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Construcción Mixta
Ricardo Herrera MardonesDepartamento de Ingeniería Civil, Universidad de Chile
Santiago, ChileMarzo de 2007
Elaboración, guión y locución a cargo del Dpto. de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile con coordinación del Ing. Ricardo Herrera
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CONTENIDOConstrucción mixta
1. Introducción
2. Usos de construcción mixta
3. Tipos de construcción mixta
4. Estados límite
5. Diseño
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CONSTRUCCIONMIXTA
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.
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VENTAJAS1. Introducción
• Optimización del material
• Mayores luces libres
• Mayor resistencia a corrosión
• Mayor resistencia a incendios
• Rapidez de construcción
• Menor costo de construcción
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DESVENTAJAS1. Introducción
• Difícil lograr trabajo conjunto acero-hormigón
• Proyecto y construcción más complejos
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ACCION COMPUESTADEFINICION
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 compuesta Acción compuesta
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1. Introducción
a. Adherencia
b. Trabazón
ACCION COMPUESTAMECANISMOS
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2. Usos de construcción mixta
• Viga de acero con losa colaborante
PUENTES
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2. Usos de construcción mixta
• Sistemas estructurales compuestos
EDIFICIOSURBANOS
• Taipei 101, Taiwán
• 2 Union Square Building, Seattle
• Pacific First Center, Seattle
• Gateway Tower, Seattle
• Mellon Bank Center, Philadelphia
• First Bank Place, Minneapolis
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2. Usos de construcción mixta
• Losa de hormigón sobre plancha de acero plegada
EDIFICIOSURBANOS
Armadura de refuerzo
Plancha de acero plegada
Hormigón
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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
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ELEMENTOS MIXTOSCLASIFICACION
3. Tipos de construcción mixta
De acuerdo a su configuración:
• Viga de acero con losa colaborante
• Losas de hormigón sobre plancha de acero plegada
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3. Tipos de construcción mixta
De acuerdo a su configuración:
• Perfiles de acero embebidos en hormigón
• Perfiles tubulares de acero rellenos con hormigón
t b
t b
ELEMENTOS MIXTOSCLASIFICACION
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3. Tipos de construcción mixta
De acuerdo a su función:
• Vigas mixtas
• Columnas mixtas
• Losas mixtas
• Arriostramientos mixtos
t b
t b
ELEMENTOS MIXTOSCLASIFICACION
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3. Tipos de construcción mixta
• Marco rígido mixto
Columnas mixtas
Vigas de acero
t b
SISTEMAS MIXTOSEJEMPLOS
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3. Tipos de construcción mixta
• Marco arriostrado con diagonales de pandeo restringido
t b
Arriostramiento de pandeo restringido
SISTEMAS MIXTOSEJEMPLOS
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3. Tipos de construcción mixta
• Muros de hormigón con vigas de acople mixtas
SISTEMAS MIXTOSEJEMPLOS
Muros
Viga de acople:
Placa de aceroembebida
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4. Estados límite
• De resistencia:– Falla por compresión del hormigón
– Plastificación del acero
– Pérdida de acción compuesta
SECCION
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4. Estados límite
• Falla por compresión del hormigón
ESTADOS LIMITESECCION
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4. Estados límite
• Plastificación del acero
ESTADOS LIMITESECCION
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4. Estados límite
• Pérdida de acción compuesta
ESTADOS LIMITESECCION
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4. Estados límite
• De resistencia:– Estados límite de sección– Inestabilidad global (pandeo, pandeo lateral-
torsional)
• De servicio:– Fisuración excesiva– Deformación excesiva– Vibración excesiva
ESTADOS LIMITEELEMENTO
