La digitalización de la construcción mixta ha aportado muchas ventajas a las oficinas de estudio y otros ingenieros, como se explicábamos en un artículo anterior que pone de relieve los beneficios del programa X-HVB Design de Hilti.

La fijación por disparo sobre acero se ha visto notablemente beneficiado por estas nuevas tecnologías que ofrecen mayor productividad y más seguridad en las obras. ¿Pero cómo funciona exactamente esta técnica de fijación por disparo sobre acero? ¿Cómo puede la digitalización de la construcción facilitar este método en el día a día?

La técnica de forjado mixto acero/hormigón

Existen muchas soluciones de construcción para elaborar un forjado. Una de ellas son los forjados mixtos de acero/hormigón.

La ventaja principal de este tipo de forjados es la interacción de las propiedades de los dos materiales: la resistencia a la tracción y la maleabilidad de los perfiles metálicos unidas a la resistencia en compresión y las propiedades aislantes del hormigón.

Para conseguir un forjado mixto óptimo es conveniente que trabajen estructuralmente unidos los dos materiales para que, en lugar de tener dos, se obtenga un único eje neutro elástico y así aprovechar las características ya mencionadas.

Esta unión se puede hacer principalmente con conectores Hilti X-HVB. El objetivo de estos conectores es resistir los esfuerzos de rasante en la interfaz acero/hormigón y asegurar así un comportamiento monolítico del forjado.

Las ventajas del forjado mixto acero/hormigón

Existen varias ventajas al utilizar el método de forjado mixto acero/hormigón en una estructura, tanto si se trata de una rehabilitación o una construcción nueva.

Para los edificios recientes, el interés principal es la optimización de la sección del perfil:

  • Ahorro en acero
  • Más espacio para los falsos techos e instalaciones

En trabajos de rehabilitación, este método evita la reconstrucción total del forjado al aplicar un refuerzo de las viguetas existentes, especialmente gracias a una conexión con una nueva losa de hormigón.

En la actualidad, los tamaños disponibles de conector (que van de los 40 a los 140 mm de altura) permiten cubrir una amplia variedad de espesor de losa de hormigón para una resistencia a toda prueba.

El papel de los conectores X-HVB en la fijación por disparo sobre acero

¿Cuál es la función exacta de los conectores X-HVB en este método? Se utilizan para garantizar un comportamiento monolítico de la viga de acero con la losa de hormigón y están fijados con una herramienta de disparo, directamente sobre el perfil metálico para unir el hormigón y el acero entre sí.

Gracias a esta tecnología, el clavo utilizado para la fijación penetra en el ala del perfil de acero sin ningún tipo de perforación previa a la instalación.

Esta unión entre el conector y la vigueta se realiza con dos clavos. La fijación está asegurada por cuatro mecanismos diferentes y muy precisos.

  • El rozamiento es el mecanismo principal de la fijación con disparo sobre acero mediante conector X-HVB. Durante el proceso de disparo del clavo, el acero está sometido a un empuje radial que crea una presión residual que actúa sobre la superficie del clavo.

Las fuerzas de rozamiento son tan elevadas que producen un empotramiento del clavo. A diferencia de lo que ocurre en las fijaciones en hormigón, el empotramiento es el mecanismo principal de fijación en el acero.

Figura 1: Vista de sección de un clavo confinado en un bloque de acero.
  • El moleteado de la fijación:

Este tipo de mecanismo requiere la presencia de asperezas en la superficie del clavo para provocar un anclaje mecánico. Los clavos con estrías están diseñados especialmente para favorecer este fenómeno. Las partículas de cinc y de acero se acumulan en las finas ranuras durante la instalación.

El moleteado se usa particularmente en los casos en los que los clavos no atraviesan el soporte, por lo que el fenómeno de empotramiento es limitado.

Figura 2:Vista de sección de partículas de acero que se acumulan en las ranuras del clavo.
  • Adherencia por soldadura (fusión completa)

La fusión completa de la fijación con el soporte de acero se produce cuando es posible observar granos de acero fundido en la punta del clavo tras la extracción.

