Vigas compuestas
Vigas compuestas
Foto: Utilización de viguetas en forjados y cubiertas. Fuente: Pinterest AITIM
Vigas compuestas
Son vigas y viguetas de doble T y cajón cuyas alas y alma son de diferentes materiales, pero al menos una de ellas es de madera o de sus productos derivados. Algunas de estas vigas y viguetas se fabrican en Europa, pero otras solamente en Norteamérica. En el mercado internacional se conocen como “I Joist”, siguiendo su denominación inglesa consolidada, ya que se trata de un producto desarrollado en Norteamérica.
Las vigas compuestas están diseñadas para su utilización en la clase de uso 2. Se utilizan tanto para estructura principal (jácenas) como secundaria, así como para apeos y soporte de encofrados. Se utilizan principalmente en estructuras de entramado ligero como viguetas de forjado, pares de cubierta de luces medias, cargaderos (dinteles), vigas de borde o atado (transversales al sentido del forjado), etc. A veces, y excepcionalmente, se usan como elementos verticales en muros, como montantes o pilares, dependiendo si se adaptan a los valores que arroje el cálculo y por simplicidad constructiva; aunque no es recomendable porque su forma de trabajo no es la más eficiente.
– Las alas son elementos lineales que pueden ser de:
– Madera aserrada estructural (MAE) y empalmada (MAEE).
– Madera reconstituida (PSL, LSL, etc.).
– Madera laminada encolada (MLE).
– Madera microlaminada (LVL).
Como regla general se emplea madera maciza para vigas de cantos medios y bajos, y LVL para vigas de cantos elevados. El ancho del ala en LVL es menor que en madera maciza.
– El alma es el elemento superficial que conecta las alas que puede ser de:
– Tableros de virutas orientadas (OSB) estructurales.
– Tableros contrachapados estructurales.
– Tableros de fibras estructurales.
– Tableros de partículas estructurales.
– Tablas inclinadas, formando un tablero o una celosía.
– Tubos o chapas dentadas de acero que constituyen una celosía.
– Chapa plegada de acero.
La unión entre alma y alas puede realizarse mediante encolado (*), con fijaciones o con pasadores o con placas dentadas.
Las más utilizadas en España son las vigas compuestas de doble T con las cabezas o alas de
madera aserrada estructural (MAE), empalmada con unión dentada (MAEE) o madera
microlaminada (LVL), y el alma de tablero o entablado de madera, que puede ser doble para formar vigas-cajón.
(*)Los adhesivos fenólicos y aminoplásticos se evaluarán con la norma UNE-EN 301 y UNE-EN 302. Los adhesivos de poliuretano deben cumplir con lo especificado en la Guía EOTA nº 11. Para otros tipos de adhesivos, por ejemplo isocianatos, se evaluarán mediante DEE
(Documentos de Evaluación Europea).
TIPOS
Se pueden clasificar de diferentes formas:
En función del alma
– Llena: formada por tablas de madera, tableros derivados de madera o chapa de acero plegada.
– Celosías de madera o metálica.
– Tablas de madera en diagonal con doble capa enfrentada.
– Cajón formado con dos almas fijadas a las alas.
Por su modo de fabricación
– Prefabricadas con medidas estándar. Normalmente se emplea para luces pequeñas y medias o bajo pedido.
– A medida realizadas in situ o en taller. Normalmente se emplea para luces grandes o formando parte de pórticos completos.
Por su geometría
– Rectas.
– Inclinadas.
– Curvadas.
DIMENSIONES
Su longitud suele ser mayor que las de madera aserrada e incluso en algunos casos que las fabricadas con otros materiales (acero y hormigón), pero a costa de una gran esbeltez y mayores cantos (lo que repercute en la altura de los forjados). Sus dimensiones sólo son equiparables a las vigas compuestas metálicas de celosía.
Las dimensiones más frecuentes de las viguetas con alas y alma de madera son las siguientes.
- Longitudes: de 6 a 10 m, con una relación luz / canto de 20 a
- Alas: canto de 39 mm y anchura de 38, 45, 58 y 89 mm.
- Alma: gruesos de 9,5; 10 y 12,7 mm.
