Transcript Diapositiva 1 - Construcción

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
t
• Perfiles tubulares de acero rellenos con
hormigón
t
b
b
3. Tipos de construcción mixta
ELEMENTOS MIXTOS
CLASIFICACION
De acuerdo a su función:
• Vigas mixtas
• Columnas mixtas
t
b
• Losas mixtas
• Arriostramientos mixtos
t
b
3. Tipos de construcción mixta
• Marco rígido mixto
Vigas de
acero
Columnas
mixtas
t
b
SISTEMAS MIXTOS
EJEMPLOS
3. Tipos de construcción mixta
SISTEMAS MIXTOS
EJEMPLOS
• Marco arriostrado con diagonales de
pandeo restringido
Arriostramiento
de pandeo
restringido
t
b
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
ESTADOS LIMITE
ELEMENTO
4. Estados límite
• De resistencia:
– Inestabilidad global
• Pandeo
t
b
P
P y
x
L
x
y
P
4. Estados límite
ESTADOS LIMITE
ELEMENTO
• De resistencia:
– Inestabilidad global
• Volcamiento
Alma no esbelta
Alma esbelta
ESTADOS LIMITE
ELEMENTO
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
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
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:
fr 
18

ASPECTOS
RELEVANTES
4. Estados límite
• Propiedades
– Módulo de elasticidad
• Acero
Es  200.000MPa
• Hormigón
sec
c
E
 f w, f 'c 
4. Estados límite
ASPECTOS
RELEVANTES
• Propiedades
– Momento de inercia
• Sección no fisurada
Es
n
Ec
• Sección fisurada
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
LIMITACIONES
5. Diseño
• Del material:
– Hormigón convencional: 21MPa  fc'  70MPa
– Hormigón liviano:
21MPa  fc'  42MPa
– Acero
Fy  525MPa
5. Diseño
• Esfuerzo axial
• Flexión
• Flexión y esfuerzo axial
• Corte
• Conectores de corte
ORGANIZACION
ESFUERZO AXIAL
REQUISITOS
5. Diseño
•
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 mm2/mm
s ≤ min(16dst, 48dsr, 0.5b, 0.5d)
b
Asr
ESFUERZO AXIAL
REQUISITOS
5. Diseño
•
Perfiles tubulares rellenos con hormigón
1. As ≥ 0.01 Ag
t
d
2. b/t y d/t ≤ 2.26 Es Fy
b
3. D/t ≤ 0.15 Es / Fy
As
t
D
Asr
ESFUERZO AXIAL
RESISTENCIA NOMINAL
5. Diseño
El diseño de miembros compuestos bajo
esfuerzo axial consiste en comparar la
resistencia con la acción de diseño
Pu  f  Pn LRFD ó P  Pn W  ASD
•
Tracción
ft = 0.90 (LRFD)
Wt = 1.67 (ASD)
Pn  As Fy  Asr Fyr
ESFUERZO AXIAL
RESISTENCIA NOMINAL
5. Diseño
• Compresión
fc = 0.75 (LRFD)
Wc = 2.00 (ASD)
– Pandeo Elástico
Pe  0.44P0 : Pn  0.877Pe
– Pandeo Inelástico
P0


