insonorizaciones, solados de hormigón, parqués) y las construcciones de techos (vertientes, ripias, aislantes, contra-ripias, tejas).
En el contexto de cambios de uso de un local, es crucial estudiar si el forjado existente soportará las nuevas cargas. Si la nueva carga es superior a la actual, se requerirán refuerzos estructurales. Este es el principal motivo por el que se exige la redacción de un proyecto para el cambio de uso.
Pruebas de Carga
Las pruebas de carga son fundamentales para evaluar la capacidad de un forjado. Tradicionalmente, se realizaban aumentando la carga sobre el forjado mediante la colocación de materiales como ladrillos, sacos de cemento o vigas metálicas. Los elementos se colocan sobre un área específica, la zona más desfavorable, y se incrementan uniformemente. Un inconveniente de esta metodología es que, si la estructura se deforma rápidamente, puede ser necesario descargar el forjado.
El uso de depósitos de agua como método de prueba de carga presenta ventajas significativas. Ante una situación de emergencia, un depósito de agua puede convertirse en una carga más liviana y distribuida con facilidad. Además, los depósitos de agua soportan empujes horizontales, lo cual es una ventaja frente a otros elementos.
Importancia del Forjado en la Estabilidad Estructural
A menudo se subestima la importancia del forjado en la estabilidad y resistencia estructural de un edificio. El cálculo de los esfuerzos no debe centrarse únicamente en vigas y columnas. El forjado es un elemento clave diseñado para repartir las cargas, y su correcto dimensionamiento es esencial.
Preguntas Frecuentes sobre Ficheros y Compra
- ¿Cómo comprar un fichero? Es necesario registrarse en la plataforma.
- ¿Cómo descargar los ficheros comprados? Se descargan desde la cuenta del usuario en el apartado "Productos descargables".
- ¿Se pueden utilizar los ficheros varias veces? Sí, una vez adquiridos, son propiedad del usuario.
- ¿Se pueden editar las plantillas? Sí, se proporcionan formatos editables (.DOCX, .DWG, .BC3, .XLS).
- ¿Qué valor añadido tienen los ficheros? La mayoría son proyectos reales de profesionales en formato editable.
- ¿Se pueden utilizar ficheros de otros autores? Sí, Ficherotecnia tiene convenios con sus colaboradores.
Preguntas Frecuentes sobre Facturas y Métodos de Pago
- Método de pago recomendado para descarga inmediata: Tarjeta bancaria, PAYPAL y Bizum.
- Activación de descarga por transferencia: Posible enviando el justificante, aunque puede tardar un poco más.
- Solicitud de factura: Rellenar datos de facturación en "Mis direcciones" y descargar el PDF desde "Mis pedidos". Las facturas no se pueden modificar a posteriori.
Consulta sobre Carga de Ladrillos en un Forjado
Un usuario consulta sobre la posibilidad de levantar una pared de ladrillo macizo perforado "gero" (28x13.5x9 cm) sobre un forjado con una sobrecarga de uso especificada de 300 kg/m². Calcula que para una pared de 7 m² necesitaría unos 41 ladrillos por m², excediendo la capacidad del forjado. Se pregunta si debe usar el ancho del ladrillo (13.5 cm) o el metro cuadrado no ocupado en el cálculo, y si es correcto que nunca se pueda levantar una pared de ladrillo perforado para separar estancias.