Para que haya soldadura no sólo es necesario que la temperatura de fusión se alcance durante el proceso de fijación, sino también que la superficie de la punta esté fabricada sin fisuras; hay que controlar el estado de la punta del clavo en cada etapa de la producción.

Figure 3: Vista de la punta de un clavo.
  • La soldadura blanda:

El fenómeno de soldadura blanda no atañe a la punta, sino al revestimiento de cinc que actúa protegiendo el acero del clavo contra la corrosión. Si la superficie revestida es bastante elevada, una soldadura blanda uniforme contribuirá a mejorar la resistencia a la extracción del elemento de fijación.

Figura 4: Vista de sección del fenómeno de soldadura blanda de un clavo.

El método de fijación por disparo sobre acero consiste generalmente en utilizar una herramienta de disparo que permita fijar cada conector X-HVB en la viga de acero con dos clavos. Gracias a esta tecnología, el elemento utilizado para la unión, es decir, el clavo, penetra en el ala del perfil de acero sin ningún tipo de perforación previa antes de la instalación.

La fijación por disparo sobre acero permite sobre todo evitar los trabajos de soldadura y presenta muchas ventajas para la fase de instalación del forjado acero/hormigón.

Las ventajas de la fijación por disparo en acero para las construcciones mixtas

El método de fijación por disparo sobre acero utilizando conectores X-HVB ofrece una gran flexibilidad en las obras, además de una gran mejora de la productividad.

Gracias a esta técnica, la calidad de la fijación es independiente del tratamiento de superficie de la viga y de la chapa colaborante, y se sobrepone especialmente a problemas relacionados con la presencia de pintura, la galvanización en caliente y la influencia de las condiciones ambientales, a diferencia de la soldadura.

Además, la fijación por disparo sobre acero es una técnica que no precisa de ninguna especialización en soldadura, lo que permite una implementación más sencilla y más rápida.

La fijación por disparo sobre acero, mucho más práctica a la hora de instalarla, tampoco necesita acceso eléctrico, lo que ofrece una mayor autonomía de ejecución en cualquier circunstancia.

El óxido, la suciedad o las partículas de polvo no afectan a la instalación de un forjado mixto de acero/hormigón instalado mediante fijación por disparo sobre acero, como sí que ocurre en los casos de soldadura. Por este motivo, el método es ideal para todo tipo de proyectos de rehabilitación.

Dimensionar mejor los conectores X-HVB gracias a la digitalización de la construcción.

Para facilitar el dimensionado de los conectores X-HVB para la fijación por disparo sobre acero, Hilti ha desarrollado en colaboración con el Centro Técnico Industrial de la Construcción Metálica (CTICM) el programa Shear Connector Design.

Este programa permite calcular vigas en apoyo simple, con carga repartida uniformemente, puntuales o lineales. Tomando como referencia el método de cálculo del Eurocódigo 4, incluye los perfiles habituales (IPE, IPN, HE) y los PRS (perfiles reconstituidos soldados).

Los conectores X-HVB, que están homologados conforme a las normas vigentes en Francia y en la Unión Europea, son compatibles específicamente con el uso de hormigón ligero (1750 kg/m3 mínimo de masa volumétrica).

Este programa, que fomenta la digitalización de la construcción y el uso de nuevos procedimientos informáticos para la construcción de forjados mixtos de acero/hormigón, ofrece muchas ventajas y mejora la seguridad de las estructuras y la productividad en las obras.

  • Dimensionado de los forjados con losa maciza
  • Integración de los anexos franceses, españoles, portugueses, belgas, luxemburgueses o italianos del Eurocódigo 4
  • Cálculos de conexión completa o parcial conforme al Eurocódigo y sus criterios

Gracias al programa Shear Connecto Design, ahora es posible visualizar las construcciones mixtas antes de su realización y evaluar así todos los riesgos y las modificaciones que se deben aportar al conjunto para una mejor ejecución.

Ahora que sabemos cómo funcionan los conectores X-HVB y cómo se integran en la fijación por disparo acero, es importante entender cómo se comportan cuando se ven sometidos a solicitaciones exteriores como las inclemencias climáticas o el desgaste que se produce en los materiales con el paso del tiempo.

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