Desarrollo de estrategias basadas en la elección del método de cálculo para la optimización de costes de forjados unidireccionales

Resumen

Tradicionalmente, son tres las soluciones estructurales empleadas para las plantas de piso sobre soportes aislados: losa maciza, forjado bidireccional y forjado unidireccional. Actualmente en España, un porcentaje muy elevado de los edificios se ejecuta con forjado unidireccional, siendo esta la técnica constructiva más extendida en edificación residencial, que es a su vez la modalidad predominante en el sector de la construcción. Durante muchos años, los forjados unidireccionales han sido calculados por métodos manuales, que permitían una optimización basada en los conocimientos y experiencia del calculista. Sin embargo, la generalización del cálculo automático ha tenido como consecuencia que los métodos basados en el cálculo plástico hayan sido sustituidos por métodos elásticos con redistribución limitada de esfuerzos. En esta tesis se realiza un estudio de las dos tipologías más empleadas en la construcción de forjados unidireccionales: forjados ejecutados con vigueta prefabricada armada y ejecutados completamente in situ. Ambas tipologías se analizan por los cuatro métodos de cálculo más extendidos: calculo elástico, calculo elástico con redistribución limitada, calculo plástico y cálculo mediante el método de las rótulas plásticas. Se considera el consumo de acero como la variable determinante de su idoneidad. Se proponen, además, tres métodos de optimización basados en la capacidad de readaptación plástica de las secciones y la posibilidad de ajustar las gráficas de esfuerzos a las armaduras dispuestas, con la intención de reducir el coste de los forjados respecto a los calculados por los métodos habituales. Como procedimiento operativo se implementa una herramienta de cálculo automático que permite generar y analizar una elevada cantidad de casos de forjados, por todos los métodos anteriormente citados, desde 2 a 7 vanos y, desde 3,5 a 6,5m de luz de vanos. Debido a la necesidad, por condicionantes normativos, de comprobar la capacidad de giro de las secciones cuando se emplean valores de redistribución elevados, se verifica la ductilidad de las secciones, demostrando como primera conclusión de esta tesis, que, para las secciones habituales de forjados unidireccionales, la capacidad de rotación es superior a la necesaria. La segunda conclusión obtenida es que, si el cálculo del forjado va a realizarse mediante alguno de los métodos clásicos, el más aconsejable en todas las situaciones es el cálculo elástico con redistribución limitada, escogiendo el mayor valor posible de redistribución que permite la Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08): 20% para aceros de ductilidad normal y 30% para aceros de alta ductilidad. Se constata también que, debido a la obligatoriedad de una cuantía mínima de armadura, no es rentable proyectar forjados con luces inferiores a 3,50m, así como que la cuantía de acero necesaria se incrementa, de manera no lineal, cuando aumenta la disparidad de las luces del forjado. Por último, se demuestra que, mediante métodos de cálculo automático consistentes en ajustar la capacidad resistente necesaria del forjado a un número entero de barras de refuerzo, de diámetro comercialmente predefinido, pueden obtenerse ahorros significativos en la cuantía de acero.