VI. Técnicas de refuerzo y modificación de forjados con acero

Colocación de forjado sobre vigas antiguas

Las construcciones de principios del siglo XX se basan con frecuencia en forjados de perfiles IPN completados con bovedillas de ladrillo o con pequeñas bóvedas entre las vigas rellenas de hormigón pobre. Cuando se incrementa la carga soportada por cambio de uso (residencia transformada en oficinas), no siempre es fácil la reconstrucción total de los forjados debido a que las vigas están íntimamente ligadas al edificio y constituyen elementos de estabilidad de la construcción.

El cambio de uso presenta el problema de la carga admisible de la construcción y de la integridad estructural. Normalmente la mampostería y la cimentación admiten un aumento de carga de aproximadamente 3 kN/m², resultante del nuevo uso del edificio. Las vigas disponen  con frecuencia de menos reserva de resistencia y se deben reforzar.

Un método eficaz consiste en retirar, piso a piso, el enlosado, las bovedillas o las pequeñas bóvedas ubicadas entre los perfiles.  A continuación se construye un forjado colaborante y se une la losa a los perfiles mediante conectores soldados o clavados para aumentar la inercia de las vigas. En ocasiones las pequeñas bóvedas  se conservan entre los perfiles únicamente por razones estéticas, ya que el forjado colaborante aligera el peso propio del forjado. El montaje de los conectores depende de la compatibilidad del acero: de su resistencia, soldabilidad y de la posibilidad de fijar los clavos con una pistola eléctrica. Los conectores clavados más fáciles de montar son muy apreciados en este tipo de trabajos que, en general, son de pequeñas dimensiones.

Colocación de un forjado colaborante sobre un entrevigado de madera

En los edificios de interés cultural protegidos nos encontramos a menudo con estructuras de madera. Desde el inicio de la construcción éstas trasmiten las cargas verticales (columnas, vigas y forjados) y proporcionan la estabilidad global estructural del edificio.

La transformación que experimenta el edificio con el cambio de función (incremento de cargas de explotación) - o simplemente debido a la antigüedad del entablado - puede llevarse a cabo conservando la estructura principal. El ejemplo mostrado representa el caso de la rehabilitación de unos almacenes construidos a finales del siglo XIX, donde se conservaron los muros exteriores de mampostería y la estructura principal de madera. El entablado y las viguetas del forjado se retiraron y, tras el relleno de unión de las vigas de madera, se construyó un forjado colaborante. En ocasiones es posible fijar conectores a las vigas de madera. Al igual que en el caso de la ficha anterior, los conectores permiten reforzar la rigidez del conjunto losa + viga.

Renovación de forjado de madera mediante colocación de chapa ligera sobre chapa perfilada de encofrado perdido

Las restauraciones de entablados de forjados de madera están a menudo limitadas por el peso propio admisible. En ese caso, se puede optar por losas aligeradas vertidas sobre chapas perfiladas de encofrado perdido. El ejemplo mostrado aquí, de la renovación de forjados de madera de edificios de estilo Haussman, representa bien el diseño descrito.

Esta técnica permite conservar el entrevigado del forjado existente aligerando el conjunto, y respetar así el aspecto original del edificio. La homogeneidad del vertido de la losa disminuye los excesos de espesor del hormigón. Las chapas perfiladas de acero empleadas como encofrado se calzan para evitar las fluctuaciones de las viguetas del forjado. La malla de acero soldada ya no es necesaria gracias a la sección de acero del perfil que sustituye la armadura de retracción y simplifica aun más el montaje por parte de los operarios.

Adaptación al nivel del suelo de un forjado colaborante sobre una estructura de calzado de acero

Durante las obras de rehabilitación, la elevación del nivel del suelo a un nivel superior al existente es siempre delicada.

Los desniveles inferiores a un metro dificultan la puesta en obra de una losa vertida sobre un encofrado móvil o de una losa vertida sobre losas prefabricadas. El empleo de forjados de bovedillas sobre viguetas pretensadas es aún más complejo en la medida que estas superficies de losas sobreelevadas son normalmente muy irregulares. Si la altura a recuperar supera los 30 o 40 cm será difícil subir el nivel del suelo mediante el vertido de una losa que - debido a su espesor - será pesada y costosa. La losa vertida sobre una chapa perfilada de acero es la solución óptima ya que evita todos estos problemas.

La puesta en obra de un forjado colaborante sobre una estructura ligera de pequeños perfiles laminados o de tubo de acero es una solución eficaz y económica que permite también una sencilla adaptación al nivel antiguo incluso cuando la altura es irregular. La solución resultante se beneficia de una gran flexibilidad de ejecución y – a su vez -  deja un espacio libre bajo la losa para el paso de posibles conductos o vías de ventilación.

Renovación total de un forjado de madera con sustitución por un forjado colaborante

En ocasiones el  estado deteriorado de los edificios antiguos y la imposibilidad de adaptar los muros interiores a las nuevas funciones, obligan, con frecuencia, a los diseñadores a modificar totalmente el forjado. En estos casos, se retiran las vigas de la estructura de madera, las viguetas del forjado y el entablado, para sustituirlos mediante una solución apropiada al nuevo uso. Junto con el criterio de la funcionalidad del edificio, hay que tener en cuenta la facilidad de la puesta en obra de la solución elegida.

