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

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

CONSTRUCCION MIXTA 1. Introducción 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.

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

DESVENTAJAS 1. Introducción Difícil lograr trabajo conjunto acero- hormigón Proyecto y construcción más complejos

ACCION COMPUESTA DEFINICION 1. Introducción Dos materiales que conforman un elemento o dos elementos de diferente material que están conectados y se deforman como una unidad. Acción no compuestaAcción 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 Sistemas estructurales compuestos EDIFICIOS URBANOS Taipei 101, Taiwan 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 Losa de hormigón sobre plancha de acero plegada EDIFICIOS URBANOS Armadura de refuerzo Plancha de acero plegada Hormigón

3. Tipos de construcción mixta 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 DEFINICION

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

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

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 Columnas mixtas Vigas de acero SISTEMAS MIXTOS EJEMPLOS

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

3. Tipos de construcción mixta Muros de hormigón con vigas de acople mixtas SISTEMAS MIXTOS EJEMPLOS Muros Viga de acople: 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 Falla por compresión del hormigón ESTADOS LIMITE SECCION

4. Estados límite Plastificación del acero ESTADOS LIMITE SECCION

4. Estados límite Pérdida de acción compuesta ESTADOS LIMITE SECCION

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

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

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

4. Estados límite 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 ESTADOS LIMITE ELEMENTO M M

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

4. Estados límite 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 ESTADOS LIMITE ELEMENTO

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 ASPECTOS RELEVANTES Apuntalado Sin apuntalar Sección de acero

REFERENCIAS PRINCIPALES 5. Diseño 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

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

5. Diseño Perfiles embebidos en hormigón 1. A s ≥ 0.01 A g 2. A sr ≥ A g, mínimo 4 barras 3. A st ≥ 0.23 mm 2 /mm s ≤ min(16 d st, 48 d sr, 0.5 b, 0.5 d) ESFUERZO AXIAL REQUISITOS AsAs A sr AgAg A st b d

5. Diseño Perfiles tubulares rellenos con hormigón 1. A s ≥ 0.01 A g 2. b/t y d/t ≤ 3. D/t ≤ 0.15 E s / F y ESFUERZO AXIAL REQUISITOS AsAs b t d D t A sr

5. Diseño El diseño de miembros compuestos bajo esfuerzo axial consiste en comparar la resistencia con la acción de diseño ó Tracción  t = 0.90 (LRFD)  t = 1.67 (ASD) ESFUERZO AXIAL RESISTENCIA NOMINAL

5. Diseño Compresión  c = 0.75 (LRFD)  c = 2.00 (ASD) –Pandeo Elástico –Pandeo Inelástico ESFUERZO AXIAL RESISTENCIA NOMINAL

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

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

5. Diseño Vigas con losa colaborante 1. h r ≤ 75 mm 2. w r ≥ 50 mm 3. h c ≥ 50 mm FLEXION REQUISITOS AcAc hrhr wrwr hchc Pliegues paralelos Pliegues perpendiculares

5. Diseño Vigas con losa colaborante 1. b eff ≤ L / 8 2. b eff ≤ S / 2 3. b eff ≤ L g FLEXION ANCHO COLABORANTE L S LgLg b eff2 b eff1 Borde de losa

5. Diseño El diseño de miembros compuestos sometidos a flexión consiste en comparar la resistencia con la acción de diseño ó  b = 0.90 (LRFD)  b = 1.67 (ASD) FLEXION RESISTENCIA NOMINAL

5. Diseño Viga con losa colaborante –Momento positivo Alma no esbelta M n = M p Alma esbelta M n = M y FLEXION RESISTENCIA NOMINAL Considera método constructivo

5. Diseño Viga con losa colaborante –Momento negativo a. M n = M n perfil doble T b. M n = M p compuesta i.Perfil compacto ii.L b ≤ L p iii.Conectores de corte iv.Refuerzo apropiadamente desarrollado FLEXION RESISTENCIA NOMINAL

5. Diseño Perfiles embebidos o rellenos con hormigón a. M n = M y b. M n = M p perfil FLEXION RESISTENCIA NOMINAL

5. Diseño Perfiles embebidos o rellenos con hormigón c.  b = 0.85,  b = 1.76 a.Compatibilidad de deformaciones FLEXION RESISTENCIA NOMINAL b.Distribución de tensiones plásticas

5. Diseño Se debe verificar por separado Flexión  b = 0.90 (LRFD)  b = 1.67 (ASD) ó Compresión  c = 0.75 (LRFD)  c = 2.00 (ASD) ó FLEXION Y ESFUERZO AXIAL RESISTENCIA NOMINAL

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

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

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

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

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

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 De un conector donde CONECTORES DE CORTE RESISTENCIA NOMINAL d stud

5. Diseño R g y R p –Perfiles embebidos o rellenos con hormigón: No son aplicables. Usar R g y R p = 1.0 –Vigas con losa colaborante CONECTORES DE CORTE RESISTENCIA NOMINAL

5. Diseño No hay recomendaciones Comentario, sección I3.1: –Limitar comportamiento del elemento al rango elástico para condiciones de servicio. –Expresiones para el cálculo del momento de inercia. DEFORMACIONES