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

3. 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.

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

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

6. 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 compuesta Acción compuesta

7. 1. Introducción
a. Adherencia
b. Trabazón
ACCION COMPUESTA
MECANISMOS

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

9. 2. Usos de construcción mixta
• Sistemas estructurales compuestos
EDIFICIOS
URBANOS
• 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
• Losa de hormigón sobre plancha de acero
plegada
EDIFICIOS
URBANOS
Armadura de refuerzo
Plancha de acero plegada
Hormigón

11. 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

12. 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

13. 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 MIXTOS
CLASIFICACION

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

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

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

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

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

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

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

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

22. 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

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

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

25. 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

26. 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

27. 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

28. 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

18

r
f

29. 4. Estados límite
• Propiedades
– Módulo de elasticidad
• Acero
• Hormigón
ASPECTOS
RELEVANTES
MPa
Es 000
.
200

 
c
c f
w
f
E '
,
sec


30. 4. Estados límite
• Propiedades
– Momento de inercia
• Sección no fisurada
• Sección fisurada
ASPECTOS
RELEVANTES
c
s
E
E
n 

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

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

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

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

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

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

37. 5. Diseño
• Del material:
– Hormigón convencional:
– Hormigón liviano:
– Acero
LIMITACIONES
MPa
f
MPa c 70
21 '


MPa
f
MPa c 42
21 '


MPa
Fy 525


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

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

40. 5. Diseño
• Perfiles tubulares rellenos con hormigón
1. As ≥ 0.01 Ag
2. b/t y d/t ≤
3. D/t ≤ 0.15 Es / Fy
ESFUERZO AXIAL
REQUISITOS
As
b
t
d
D
t
y
s F
E
26
.
2
Asr

41. 5. Diseño
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)
ESFUERZO AXIAL
RESISTENCIA NOMINAL
yr
sr
y
s
n F
A
F
A
P 

 
LRFD
P
P n
u 
f  
ASD
P
P n W


42. 5. Diseño
• Compresión
fc = 0.75 (LRFD) Wc = 2.00 (ASD)
– Pandeo Elástico
– Pandeo Inelástico
ESFUERZO AXIAL
RESISTENCIA NOMINAL
0
0
0
658
,
0
:
44
.
0 P
P
P
P e
P
P
n
e










e
n
e P
P
P
P 877
.
0
:
44
.
0 0 


43. 5. Diseño
• Compresión
– Perfiles embebidos en hormigón
• Capacidad sección
• Capacidad pandeo Euler
donde
ESFUERZO AXIAL
RESISTENCIA NOMINAL
   2
2
KL
EI
P eff
e 

c
c
yr
sr
y
s f
A
F
A
F
A
P '
85
.
0
0 


c
c
sr
s
s
s
eff I
E
C
I
E
I
E
EI 1
5
.
0 


3
.
0
2
1
.
0
1 











c
s
s
A
A
A
C

44. 5. Diseño
• Compresión
– Perfiles tubulares rellenos con hormigón
• Capacidad sección
• Capacidad pandeo Euler
donde
ESFUERZO AXIAL
RESISTENCIA NOMINAL
   2
2
KL
EI
P eff
e 

c
c
yr
sr
y
s f
A
C
F
A
F
A
P '
2
0 


c
c
sr
s
s
s
eff I
E
C
I
E
I
E
EI 3



9
.
0
2
6
.
0
3 











c
s
s
A
A
A
C




circular
r
rectangula
C
90
.
0
85
.
0
2

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

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

47. 5. Diseño
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)
FLEXION
RESISTENCIA NOMINAL
 
LRFD
M
M n
b
u 
f  
ASD
M
M b
n W


48. 5. Diseño
• Viga con losa colaborante
– Momento positivo
• Alma no esbelta
Mn = Mp
• Alma esbelta
Mn = My
FLEXION
RESISTENCIA NOMINAL
y
s
w F
E
t
h 76
.
3

y
s
w F
E
t
h 76
.
3

Considera
método
constructivo

49. 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

50. 5. Diseño
• Perfiles embebidos o rellenos con
hormigón
a. Mn = My
b. Mn = Mp
perfil
FLEXION
RESISTENCIA NOMINAL

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

52. 5. Diseño
Se debe verificar por separado
• Flexión
fb = 0.90 (LRFD) Wb = 1.67 (ASD)
ó
• Compresión
fc = 0.75 (LRFD) Wc = 2.00 (ASD)
ó
 
LRFD
M
M n
b
u 
f  
ASD
M
M b
n W

FLEXION Y ESFUERZO AXIAL
RESISTENCIA NOMINAL
 
LRFD
P
P n
c
u 
f  
ASD
P
P c
n W


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

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

55. 5. Diseño
• Pandeo Elástico
• Pandeo Inelástico
donde P0 sale de compatibilidad de
deformaciones o distribución de tensiones
plásticas
0
0
0
658
,
0
:
44
.
0 P
P
P
P e
P
P
n
e










e
n
e P
P
P
P 877
.
0
:
44
.
0 0 

FLEXION Y ESFUERZO AXIAL
RESISTENCIA NOMINAL - Pn

56. 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
d
F
A
t
d
F
V c
yr
st
w
y
n 


 6
.
0
s
dc
w
y
n t
d
F
V 

 6
.
0

57. 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
 
0
1
' P
F
A
V
V y
s


 
0
' P
F
A
V
V y
s


58. 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
c
c A
f
V '
85
.
0
'
y
s F
A
V 
'

 n
Q
V'

59. 5. Diseño
• Vigas con losa colaborante
– Momento negativo
• Falla por fluencia de armadura
• Falla de conectores de corte
CONECTORES DE CORTE
DEMANDA
c
c A
f
V '
85
.
0
'

 n
Q
V'

60. 5. Diseño
• De un conector
donde
CONECTORES DE CORTE
RESISTENCIA NOMINAL
u
sc
p
g
c
c
sc
n F
A
R
R
E
f
A
Q 
 '
5
.
0
MPa
f
w
E c
c
c '
043
.
0 5
.
1

dstud
4
2
stud
sc
d
A



61. 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 CORTE
RESISTENCIA NOMINAL
5
.
1

r
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
mm
e ht
mid 50

 2
f
b
l 

62. 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