La separación de 6 o 7 m. entre los muros de carga, y la buena calidad de la albañilería original permiten - apuntalando las vigas - añadir simplemente un forjado colaborante con losas de espesor de entre 14 y 30 cm, según la luz y la carga soportadas. Esta solución tiene la ventaja de liberar gálibos. Además es posible utilizar vigas embebidas en la losa o una viga de acero integrada, según sea necesario y para luces de entre 7 y 9 m.

Eliminación de un muro de carga para crear una losa de borde libre

Cuando se pretende eliminar un muro de carga para crear una losa con un borde libre, se presenta una situación problemática. En el ejemplo considerado, donde se ha llevado a cabo la eliminación de un muro para permitir el paso a otra zona del inmueble, dicho muro constituye un apoyo de una losa, el área tiene un volumen de doble altura en un lado y un piso en mezzanine en el otro lado. Una vez que se tira el muro, se obtiene un borde de losa libre sin limitar gálibo, que no es lo suficientemente resistente para soportar la luz sin el apoyo que ofrecía el muro eliminado. En ese caso es indispensable la colocación de una viga de refuerzo para sustituir el muro. Esta viga genera, bajo la losa,  el gálibo característico de las soluciones tradicionales, reduce la altura libre del nuevo paso y empeora el aspecto visual del borde del forjado, haciéndolo más pesado. La reducción del gálibo se puede evitar haciendo uso de una solución con acero consistente en enmarcar la losa mediante una viga metálica de inercia suficiente.  Para este tipo de trabajos generalmente se emplean los tipos HEA, HEB, HEM, UAP o incluso RPS. El canto bajo el forjado es muy pequeño e igual al espesor de la pletina del perfil. Tras el calzado adecuado, se coloca el revestimiento del suelo sobre el forjado. Finalmente, la barandilla se puede fijar fácilmente mediante pernos sobre la pletina superior de la viga.

Colocación de un forjado intermedio simple mediante un perfil angular anclado a lo largo de un muro en buen estado

Un caso típico de rehabilitación en el que la utilización de un forjado colaborante es fácil y eficaz es el de la colocación de un nivel de forjado intermedio cuando la altura libre es muy elevada.

Las chapas perfiladas de acero son ligeras, se pueden manipular manualmente y las operaciones de hormigonado correspondientes se llevan a cabo sin problema ya que el encofrado es estanco. El número de puntales necesario es reducido y el peso propio de la losa es inferior al de otras soluciones. En un muro razonablemente recto, la losa puede fijarse al muro existente usando un perfil angular fijado a lo largo del muro mediante anclajes químicos o grapas de anclaje. La losa descansa así sobre el ala horizontal.

La solución mostrada en la fotografía superior consiste en emplear la versión PAC (listo para verter) del forjado Cofradal 200. Las chapas perfiladas se suministran en obra rellenas con el aislante y la malla soldada, y se colocan sobre una o varias filas de puntales. El peso propio constante del forjado, de 190 kg/m², garantiza una distribución de cargas reducida, a lo que se suma una puesta en obra sencilla con una luz final de hasta 7,2 metros para cargas de explotación de 350 kg/m².

Anclaje de una losa mixta en un muro mediante perforación de cavidades y barras de unión

Esta solución se emplea para fijar el anclaje de la losa colaborante sobre un muro existente de hormigón o de albañilería que no es completamente rectilíneo.

En este caso,  el borde se ajusta deslizando las chapas perfiladas al tresbolillo para acercarlas lo máximo posible al muro de soporte y apuntalándolas por medio de una fila de puntales de borde. La perforación continua a lo largo del muro resultaría un trabajo largo y además debilitaría el edificio, por tanto se suele recurrir a cavidades alternadas de 60 cm de longitud para anclar la losa en el muro. Para reforzar la unión, se sellan barras de armadura con resina, que proporcionan una sección resistente al esfuerzo cortante y la unión con los elementos existentes. La clave es transmitir adecuadamente los esfuerzos cortantes y hacer solidarios los elementos nuevos y viejos de la construcción.

Ejemplo de fijación de un forjado seco de acero sobre pilares de fundición de una estructura existente

En el siglo XIX los almacenes se construían con estructuras de hierro y columnas de fundición. Hoy en día sobreviven algunos de ellos en el centro de las ciudades y son muy apreciados como salas de exhibición o incluso para organizar actos.

La puesta en obra de un forjado intermedio en parte o en la totalidad de la superficie debe combinar el respeto del patrimonio y la necesidad de revalorizar el espacio, por lo que se conservan las columnas de fundición y los responsables del diseño tratan de adaptar además el plan ideal a los puntos de carga existentes.

