1. 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

2. Construcción mixta CONTENIDO • Introducción • Usos de construcción mixta • Tipos de construcción mixta • Estados límite • Diseño

3. 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.

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

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

6. 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

7. 1. Introducción ACCION COMPUESTA MECANISMOS • Adherencia • Trabazón

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

9. 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

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

11. 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

12. 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

13. 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

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

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

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

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

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

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

20. 4. Estados límite ESTADOS LIMITE SECCION • Plastificación del acero

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

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

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

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

25. 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

26. 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

27. 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

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

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

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

31. 4. Estados límite ASPECTOS RELEVANTES • Propiedades • Ancho efectivo

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

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

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

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

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

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

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

39. 5. Diseño ESFUERZO AXIAL REQUISITOS • Perfiles embebidos en hormigón • As≥ 0.01 Ag • Asr≥ 0.004 Ag,mínimo 4 barras • Ast≥ 0.23 mm2/mms ≤ min(16dst, 48dsr, 0.5b, 0.5d) As Ag d Ast Asr b

40. 5. Diseño t d ESFUERZO AXIAL REQUISITOS • Perfiles tubulares rellenos con hormigón • As≥ 0.01 Ag • b/t y d/t≤ • D/t≤ 0.15 Es / Fy b As t D Asr

41. 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)

42. 5. Diseño ESFUERZO AXIAL RESISTENCIA NOMINAL • Compresión fc = 0.75 (LRFD) Wc = 2.00 (ASD) • Pandeo Elástico • Pandeo Inelástico

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

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

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

46. 5. Diseño FLEXION ANCHO COLABORANTE • Vigas con losa colaborante • beff≤ L/ 8 • beff≤ S/ 2 • beff≤ Lg beff1 beff2 Lg Borde de losa L S

47. 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)

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

49. 5. Diseño FLEXION RESISTENCIA NOMINAL • Viga con losa colaborante • Momento negativo • Mn = Mn perfil doble T • Mn = Mp compuesta • Perfil compacto • Lb≤ Lp • Conectores de corte • Refuerzo apropiadamentedesarrollado

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