Chapa colaborante sobre estructura metálica: cómo trabaja el conjunto
La chapa hace dos trabajos distintos en dos momentos distintos, y lo que define la capacidad del entrepiso no es la flexión sino el corte longitudinal, que no se calcula: se ensaya.
Una losa con chapa colaborante parece un sistema simple: se apoya la chapa sobre las vigas, se llena de hormigón y queda el entrepiso. Y en buena medida lo es. Pero adentro de esa simplicidad hay dos sistemas estructurales distintos, que trabajan en momentos distintos, y una capacidad que no sale de ninguna fórmula.
Dos trabajos, dos momentos
La chapa cumple dos funciones que no ocurren al mismo tiempo.
Durante la construcción es encofrado. Sola, sin hormigón endurecido, tiene que sostener su propio peso, el del hormigón fresco, y la carga de la gente y el equipo que trabaja arriba. En esa etapa el hormigón no aporta nada: es carga.
En servicio es armadura. Una vez fraguado, la chapa queda en la cara traccionada de la losa y trabaja como acero de tracción. La sección resistente pasa a ser el conjunto de hormigón comprimido arriba y chapa traccionada abajo.
Son dos verificaciones separadas, con hipótesis distintas, y la que gobierna el espesor de la chapa suele ser la primera, no la segunda. Es habitual que el perfil quede definido por la etapa en que todavía no colabora con nada.
Apuntalar o no apuntalar
De ahí sale la primera decisión de proyecto, que tiene consecuencias en obra y en costo.
En construcción apuntalada, se colocan puntales intermedios mientras se hormigona. La chapa no tiene que resistir el hormigón fresco por sí sola, así que puede ser más delgada o cubrir más luz entre vigas. El costo es de obra: hay que colocar los puntales, esperar el fraguado y retirarlos, y el piso de abajo queda ocupado durante ese tiempo.
En construcción sin apuntalar, la chapa se banca sola la etapa de hormigonado. No hay puntales, el piso inferior queda libre, y el montaje avanza a la velocidad de la estructura metálica, que es una de las razones por las que se elige el sistema. El costo es de chapa: más espesor, o vigas secundarias más juntas.
La segunda opción es la que suele justificar el sistema completo. Si hay que apuntalar igual, buena parte de la ventaja de plazo se diluye.
Lo que gobierna no es la flexión
Acá está el punto que más sorprende al que viene de calcular hormigón armado.
La capacidad de una losa mixta rara vez la define la flexión. La define el corte longitudinal: la capacidad de la interfaz entre la chapa y el hormigón para transferir esfuerzo rasante. Si esa interfaz desliza, el conjunto deja de trabajar como una sección y pasan a ser dos elementos apilados.
Esa transferencia no ocurre por adherencia química, que es despreciable y poco confiable. Ocurre por trabazón mecánica: las hendiduras, resaltos y grabados que el fabricante estampa en el alma de la chapa, y que engranan con el hormigón.
Y esa capacidad no se calcula: se ensaya. El Eurocódigo 4 la determina por el método m-k, que consiste en establecer una recta a partir de dos grupos de ensayos de flexión a escala real sobre losas del perfil en cuestión. Los coeficientes m y k salen de esos ensayos. El fabricante los obtiene y publica las tablas de carga admisible derivadas de ellos.
Por qué un perfil no es intercambiable por otro
La consecuencia práctica de lo anterior es fuerte y conviene tenerla presente al comprar.
Dos chapas con el mismo espesor, la misma altura de nervadura y el mismo desarrollo pueden tener capacidades de corte longitudinal distintas, porque el grabado es distinto. Y como esa capacidad viene de ensayos sobre un perfil específico, las tablas de un fabricante no son válidas para el perfil de otro, por parecidos que se vean en el corte.
Sustituir una chapa por otra “equivalente” en obra, con la estructura ya calculada, es cambiar el dato de entrada del cálculo sin recalcular. La losa probablemente funcione igual, porque los perfiles comerciales se parecen y hay margen. Pero se está operando fuera de lo verificado, y eso no aparece en ningún lado hasta que aparece.
El conector es un problema aparte
Hasta acá hablamos de la losa. Vincularla con la viga metálica para que trabajen como sección compuesta es otra cuestión, y la resuelven los conectores de corte tipo perno con cabeza, soldados sobre el ala superior de la viga.
Lo habitual es la soldadura a través de la chapa: el perno se suelda desde arriba, atravesando el material del deck, sin perforación previa. Es rápido y evita una operación, pero condiciona el espesor y el recubrimiento de la chapa, que tiene que permitir esa soldadura.
Lo que más se subestima es que la presencia de la nervadura reduce la capacidad del conector. Un perno embebido en hormigón macizo y el mismo perno dentro de la nervadura de un deck no valen lo mismo, porque el hormigón que lo rodea no está distribuido igual. En hormigón macizo la compresión se concentra cerca de la base del perno; sobre chapa con nervaduras transversales, el pico se desplaza hacia la cabeza, donde está el hormigón más confinado por encima del deck.
Por eso los reglamentos aplican coeficientes de reducción, que dependen de la geometría de la nervadura, de la altura del perno y de cuántos conectores hay por nervadura:
| Situación | Coeficiente |
|---|---|
| Nervaduras paralelas a la viga | Se limita a 1,0 |
| Nervaduras transversales a la viga | Entre 0,6 y 1,0 según cantidad de pernos, espesor de la chapa y técnica de instalación |
Un mismo perno, en la misma viga, puede valer un 40 % menos solo por la orientación de la chapa. Es una decisión de proyecto, no de montaje.
La orientación de la chapa no es solo un tema de montaje
De lo anterior se desprende algo que en obra suele decidirse por comodidad: hacia dónde corren las nervaduras.
La dirección conviene a la losa —las nervaduras salvan la luz entre vigas secundarias— y perjudica al conector cuando cruza transversal sobre la viga principal. Son dos criterios que empujan en sentidos distintos y hay que resolverlos en el proyecto, no en el replanteo.
Hay además un tercer aspecto: la losa mixta trabaja como diafragma horizontal, y es la que lleva las acciones de viento y sismo hacia los arriostramientos. Esa función depende de la vinculación entre chapa, hormigón y estructura, y es la que menos se dibuja de las tres.
Lo que deja la experiencia
La chapa colaborante es un sistema muy resuelto, con décadas de uso, tablas confiables y montaje rápido. No es un sistema delicado. Pero descansa sobre un dato que no se deduce: la capacidad de corte longitudinal de un perfil determinado, obtenida por ensayo.
Del lado de la estructura metálica principal, lo que hay que dejar definido temprano es poco y concreto: la separación entre vigas secundarias, si se va a apuntalar o no, la orientación de las nervaduras, y el conector con su coeficiente de reducción. Con esas cuatro definiciones, la losa es un producto de catálogo. Sin ellas, el perfil de chapa termina eligiéndose por disponibilidad, y el cálculo de la viga queda apoyado en una hipótesis que nadie escribió.
Este apunte forma parte de la serie sobre sistemas que se apoyan en la estructura metálica principal. Se complementa con entrepisos metálicos y con la unión entre el pórtico metálico y el elemento de madera.
