Modelo de losas superpuestas frente a modelo de plantas acopladas. Ejemplo

El modelo utilizado en este ejemplo puede cargarse desde el propio programa CEDRUS. Ayuda -> Ejemplos -> Plantas acopladas -> Ejemplo Plantas acopladas D.6.5

El ejemplo ilustra las diferencias que existen entre el modelo clásico de losas superpuestas y el nuevo modelo de plantas acopladas.

Se trata de un edificio de cinco plantas que transfiere las cargas verticales y horizontales a los cimientos a través de un núcleo continuo de hormigón armado situado en el centro. Con el objetivo de que la planta baja sea diáfana, el núcleo es el único elemento portante de la primera planta.

Los forjados de las cuatro primeras plantas están suspendidos del forjado de la planta que tienen encima mediante cuatro pilares. Es un comportamiento similar (evidentemente más simplificado) al que encontramos en las Torres de Colón de Madrid.

Comparación de los resultados entre el modelo losas superpuestas y el de plantas acopladas

La figura de abajo muestran las fuerzas normales (Nu) de los pilares C4 (en la imagen superior, son los que están delante y a la derecha) bajo las cargas permanentes «G», que resultan cuando se utilizan los diferentes modelos de cálculo. A la izquierda, vemos los axiles que resultan usando el clásico «modelo de losas superpuestas», en el medio hemos utilizado el «modelo de losas superpuestas con rigidez súperestructural» y  por último, a la derecha, los axiles que obtenemos con el nuevo «modelo de plantas acopladas». 

Como puede observarse, utilizando el modelo de losas superpuestas, todos los pilares del están sometidos a una elevada compresión. Cuando se utiliza la rigidez súperestructural, las fuerzas normales de los pilares disminuyen significativamente debido al ajuste de su rigidez; sin embargo, los pilares siguen sometidos a compresión. Las fuerzas de tracción se desarrollan en los pilares sólo cuando se combinan (acoplan) las plantas, es decir, cuando se usa el nuevo modelo tridimensional, lo que puede resultar desconocido para los usuarios clásicos de CEDRUS. 

Esto plantea la cuestión de cuál de los tres modelos de cálculo puede representar mejor el comportamiento del edificio. Analizamos a continuación dicha cuestión.

Discusión de los resultados

Empecemos por pensar en que todos los pilares del edificio llegaran hasta la cimentación, (tendríamos la figura inferior de la izquierda). En esta estructura, las cargas se transfieren a través de los forjados a los muros y pilares. A continuación, cada muro/pilar transfiere su carga al muro/pilar inferior y, por último, a la cimentación. Para resolver esta estructura, los tres modelos de cálculo «losas superpuestas», «losas superpuestas con rigidez superestructural» y «plantas acopladas» proporcionan resultados casi idénticos.

Imaginemos que es necesario eliminar los pilares de la primera planta, por ejemplo, para crear más espacio libre (figura inferior de la derecha). ¿Cómo se pueden transferir las cargas verticales a los cimientos en este caso? 

A continuación se comentan dos de las medidas más utilizadas para este fin.

Voladizo

Con esta medida se arriostra el forjado de la primera planta. Esto permite redirigir las cargas de los pilares interrumpidos y transferirlas a través del forjado (mediante deformación por cortante y flexión) al núcleo y luego a los cimientos. En este caso, la losa se comporta como una viga en voladizo desde el núcleo. Para aumentar la rigidez de la losa, se puede aumentar su canto o utilizar una viga en celosía.

El uso del modelo de losas superpuestas para esta estructura conduce a fuerzas de compresión excesivas en los pilares. Sin embargo, tanto el modelo de losas superpuestas con rigidez súperestructural como el modelo de plantas acopladas proporcionan resultados fiables.

Suspensión

Con esta medida, se arriostra el forjado de la última planta en lugar del forjado de la primera, lo que cambia la dirección del flujo de fuerzas hacia arriba. Esto significa que las cargas se transfieren hacia arriba desde los pilares a la planta superior y, a continuación, a través del forjado de la planta, al núcleo y, desde allí, hacia abajo, a los cimientos. Esto provoca la aparición de fuerzas de tracción en los pilares. En otras palabras, con esta medida los forjados se suspenden del forjado superior utilizando los pilares. Al igual que con la medida en voladizo, la rigidez del forjado puede aumentarse incrementando el espesor del forjado o utilizando una viga en celosía.

Las estructuras suspendidas no pueden modelizarse con el modelo de losas superpuestas (sin o con rigidez superestructural), ya que el flujo de fuerzas en estas estructuras ya no sigue el «principio de cascada». En este caso, debe utilizarse siempre el nuevo modelo de cálculo «plantas acopladas».