El ejemplo plasmado en las imágenes muestra la fijación de un forjado metálico sin necesidad de transformar irreversiblemente el edificio antiguo. Los forjados de vigas metálicas son mucho menos pesados que los tradicionales y más fáciles de fijar a las columnas existentes. Para ello, se emplean bridas seguras que ejercen una presión periférica para aumentar la adherencia, o alternativamente pernos entrecruzados que atraviesan la columna y resisten frente a los esfuerzos cortantes. Se debe evitar la soldadura de las bridas a las columnas de fundición. De la misma manera, antes de llevar a cabo perforaciones definitivas atravesando la columna es muy recomendable realizar ensayos de perforación localizados para obtener un análisis metalúrgico de las virutas de fundición.

Reconstrucción de la estructura de un convento del siglo XVI

El Convento de los Bernardinos – rehabilitado recientemente por Jean Michel Wilmotte - es un ejemplo emblemático por la sustitución total del forjado y de la estructura de madera, necesaria debido a la rehabilitación completa del edificio.

Inicialmente se transformó en estación de bomberos, posteriormente en escuela y finalmente en centro de conferencias diocesano. La última transformación requirió la reestructuración interna del espacio con el reacondicionamiento de la parte superior para crear un auditorio.

Los forjados originales con vigas o pilares de madera se reemplazaron por forjados mixtos compuestos de vigas celulares de gran canto, montadas sobre la mampostería de los muros originales. Estas vigas maestras reforzadas por viguetas se completan con una losa conectada vertida sobre un forjado colaborante. Además de las viguetas y de la losa colaborante, las vigas alveolares, con una luz de 24 metros cada una, soportan dos tirantes que sostienen el forjado suspendido del primer piso. Esta ingeniosa disposición evita la distribución de cargas perjudiciales sobre las bóvedas de la estructura histórica del Convento de los Bernardinos.

El uso de vigas alveolares en el forjado y también en la estructura permitió solucionar el problema del paso de los fluidos. La regularidad de las aperturas soluciona definitivamente los problemas de evolución del edificio, en el futuro se podrían añadir fácilmente conductos adicionales sin afectar a la comodidad de los usuarios durante los trabajos, mucho menos ruidosos además.

Reconstrucción de la estructura de un convento del siglo XVI (continuación)

Alzado del edificio principal y detalle del apoyo de la nueva estructura

El forjado del nivel R+1 está suspendido de la viga alveolar del segundo nivel para no crear cargas nocivas sobre las bóvedas de piedra de la construcción original del siglo XVI. Tenemos sucesivamente: 1. Nueva viga transversal alveolar. 2. Tirante Ø 50 mm. 3. Forjado suspendido

Vista de los trabajos del desván: La fotografía muestra una vista de la nueva estructura y del forjado superior de acero en fase de finalización. Las cerchas de la estructura soportan correas de madera para colocar el cerramiento tradicional de tejas. El forjado está recubierto de gradas de acero para el auditorio.

Renovación de los forjados de madera del palacio neogótico de Moritzburg con sustitución por un forjado mixto

El palacio de Moritzburg situado en Halle, cerca de Leipzig (Alemania), estaba parcialmente destruido y fue objeto de una restauración parcial para aumentar la superficie de forjado útil y transformarlo en hotel de lujo.

Para obtener una luz única de 12 metros, se eligió una solución mixta que aumentase la inercia del conjunto losa + viga y minimizase el espesor total. En este caso, no se pudo recurrir a soluciones tradicionales ya que el espesor total con una solución tradicional de madera laminada encolada, o con una solución de hormigón armado, hubieran requerido un pilar intermedio.

La puesta en obra de las vigas es sencilla, dado que las vigas son de fácil manipulación y descansan sobre una viga principal de hormigón pobre. Por ello, la obra es totalmente reversible y señala de manera intangible la época de intervención en el patrimonio, sin mezclar caóticamente diferentes épocas de construcción como se suele producir en rehabilitaciones que tratan de plagiar los elementos existentes buscando la imitación.

Sustitución completa del forjado y del entrevigado para reforzar una manzana parisina

El deterioro del forjado de una construcción de uno o más pisos puede provocar graves defectos en la estabilidad global del edificio. Debido a la función de apuntalamiento que cumple el forjado, su desaparición puede modificar radicalmente el comportamiento estructural del edificio e incluso - si es contiguo a otros inmuebles - la estabilidad entera de la manzana.

En un contexto a menudo lleno de limitaciones, el acondicionamiento del forjado mediante técnicas tradicionales se convierte en largo y complejo. Una posible solución a este problema es la puesta en obra de forjados metálicos mixtos con vigas de contorno y una losa colaborante que actúe como apuntalamiento. Tras fijar los puntales en el inmueble, se retiran los elementos correspondientes y más tarde se rehabilitan los forjados para no perturbar la estructura global. La manipulación de las vigas prefabricadas metálicas  ofrece ventajas tanto a nivel de la logística como de puesta en obra.

Montaje de forjado en voladizo

Ejemplo de forjado en voladizo con el detalle de adaptación de la estructura al borde de la losa existente

El montaje de forjados en voladizo para la ampliación de terrazas o de superficies de forjados suplementarios es de elevada dificultad por el peso propio y por las limitaciones del voladizo. Los forjados secos o simplemente cubiertos con una rejilla se adaptan bien a este tipo de trabajos.