Construccin Mixta Ricardo Herrera Mardones Departamento de Ingeniera

Construcción Mixta Ricardo Herrera Mardones Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Chile Santiago, Chile Marzo de 2007 Elaboración, guión y locución a cargo del Dpto. de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile con coordinación del Ing. Ricardo Herrera

Construcción mixta 1. 2. 3. 4. 5. Introducción Usos de construcción mixta Tipos de construcción mixta Estados límite Diseño CONTENIDO

1. Introducción CONSTRUCCION MIXTA • Utilización del hormigón y el acero en forma conjunta, ya sea en elementos estructurales o en sistemas estructurales, para resistir las solicitaciones que actúan sobre una estructura.

1. Introducción • • • Optimización del material Mayores luces libres Mayor resistencia a corrosión Mayor resistencia a incendios Rapidez de construcción Menor costo de construcción VENTAJAS

1. Introducción DESVENTAJAS • Difícil lograr trabajo conjunto acerohormigón • Proyecto y construcción más complejos

1. Introducción ACCION COMPUESTA DEFINICION • Dos materiales que conforman un elemento o dos elementos de diferente material que están conectados y se deforman como una unidad. Acción no compuesta Acción compuesta

1. Introducción a. Adherencia b. Trabazón ACCION COMPUESTA MECANISMOS

2. Usos de construcción mixta • Viga de acero con losa colaborante PUENTES

2. Usos de construcción mixta EDIFICIOS URBANOS • Sistemas estructurales compuestos • Taipei 101, Taiwán • 2 Union Square Building, Seattle • Pacific First Center, Seattle • Gateway Tower, Seattle • Mellon Bank Center, Philadelphia • First Bank Place, Minneapolis

2. Usos de construcción mixta EDIFICIOS URBANOS • Losa de hormigón sobre plancha de acero plegada Armadura de refuerzo Hormigón Plancha de acero plegada

3. Tipos de construcción mixta DEFINICION • Elementos estructurales mixtos: compuestos de acero y hormigón trabajando en conjunto • Sistemas estructurales mixtos: compuestos de elementos de acero, elementos de hormigón y/o elementos mixtos trabajando en conjunto

3. Tipos de construcción mixta ELEMENTOS MIXTOS CLASIFICACION De acuerdo a su configuración: • Viga de acero con losa colaborante • Losas de hormigón sobre plancha de acero plegada

3. Tipos de construcción mixta ELEMENTOS MIXTOS CLASIFICACION De acuerdo a su configuración: • Perfiles de acero embebidos en hormigón • Perfiles tubulares de acero rellenos con hormigón

3. Tipos de construcción mixta De acuerdo a su función: • Vigas mixtas • Columnas mixtas • Losas mixtas • Arriostramientos mixtos ELEMENTOS MIXTOS CLASIFICACION

3. Tipos de construcción mixta • Marco rígido mixto Vigas de acero Columnas mixtas SISTEMAS MIXTOS EJEMPLOS

3. Tipos de construcción mixta SISTEMAS MIXTOS EJEMPLOS • Marco arriostrado con diagonales de pandeo restringido Arriostramiento de pandeo restringido

3. Tipos de construcción mixta SISTEMAS MIXTOS EJEMPLOS • Muros de hormigón con vigas de acople mixtas Viga de acople: Muros Placa de acero embebida

4. Estados límite • De resistencia: – Falla por compresión del hormigón – Plastificación del acero – Pérdida de acción compuesta SECCION

4. Estados límite ESTADOS LIMITE SECCION • Falla por compresión del hormigón

4. Estados límite • Plastificación del acero ESTADOS LIMITE SECCION

4. Estados límite • Pérdida de acción compuesta ESTADOS LIMITE SECCION

4. Estados límite ESTADOS LIMITE ELEMENTO • De resistencia: – Estados límite de sección – Inestabilidad global (pandeo, pandeo lateraltorsional) • De servicio: – Fisuración excesiva – Deformación excesiva – Vibración excesiva