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4. Estados límite
• De resistencia:– Inestabilidad global
• Pandeo
ESTADOS LIMITEELEMENTO
t b
P
P
L
P
x x
y
y
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4. Estados límite
• De resistencia:– Inestabilidad global
• Volcamiento
ESTADOS LIMITEELEMENTO
Alma esbeltaAlma no esbelta
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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 LIMITEELEMENTO
M M
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4. Estados límite
• De servicio:– Deformación excesiva
Limitada por:• Condiciones de uso
• Daño a elementos no estructurales
• Aceptabilidad (estancamiento de agua, estética)
• Otros
ESTADOS LIMITEELEMENTO
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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 LIMITEELEMENTO
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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 LIMITEELEMENTO
18
rf
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4. Estados límite
• Propiedades– Módulo de elasticidad
• Acero
• Hormigón
ASPECTOSRELEVANTES
MPaEs 000.200
cc fwfE ',sec
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4. Estados límite
• Propiedades– Momento de inercia
• Sección no fisurada
• Sección fisurada
ASPECTOSRELEVANTES
c
s
E
En
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4. Estados límite
• Propiedades– Ancho efectivo
ASPECTOSRELEVANTES
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4. Estados límite
• Deformaciones de largo plazo– Fluencia lenta (creep)
ASPECTOSRELEVANTES
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4. Estados límite
• Deformaciones de largo plazo– Retracción
ASPECTOSRELEVANTES
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4. Estados límite
• Método de construcción
ASPECTOSRELEVANTES
Apuntalado
Sin apuntalar
Sección de acero
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REFERENCIASPRINCIPALES
5. Diseño
• Especificaciones AISC (2005)
– Capítulo I. Diseño de miembros compuestos
• Especificaciones ACI (2005)
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5. Diseño
• Resistencia nominal– Método de la distribución
de tensiones plásticas
– Método de la compatibilidad de deformaciones
METODOS
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5. Diseño
• Del material:– Hormigón convencional:
– Hormigón liviano:
– Acero
LIMITACIONES
MPafMPa c 7021 '
MPafMPa c 4221 '
MPaFy 525
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ORGANIZACION5. Diseño
• Esfuerzo axial
• Flexión
• Flexión y esfuerzo axial
• Corte
• Conectores de corte
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5. Diseño
• Perfiles embebidos en hormigón1. As ≥ 0.01 Ag
2. Asr ≥ 0.004 Ag,mínimo 4 barras
3. Ast ≥ 0.23 mm2/mms ≤ min(16dst, 48dsr, 0.5b, 0.5d)
ESFUERZO AXIALREQUISITOS
As
Asr
Ag
Ast
b
d
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5. Diseño
• Perfiles tubulares rellenos con hormigón1. As ≥ 0.01 Ag
2. b/t y d/t ≤
3. D/t ≤ 0.15 Es / Fy
ESFUERZO AXIALREQUISITOS
Asb
t d
D
t
ys FE26.2
Asr
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5. Diseño
El diseño de miembros compuestos bajo esfuerzo axial consiste en comparar la
resistencia con la acción de diseño
ó
• Tracciónt = 0.90 (LRFD) t = 1.67 (ASD)
ESFUERZO AXIALRESISTENCIA NOMINAL
yrsrysn FAFAP
LRFDPP nu ASDPP n
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5. Diseño
• Compresión
c = 0.75 (LRFD) c = 2.00 (ASD)
– Pandeo Elástico
– Pandeo Inelástico
ESFUERZO AXIALRESISTENCIA NOMINAL
00
0
658,0:44.0 PPPP eP
P
ne
ene PPPP 877.0:44.0 0
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5. Diseño
• Compresión– Perfiles embebidos en hormigón
• Capacidad sección
• Capacidad pandeo Euler
donde
ESFUERZO AXIALRESISTENCIA NOMINAL
22 KLEIP effe
ccyrsrys fAFAFAP '85.00
ccsrssseff IECIEIEEI 15.0
3.021.01
cs
s
AA
AC
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5. Diseño
• Compresión– Perfiles tubulares rellenos con hormigón
• Capacidad sección
• Capacidad pandeo Euler
donde
ESFUERZO AXIALRESISTENCIA NOMINAL
22 KLEIP effe
ccyrsrys fACFAFAP '20
ccsrssseff IECIEIEEI 3
9.026.03
cs
s
AA
AC
circular
rrectangulaC
90.0
85.02
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5. Diseño