- Canto total: varía entre 180 y 508 mm, aunque bajo pedido puede llegarse hasta los 762 mm.
- Esbeltez (relación ancho/alto < 1/3).
El fabricante suele aportar el valor de las dimensiones nominales y tolerancias, que se evalúan de acuerdo con la norma UNE-EN 336.
PROPIEDADES
En comparación con las vigas y viguetas de madera maciza se pueden considerar como más avanzadas tecnológicamente, de propiedades más homogéneas, más eficientes mecánicamente (al estar el material resistente concentrado en donde realmente trabaja, son aptas para luces y cargas mayores) y utilizan menos madera, aunque su precio final puede ser superior.
Contenido de humedad
Es uniforme y controlado (12%), lo que conduce a una mayor estabilidad dimensional, sin problemas de alabeo y deformaciones.
Peso
Al emplear menos material, son más livianas que las vigas macizas tanto de madera como de otros materiales. Esto permite en muchos casos colocarlas manualmente, lo que se traduce en ahorro de tiempo en la puesta en obra.
El peso por metro lineal de las viguetas de doble T con alas de madera (MAE, MAEE o LVL) y alma de tablero o entablado de madera (que puede ser doble formando vigas-cajón) varía entre 3 y 9 kg en función de las dimensiones y materiales.
Perforaciones para el paso de instalaciones
Algunas vigas compuestas vienen con pretaladrados que se pueden quitar y que facilitan el paso de la instalación eléctrica, sanitaria, aire acondicionado, etc. En las de celosía se pueden hacer pasar por los huecos.
Facilidad de mecanizado
Por ejemplo, la mayoría son fáciles de cortar y perforar en obra mediante herramientas convencionales, especialmente las de alma de madera.
Facilidad de colocación
Su sistema de instalación es fácil, pero requiere utilizar herrajes adecuados para cada aplicación y seguir las recomendaciones de los fabricantes. Así mismo permiten una fijación sencilla de los materiales de recubrimiento y relleno.
Propiedades mecánicas
Sus propiedades mecánicas pueden obtenerse, de acuerdo con el DEE 130367-00-0304
Composite wood-based beams and columns.
Su relación resistencia / peso es mejor que las de madera maciza y las de sus homólogas fabricadas con otros materiales. Las alas resisten fundamentalmente los esfuerzos de flexión, la inferior trabaja a tracción y la superior, a compresión; y el alma absorbe los esfuerzos cortantes.
Al tratarse de un producto mayoritariamente prefabricado el fabricante aporta las propiedades mecánicas (valores característicos de resistencia y rigidez, y valores medios de rigidez) para el cálculo estructural o las tablas y ábacos de predimensionado para distintas luces, separaciones y cargas aplicadas junto con las bases de cálculo utilizadas.
– Fluencia y duración de la carga
El fabricante debe aportar el valor del Kdef, para el cálculo de las flechas. Es decir, se puede tomar el que se especifica en el Eurocódigo 5 para los productos derivados de la madera. Para otros materiales la acción combinada de la duración de la carga y la humedad se considerará de forma separada.
También debe aportar el valor del Kmod, para determinar el valor de cálculo de las propiedades resistentes y de rigidez. Se puede tomar el que se especifica en el Eurocódigo 5 para los productos derivados de la madera. Para otros materiales la acción combinada de la duración de la carga y la humedad se considerará de forma separada.
Estabilidad dimensional
El fabricante debe aportar el valor del efecto de las condiciones ambientales sobre las dimensiones nominales. Su valoración se realizará acondicionando los elementos a las máximas condiciones de humedad a las que estará sometido el elemento y realizando las mediciones de acuerdo con la norma UNE-EN 336 utilizada para controlar las tolerancias dimensionales.
Reacción al fuego
Apenas tiene incidencia en las aplicaciones estructurales, ya que hace referencia a la combustibilidad del material. Cuando se requiera se deberá ensayar de acuerdo con la norma UNE-EN 13501-1.
Resistencia al fuego
El fabricante debe aportar información de la resistencia al fuego de sus vigas basada en cálculos teóricos o mediante ensayos realizados con soluciones constructivas concretas (*).