4. Estados límite ESTADOS LIMITE ELEMENTO • De resistencia: – Inestabilidad global • Pandeo P P y L x x y P

4. Estados límite ESTADOS LIMITE ELEMENTO • De resistencia: – Inestabilidad global • Volcamiento Alma no esbelta Alma esbelta

4. Estados límite ESTADOS LIMITE ELEMENTO • De servicio: – Fisuración excesiva (vigas) • • Fisuración es inevitable Efecto sobre durabilidad y apariencia Importa fisuración debido a cargas sostenidas Lograr fisuración distribuida a través de: – Armadura mínima – Límites en diámetros y espaciamiento de barras M M

4. Estados límite ESTADOS LIMITE ELEMENTO • De servicio: – Deformación excesiva Limitada por: • Condiciones de uso • Daño a elementos no estructurales • Aceptabilidad (estancamiento de agua, estética) • Otros

4. Estados límite ESTADOS LIMITE ELEMENTO • De servicio: – Deformación excesiva Difícil determinar debido a: • Rigidez variable (fisuración, armaduras) • Módulo de Young cambia con el tiempo y condiciones de curado • Método de construcción • Fluencia lenta (creep) y retracción • Desfase de cortante • Deslizamiento en interfaz acero-hormigón

4. Estados límite • De servicio: – Vibración excesiva Limitada por: • • Incomodidad de usuarios Daño a elementos no estructurales Condiciones de operación de equipos Otros Parámetro principal: ESTADOS LIMITE ELEMENTO

4. Estados límite • Propiedades – Módulo de elasticidad • Acero • Hormigón ASPECTOS RELEVANTES

4. Estados límite • Propiedades – Momento de inercia • Sección no fisurada • Sección fisurada ASPECTOS RELEVANTES

4. Estados límite • Propiedades – Ancho efectivo ASPECTOS RELEVANTES

4. Estados límite • Deformaciones de largo plazo – Fluencia lenta (creep) ASPECTOS RELEVANTES

4. Estados límite • Deformaciones de largo plazo – Retracción ASPECTOS RELEVANTES

4. Estados límite • Método de construcción Apuntalado Sin apuntalar Sección de acero ASPECTOS RELEVANTES

5. Diseño REFERENCIAS PRINCIPALES • Especificaciones AISC (2005) – Capítulo I. Diseño de miembros compuestos • Especificaciones ACI (2005)

5. Diseño • Resistencia nominal – Método de la distribución de tensiones plásticas – Método de la compatibilidad de deformaciones METODOS

5. Diseño • Del material: – Hormigón convencional: – Hormigón liviano: – Acero LIMITACIONES

5. Diseño • Esfuerzo axial • Flexión y esfuerzo axial • Corte • Conectores de corte ORGANIZACION

5. Diseño • ESFUERZO AXIAL REQUISITOS Perfiles embebidos en hormigón As 1. As ≥ 0. 01 Ag 2. Asr ≥ 0. 004 Ag, mínimo 4 barras Ag d Ast 3. Ast ≥ 0. 23 mm 2/mm s ≤ min(16 dst, 48 dsr, 0. 5 b, 0. 5 d) b Asr

5. Diseño • ESFUERZO AXIAL REQUISITOS Perfiles tubulares rellenos con hormigón 1. As ≥ 0. 01 Ag t 2. d b/t y d/t ≤ b 3. D/t ≤ 0. 15 Es / Fy As t D Asr

5. Diseño ESFUERZO AXIAL RESISTENCIA NOMINAL El diseño de miembros compuestos bajo esfuerzo axial consiste en comparar la resistencia con la acción de diseño ó • Tracción ft = 0. 90 (LRFD) Wt = 1. 67 (ASD)

5. Diseño • Compresión fc = 0. 75 (LRFD) – Pandeo Elástico – Pandeo Inelástico ESFUERZO AXIAL RESISTENCIA NOMINAL Wc = 2. 00 (ASD)

5. Diseño ESFUERZO AXIAL RESISTENCIA NOMINAL • Compresión – Perfiles embebidos en hormigón • Capacidad sección • Capacidad pandeo Euler donde

5. Diseño ESFUERZO AXIAL RESISTENCIA NOMINAL • Compresión – Perfiles tubulares rellenos con hormigón • Capacidad sección • Capacidad pandeo Euler donde