• Vigas con losa colaborante1. hr ≤ 75 mm
2. wr ≥ 50 mm
3. hc ≥ 50 mm
FLEXIONREQUISITOS
Ac
hr
wr
hc
Pliegues paralelos Pliegues perpendiculares
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5. Diseño
• Vigas con losa colaborante1. beff ≤ L / 8
2. beff ≤ S / 2
3. beff ≤ Lg
FLEXIONANCHO COLABORANTE
L
S
Lgbeff2beff1
Borde
de
losa
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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)
FLEXIONRESISTENCIA NOMINAL
LRFDMM nbu ASDMM bn
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5. Diseño
• Viga con losa colaborante– Momento positivo
• Alma no esbelta
Mn = Mp
• Alma esbelta
Mn = My
FLEXIONRESISTENCIA NOMINAL
ysw FEth 76.3
ysw FEth 76.3
Considera método constructivo
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5. Diseño
• Viga con losa colaborante– Momento negativo
a. Mn = Mn perfil doble T
b. Mn = Mp compuestai. Perfil compacto
ii. Lb ≤ Lp
iii. Conectores de corteiv. Refuerzo apropiadamente
desarrollado
FLEXIONRESISTENCIA NOMINAL
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5. Diseño
• Perfiles embebidos o rellenos con hormigón
a. Mn = My
b. Mn = Mpperfil
FLEXIONRESISTENCIA NOMINAL
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5. Diseño
• Perfiles embebidos o rellenos con hormigón
c. b = 0.85, b = 1.76a. Compatibilidad de
deformaciones
FLEXIONRESISTENCIA NOMINAL
b. Distribución de tensiones plásticas
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5. Diseño
Se debe verificar por separado
• Flexiónb = 0.90 (LRFD) b = 1.67 (ASD)
ó
• Compresiónc = 0.75 (LRFD) c = 2.00 (ASD)
ó
LRFDMM nbu ASDMM bn
FLEXION Y ESFUERZO AXIALRESISTENCIA NOMINAL
LRFDPP ncu ASDPP cn
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5. Diseño
• Perfiles embebidos o rellenos con hormigón– Compatibilidad de deformaciones
FLEXION Y ESFUERZO AXIALRESISTENCIA NOMINAL - Mn
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5. Diseño
• Perfiles embebidos o rellenos con hormigón– Distribución de tensiones plásticas
FLEXION Y ESFUERZO AXIALRESISTENCIA NOMINAL - Mn
![Page 55: Construcción Mixta Ricardo Herrera Mardones Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Chile Santiago, Chile Marzo de 2007 Elaboración, guión y locución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022050905/54f694fb4a7959274d8b4c74/html5/thumbnails/55.jpg)
5. Diseño
• Pandeo Elástico
• Pandeo Inelástico
donde P0 sale de compatibilidad de deformaciones o distribución de tensiones plásticas
00
0
658,0:44.0 PPPP eP
P
ne
ene PPPP 877.0:44.0 0
FLEXION Y ESFUERZO AXIALRESISTENCIA NOMINAL - Pn
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5. Diseño
• Perfiles embebidos o rellenos con hormigón
a. Resistencia del perfil + armadura
b. Resistencia del hormigón (ver ACI)
• Vigas con losa colaboranteResistencia del perfil
CORTERESISTENCIA NOMINAL
s
dFAtdFV c
yrstwyn 6.0
s
dc
wyn tdFV 6.0
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5. Diseño
• Perfiles embebidos o rellenos con hormigón cargados axialmente– Carga V aplicada al perfil de acero
– Carga V aplicada al hormigón
CONECTORES DE CORTEDEMANDA
01' PFAVV ys
0' PFAVV ys
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5. Diseño
• Vigas con losa colaborante– Momento positivo
• Falla por compresión del hormigón
• Plastificación del perfil
• Falla de conectores de corte
CONECTORES DE CORTEDEMANDA
cc AfV '85.0'
ys FAV '
nQV '
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5. Diseño
• Vigas con losa colaborante– Momento negativo
• Falla por fluencia de armadura
• Falla de conectores de corte
CONECTORES DE CORTEDEMANDA
cc AfV '85.0'
nQV '
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5. Diseño
• De un conector
donde
CONECTORES DE CORTERESISTENCIA NOMINAL
uscpgccscn FARREfAQ '5.0
MPafwE ccc '043.0 5.1
dstud
4
2stud
sc
dA
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5. Diseño
• Rg y Rp
– Perfiles embebidos o rellenos con hormigón: No son aplicables. Usar Rg y Rp = 1.0
– Vigas con losa colaborante
CONECTORES DE CORTERESISTENCIA NOMINAL
5.1r
r
h
w
0.1
0.1
p
g
R
R
75.0
0.1
p
g
R
R
75.0
0.1
p
g
R
R
mme htmid 50 2fbl
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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