(*) Los componentes de las vigas compuestas son de espesores muy pequeños, por lo que su resistencia al fuego no alcanza los 30 minutos. Por ello se debe recurrir a la protección externa mediante otros productos: yeso laminado, etc.
El cálculo de la resistencia al fuego de las viguetas se realiza de acuerdo con el DB SI o con la norma UNE-EN1995-1-2, teniendo en cuenta las velocidades de carbonización tabuladas. Las viguetas que incorporen elementos metálicos no se pueden calcular de forma teórica.
La resistencia al fuego también puede determinarse mediante ensayo UNE-EN 1365-3 para vigas o UNE-EN 1365-4 para pilares.
Higiene, salud y medio ambiente / Emisión de sustancias peligrosas
Las viguetas fabricadas con tableros derivados de madera así como adhesivos a base de formaldehído deben aportar el valor de emisión de formaldehído de acuerdo con las normas UNE-EN 717-1 o UNE-EN 717-2 (*).
(*) En su caso se pueden utilizar las clases de contenido y emisión de formaldehído definidas en la normativa para tableros (véase el capítulo correspondiente). En la actualidad casi todos los tableros son de la clase E1.
Aislamiento acústico
Las viguetas constituyen un componente más de los forjados o cubiertas, por lo que debe calcularse o determinarse el aislamiento del conjunto (*). El fabricante debe aportar información del comportamiento acústico del sistema constructivo basado en ensayos.
La vibración y los crujidos son los principales problemas y los factores claves para los forjados realizados con este tipo de viguetas, de forma especial en edificios residenciales (**).
(*) Los forjados y cubiertas fabricados con estas vigas tienen problemas, tanto a ruido de impacto (especialmente los crujidos debidos a la flexión) como aéreo, por ser muy ligeros lo que obliga a estudiar soluciones constructivas que puedan cumplir los estándares exigidos por la normativa y el confort. Normalmente los propios fabricantes aportan soluciones que mejoran el aislamiento, como cordones de silicona colocados entre las viguetas y el cerramiento, más una doble capa de tableros de yeso laminado en la cara inferior, suspendidas de perfiles resilientes (fibra de vidrio en la cavidad interior y varias capas de tableros en la cara superior, etc.).
(**) Los arriostramientos transversales pueden producir crujidos si no se instalan adecuadamente y disminuir la separación de las viguetas sirve de poco. Para solucionarlo se suelen emplear las siguientes soluciones.
- Limitar las flechas (con apoyos intermedios, parteluces, etc.).
- Atornillar y encolar sobre el ala de cabeza (o como base de suelo) un entablado machihembrado.
- Instalar las viguetas alineadas verticalmente con soportes verticales (montantes).
- Instalar un falso techo directamente fijado a las alas inferiores para que funcionen como viga cajón.
Aislamiento y transmitancia térmica
Al igual que en el aislamiento acústico, el fabricante debe aportar información del comportamiento térmico del sistema constructivo basado en ensayos (*).
(*) Al ser elementos esbeltos tienen una incidencia muy baja en la transmitancia térmica al no actuar como puentes térmicos y además tienen la ventaja de permitir colocar entre ellos aislamientos térmicos.
INSTALACIÓN
Se instalan con medios de elevación mecánicos sencillos o manuales dependiendo de su dimensión y peso.
- Los elementos de gran dimensión pueden asimilarse a cerchas ligeras por lo que se seguirán los mismos métodos de instalación.
- Los elementos de dimensiones cortas y medias se colocarán a mano como la madera aserrada estructural.
Estas vigas no son estables hasta que el sistema (viguetas + cerramiento estructural + arriostramiento) esté completo.
MARCADO CE
Estos productos están afectados por el Reglamento Europeo de Productos de Construcción. Este producto no tiene norma armonizada, pero dispone de Documento de Evaluación Europeo (DEE EAD) nº 130367-00-0304 por lo que puede llevar una marcado CE voluntario.
MÁS INFORMACIÓN
Publicaciones de AITIM – www.aitim.es
Guía de la madera II Construcción y estructuras. VVAA. 2014
Pliego condiciones – www.aitim.es
