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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.
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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 CONTENIDO • Introducción • Usos de construcción mixta • Tipos de construcción mixta • Estados límite • Diseño
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 VENTAJAS • Optimización del material • Mayores luces libres • Mayor resistencia a corrosión • Mayor resistencia a incendios • Rapidez de construcción • Menor costo de construcción
1. Introducción DESVENTAJAS • Difícil lograr trabajo conjunto acero-hormigón • 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 ACCION COMPUESTA MECANISMOS • Adherencia • Trabazón
2. Usos de construcción mixta PUENTES • Viga de acero con losa colaborante
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 ELEMENTOS MIXTOS CLASIFICACION De acuerdo a su función: • Vigas mixtas • Columnas mixtas • Losas mixtas • Arriostramientos mixtos
3. Tipos de construcción mixta SISTEMAS MIXTOS EJEMPLOS • Marco rígido mixto Vigas de acero Columnas mixtas
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 SECCION • De resistencia: • Falla por compresión del hormigón • Plastificación del acero • Pérdida de acción compuesta
4. Estados límite ESTADOS LIMITE SECCION • Falla por compresión del hormigón
4. Estados límite ESTADOS LIMITE SECCION • Plastificación del acero
4. Estados límite ESTADOS LIMITE SECCION • Pérdida de acción compuesta
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
4. Estados límite P y P L x x y P ESTADOS LIMITE ELEMENTO • De resistencia: • Inestabilidad global • Pandeo
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 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:
4. Estados límite ASPECTOS RELEVANTES • Propiedades • Módulo de elasticidad • Acero • Hormigón
4. Estados límite ASPECTOS RELEVANTES • Propiedades • Momento de inercia • Sección no fisurada • Sección fisurada
4. Estados límite ASPECTOS RELEVANTES • Propiedades • Ancho efectivo
4. Estados límite ASPECTOS RELEVANTES • Deformaciones de largo plazo • Fluencia lenta (creep)
4. Estados límite ASPECTOS RELEVANTES • Deformaciones de largo plazo • Retracción
4. Estados límite ASPECTOS RELEVANTES • Método de construcción Apuntalado Sin apuntalar Sección de acero
5. Diseño REFERENCIAS PRINCIPALES • Especificaciones AISC (2005) • Capítulo I. Diseño de miembros compuestos • Especificaciones ACI (2005)
5. Diseño METODOS • Resistencia nominal • Método de la distribución de tensiones plásticas • Método de la compatibilidad de deformaciones
5. Diseño LIMITACIONES • Del material: • Hormigón convencional: • Hormigón liviano: • Acero
5. Diseño ORGANIZACION • Esfuerzo axial • Flexión • Flexión y esfuerzo axial • Corte • Conectores de corte
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
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
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 ESFUERZO AXIAL RESISTENCIA NOMINAL • Compresión fc = 0.75 (LRFD) Wc = 2.00 (ASD) • Pandeo Elástico • Pandeo Inelástico
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 • hr≤ 75 mm • wr≥ 50 mm • hc≥ 50 mm Ac hc hr wr Pliegues paralelos Pliegues perpendiculares
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
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 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
5. Diseño FLEXION RESISTENCIA NOMINAL • Perfiles embebidos o rellenos con hormigón • Mn = My • Mn = Mpperfil