Pe
Pe  0.44P0 : Pn  0,658  P0


ESFUERZO AXIAL
RESISTENCIA NOMINAL
5. Diseño
• Compresión
– Perfiles embebidos en hormigón
• Capacidad sección
P0  As Fy  Asr Fyr  0.85Ac f 'c
• Capacidad pandeo Euler
Pe   EIeff  KL 
donde
2
EIeff  Es I s  0.5Es I sr  C1Ec I c
 As 
  0.3
C1  0.1  2
 As  Ac 
2
ESFUERZO AXIAL
RESISTENCIA NOMINAL
5. Diseño
• Compresión
– Perfiles tubulares rellenos con hormigón
• Capacidad sección
P0  As Fy  Asr Fyr  C2 Ac f 'c
• Capacidad pandeo Euler
Pe   EIeff  KL 
donde
2
2
EIeff  Es I s  Es I sr  C3 Ec I c
0.85 rectangular
C2  
circular
0.90
 As 
  0.9
C3  0.6  2
 As  Ac 
FLEXION
REQUISITOS
5. Diseño
•
Vigas con losa colaborante
1. hr ≤ 75 mm
2. wr ≥ 50 mm
3. hc ≥ 50 mm
Ac
hc
hr
wr
Pliegues paralelos
Pliegues perpendiculares
FLEXION
ANCHO COLABORANTE
5. Diseño
•
Vigas con losa colaborante
1. beff ≤ L / 8
2. beff ≤ S / 2
beff1
beff2
Lg
3. beff ≤ Lg
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
M u  fb  M n LRFD ó M  M n Wb  ASD
fb = 0.90 (LRFD)
Wb = 1.67 (ASD)
5. Diseño
FLEXION
RESISTENCIA NOMINAL
• Viga con losa colaborante
– Momento positivo
• Alma no esbelta
h t w  3.76 Es Fy
Mn = Mp
• Alma esbelta
h t w  3.76 Es Fy
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)
M u  fb  M n LRFD ó M  M n Wb  ASD
•
Compresión
fc = 0.75 (LRFD)
Wc = 2.00 (ASD)
Pu  fc  Pn LRFD ó P  Pn Wc  ASD
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
FLEXION Y ESFUERZO AXIAL
RESISTENCIA NOMINAL - Pn
5. Diseño
• Pandeo Elástico
Pe  0.44P0 : Pn  0.877Pe
• Pandeo Inelástico
P0


Pe
Pe  0.44P0 : Pn  0,658  P0


donde P0 sale de compatibilidad de
deformaciones o distribución de tensiones
plásticas
CORTE
RESISTENCIA NOMINAL
5. Diseño
•
Perfiles embebidos o rellenos con
hormigón
a. Resistencia del perfil + armadura
s
dc
Vn  0.6 Fy  d  t w  Ast Fyr
s
b. Resistencia del hormigón (ver ACI)
•
Vigas con losa colaborante
Resistencia del perfil
Vn  0.6Fy  d  tw
dc
CONECTORES DE CORTE
DEMANDA
5. Diseño
• Perfiles embebidos o rellenos con
hormigón cargados axialmente
– Carga V aplicada al perfil de acero
V '  V 1  As Fy P0 
– Carga V aplicada al hormigón
V '  V As Fy P0 
CONECTORES DE CORTE
DEMANDA
5. Diseño
• Vigas con losa colaborante
– Momento positivo
• Falla por compresión del hormigón
V ' 0.85 f 'c Ac
• Plastificación del perfil
V '  As Fy
• Falla de conectores de corte
V '  Qn
CONECTORES DE CORTE
DEMANDA
5. Diseño
• Vigas con losa colaborante
– Momento negativo
• Falla por fluencia de armadura
V ' 0.85 f 'c Ac
• Falla de conectores de corte
V '  Qn
CONECTORES DE CORTE
RESISTENCIA NOMINAL
5. Diseño
• De un conector
Qn  0.5 Asc
f 'c Ec  Rg Rp Asc Fu
donde
Ec  0.043wc1.5 f 'c MPa
Asc 
dstud
2
d stud
4
CONECTORES DE CORTE
RESISTENCIA NOMINAL
5. Diseño
• Rg y Rp
– Perfiles embebidos o rellenos con hormigón:
No son aplicables. Usar Rg y Rp = 1.0
– Vigas con losa colaborante
emid ht  50mm
R g  1 .0
R p  0.75
l  bf 2
R g  1 .0
R g  1 .0
R p  1 .0
R p  0.75
wr
 1.5
hr
5. Diseño
DEFORMACIONES
• 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.