5. Diseño • FLEXION REQUISITOS Vigas con losa colaborante 1. hr ≤ 75 mm 2. wr ≥ 50 mm 3. hc ≥ 50 mm Ac hc hr wr Pliegues paralelos Pliegues perpendiculares

5. Diseño Vigas con losa colaborante 1. beff ≤ L / 8 beff ≤ S / 2 3. Lg beff ≤ Lg de beff 2 e beff 1 lo sa 2. Bo rd • FLEXION ANCHO COLABORANTE L S

5. Diseño FLEXION RESISTENCIA NOMINAL El diseño de miembros compuestos sometidos a flexión consiste en comparar la resistencia con la acción de diseño ó fb = 0. 90 (LRFD) Wb = 1. 67 (ASD)

5. Diseño FLEXION RESISTENCIA NOMINAL • Viga con losa colaborante – Momento positivo • Alma no esbelta Mn = Mp • Alma esbelta Mn = My Considera método constructivo

5. Diseño • Viga con losa colaborante – Momento negativo a. Mn = Mn perfil doble T b. Mn = Mp compuesta i. Perfil compacto ii. Lb ≤ Lp iii. Conectores de corte iv. Refuerzo apropiadamente desarrollado FLEXION RESISTENCIA NOMINAL

5. Diseño • FLEXION RESISTENCIA NOMINAL Perfiles embebidos o rellenos con hormigón a. Mn = My b. Mn = Mpperfil

5. Diseño • FLEXION RESISTENCIA NOMINAL Perfiles embebidos o rellenos con hormigón c. fb = 0. 85, Wb = 1. 76 a. Compatibilidad de deformaciones b. Distribución de tensiones plásticas

5. Diseño FLEXION Y ESFUERZO AXIAL RESISTENCIA NOMINAL Se debe verificar por separado • Flexión fb = 0. 90 (LRFD) Wb = 1. 67 (ASD) ó • Compresión fc = 0. 75 (LRFD) Wc = 2. 00 (ASD) ó

5. Diseño FLEXION Y ESFUERZO AXIAL RESISTENCIA NOMINAL - Mn • Perfiles embebidos o rellenos con hormigón – Compatibilidad de deformaciones

5. Diseño FLEXION Y ESFUERZO AXIAL RESISTENCIA NOMINAL - Mn • Perfiles embebidos o rellenos con hormigón – Distribución de tensiones plásticas

5. Diseño FLEXION Y ESFUERZO AXIAL RESISTENCIA NOMINAL - Pn • Pandeo Elástico • Pandeo Inelástico donde P 0 sale de compatibilidad de deformaciones o distribución de tensiones plásticas

5. Diseño • CORTE RESISTENCIA NOMINAL Perfiles embebidos o rellenos con hormigón a. Resistencia del perfil + armadura s dc b. Resistencia del hormigón (ver ACI) • Vigas con losa colaborante Resistencia del perfil

5. Diseño CONECTORES DE CORTE DEMANDA • Perfiles embebidos o rellenos con hormigón cargados axialmente – Carga V aplicada al perfil de acero – Carga V aplicada al hormigón

5. Diseño • Vigas con losa colaborante – Momento positivo • Falla por compresión del hormigón • Plastificación del perfil • Falla de conectores de corte CONECTORES DE CORTE DEMANDA

5. Diseño • Vigas con losa colaborante – Momento negativo • Falla por fluencia de armadura • Falla de conectores de corte CONECTORES DE CORTE DEMANDA

5. Diseño CONECTORES DE CORTE RESISTENCIA NOMINAL • De un conector donde dstud

5. Diseño CONECTORES DE CORTE RESISTENCIA NOMINAL • Rg y R p – Perfiles embebidos o rellenos con hormigón: No son aplicables. Usar Rg y Rp = 1. 0 – Vigas con losa colaborante

5. Diseño DEFORMACIONES • No hay recomendaciones • Comentario, sección I 3. 1: – Limitar comportamiento del elemento al rango elástico para condiciones de servicio. – Expresiones para el cálculo del momento de inercia.