Vigas Embutidas con Concreto

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UNIVERSIDAD DE ORIENTE

NUCLEO BOLÍVAR

ESCUELA CIENCIAS DE LA TIERRA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL

CATEDRA: ESTRUCTURAS METALICAS II

VIGAS EMBUTIDAS EN CONCRETO. COLUMNAS MIXTAS. CONECTORES DE CORTE. DISEÑO DE VIGAS DE ALMA LLENA.

Ciudad Bolívar, Octubre de 2017.

1. Vigas embutidas en el concreto.

Las vigas metálicas ubicadas dentro de una sección de concreto se designan por vigas embutidas o ahogadas en concreto. Para ser consideradas como embutidas, se debe cumplir las siguientes condiciones:

1. El recubrimiento de concreto en los lados y el borde inferior de la viga no sea inferior a 50 mm.
2. El concreto de la viga debe ser vaciado íntegramente con el de la placa. El borde superior de la viga esté al menos 40 mm por debajo del borde superior de la losa y 50 mm por encima de su borde inferior.
3. El concreto que cubre la parte embutida deberá tener una malla u otra armadura de acero adecuada a todo lo largo de la altura y a través del borde inferior de la viga para evitar la fragmentación del concreto.

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Este tipo de vigas trabajan por adherencia natural y fricción, y no necesitan conectores de corte.

En general, las vigas embutidas no se apuntalan, sino que el encofrado se cuelga de ellas. Por lo tanto, se analizan según los criterios de las vigas mixtas no apuntaladas:

Primero, el perfil de acero sólo, debe soportar su peso propio, toda la carga muerta de la losa y las cargas permanentes que se aplican antes que el concreto alcance un 75% de su resistencia.

Segundo, en acción mixta, deben soportar todas las cargas permanentes y variables, sin exceder el esfuerzo admisible del acero para las secciones compactas.

Se permite, sin embargo un método alterno de diseño para las vigas embutidas, el cual no toma en consideración la acción mixta, y permite resistir las cargas permanentes y variables con el perfil de acero únicamente. Además, no se requiere para este caso apuntalamiento temporal.

En vigas mixtas embutidas continuas es común mantener la sección de diseño para momentos positivos, y agregar las platabandas necesarias en zona de momentos negativos. En perfiles ahogados en concreto formados por planchas soldadas, se puede variarla dimensión de las alas en función de la resistencia requerida de la sección en zonas de momentos positivos negativos. En el caso necesario, se debe dar soporte lateral adecuado a las vigas mixtas embutidas, hasta que el concreto fragüe, para evitar el peligro del pandeo lateral torsional, especialmente en el caso de miembros de gran luz.

1. Columnas de acero – concreto.

Se conocen básicamente dos tipos de miembros mixtos, los elaborados con perfil de acero ahogado en hormigón y los perfiles tubulares rellenos de hormigón.

Son una combinación de las columnas de hormigón y de las de acero reuniendo las ventajas de ambos tipos de columnas. Tienen una mayor ductilidad que las de hormigón y se pueden construir uniones siguiendo las técnicas de la construcción con acero. El relleno de hormigón no sólo proporciona una capacidad de soportar cargas mayores que la de las columnas de acero sino que también potencia la resistencia frente al fuego.

En lo referente a la ductilidad y a la capacidad de rotación, las columnas de perfiles tubulares rellenos de hormigón ofrecen un funcionamiento óptimo al compararlas con otros tipos de columnas mixtas. El hormigón queda sujeto por el perfil de acero y no se puede desagregar aunque se alcance el límite resistente del hormigón.

Las columnas tubulares rellenas de concreto tienen un excelente comportamiento estructural, y se pueden analizar en forma análoga a la de las columnas zunchadas. En ellas el confinamiento de concreto incrementa la resistencia de la columna y la carga a pandeo. A su vez, el tubo sirve de encofrado perdido para el vaciado del concreto.

Las columnas de perfiles tubulares rellenos de hormigón, actúa como forjado o moldaje. Dependiendo de las solicitaciones y del proyecto, esta solución es posible de complementar con barras de refuerzo longitudinal y transversal. El hormigón actúa, a su vez en la doble función de retrasar el pandeo local del tubo de acero y como disipador del calor por masa térmica, colaborando a mejorar la resistencia a altas temperaturas de la columna mixta.

1. Ventajas de las columnas de acero- concreto.

• Sección transversal menor que las de columnas convencionales de concreto reforzado.
• Mayor capacidad de carga.
• Ductilidad y tenacidad adecuadas para zonas sísmicas.
• Velocidad de construcción cuando forman parte de marcos compuestos.
• Mayor resistencia al fuego que las columnas de acero.
• Mayor rigidez lateral de la construcción cuando son parte del sistema que resiste las acciones producidas por viento o sismo.
• Mejores características de amortiguamiento.
• Rigidización del perfil laminado, lo que aumenta su resistencia al pandeo local.

1. Conectores de corte.

Los conectores de corte cumplen la función de mantener unida la losa de concreto con el ala superior del perfil de acero para que el conjunto trabaje como una unidad. Para ello debe cumplir dos requisitos:

1. Resistir la fuerza cortante horizontal que se origina entre la viga y la losa, impidiendo su deslizamiento relativo.
2. Evitar que la losa se levante separándose del perfil, por efecto de las cargas.

Los conectores más usados en la actualidad son los pernos o espárragos.

Según su forma de trabajo los conectores soportan las cargas:

• Por flexión y aplastamiento.
• Por adherencia.
• Por combinación de aplastamiento y adherencia.

Por flexión y aplastamiento, se pueden colocar verticales o inclinados con respecto al ala superior del perfil.

Por adherencia, consiste en barras corrugadas simples, dobles o colocadas en “u” soldadas al ala superior del perfil. Estos no trabajan a compresión de modo que se debe ser muy cuidadoso en la correcta orientación de los mismos en la viga, para que pueda transmitir la fuerza cortante horizontal.

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