Principio
Los materiales de construcción de diferentes propiedades se combinan para interactuar y responder a las cargas en sincronización en lugar de individualmente. Estos materiales compuestos están conectados físicamente para utilizar sus distintas fortalezas y características para formar una sola unidad más fuerte que cualquier pieza separada.
La construcción compuesta está destinada a lograr soluciones estructurales eficientes y ligeras para la construcción y otras industrias relacionadas.
Fondo
Este método de ingeniería y construcción se ha practicado ampliamente hace más de un siglo, involucrando más predominantemente la conexión acero-hormigón. Las secciones de acero revestidas de hormigón se desarrollaron inicialmente como compuestos con el propósito de superar los efectos del fuego y garantizar la estabilidad frente a las fuerzas axiales y de flexión.
Se introdujeron columnas compuestas con núcleo de hormigón armado y tubería de acero o carcasa tubular de acero para proporcionar un encofrado integral y permanente. También se introdujeron láminas metálicas galvanizadas perfiladas para eliminar los encofrados tradicionales y, al mismo tiempo, aumentar la resistencia de las losas de hormigón armado.
Estándares
El diseño de vigas mixtas y losas mixtas para edificios está cubierto por BS EN 1994-1-1
El diseño de estructuras compuestas de acero y hormigón está cubierto por BS EN 1990-1999 Eurocódigo 4
Código Australiano de Diseño de Puentes, Sección 6: Construcción de acero y compuesto
BS 5400 Código de prácticas estándar británico para el diseño y construcción de puentes de acero, hormigón y compuestos
AASHTO: Especificaciones Estándar para Puentes de Carretera; 24 CFR 200 Subparte S
Tensiones de losas de hormigón en vigas y vigas compuestas parciales, Instituto Americano de Construcción de Acero, Vol. 21
Aplicaciones
La construcción compuesta se usa ampliamente en puentes, edificios de varios pisos, almacenes, estructuras marinas y más. Muchas aplicaciones en las estructuras mencionadas se clasifican como vigas y vigas, sistemas de pisos y sistemas de columnas
Vigas y vigas compuestas. La viga compuesta incluye una sección de acero en forma de I o W unida a una losa de hormigón mediante conectores de corte encima de ella. Han sido reconocidos como uno de los sistemas estructurales más económicos tanto para edificios de varios pisos como para puentes.
Obviamente, los pisos de los edificios y puentes deben ser lo suficientemente rígidos y macizos para reducir la deflexión y las vibraciones. En este caso, el hormigón armado es sin duda el material de elección. La viga o viga de soporte, sin embargo, debe tener una relación resistencia-peso superior, una calidad que solo el acero puede ofrecer.
Sistemas de pisos compuestos. El sistema de piso compuesto consta de vigas de acero, tarimas metálicas perfiladas y losas de hormigón armado. Estos materiales se combinan de forma compacta y muy eficiente para formar un perfil que está diseñado básicamente para soportar cargas de gravedad o muertas, así como cargas de tráfico.
Los sistemas de pisos compuestos se utilizan principalmente como tableros de puentes y losas de piso para una amplia gama de clasificaciones de edificios, principalmente para estacionamientos elevados y edificios comerciales de varios pisos.
Sistemas de columnas compuestas. Las columnas compuestas pueden ser tubos de acero rellenos de hormigón o elementos de acero revestidos de hormigón. De cualquier manera, las columnas compuestas son ventajosas como sigue.
La resistencia a la flexión de la tubería de acero o tubo se maximiza cuando se proporciona con relleno de concreto
La carcasa de acero evita el desconchado y confina el hormigón.
El relleno de hormigón retrasa el pandeo local de la carcasa de acero y mejora la resistencia a la compression
El marco de acero reemplaza el encofrado y el acero de refuerzo.
Ventajas
El éxito y la versatilidad de la construcción compuesta pueden expresarse en una explicación simple y directa: el hormigón responde de manera excelente a la compresión y el acero se comporta de la misma manera en tensión.
Al unir los dos materiales como una estructura, estas fortalezas se pueden usar para lograr un diseño altamente eficiente y liviano que pueda resistir eficazmente las fuerzas axiales y de flexión. Otros beneficios y ventajas son los siguientes:
Los sistemas compuestos son más de un 25% más ligeros que la construcción de hormigón. Como resultado, el montaje y la instalación del sitio son más fáciles y los costos de mano de obra se pueden minimizar.
El material compuesto de acero y hormigón puede tener una alta resistencia en un área de sección transversal relativamente pequeña.
El peso reducido del propio material compuesto reduce las fuerzas en los elementos que los soportan. De esta manera, también se pueden reducir los miembros de apoyo, incluidos los costos de la fundación.
La relación resistencia-peso superior de los materiales compuestos permite diseños compactos que se espera que sean estéticos, económicos, seguros y ecológicos.
Los sistemas compuestos eliminan las costosas actividades del encofrado de concreto tradicional como apuntalamiento, decapado y otros trabajos temporales.
El acero y el hormigón pueden disponerse para producir una combinación ideal de resistencia de acuerdo con los requisitos calculados.
Los elementos de acero revestidos de hormigón tienen buena resistencia al pandeo, al fuego y a la corrosión.
Las vigas compuestas pueden cubrir vanos más largos sin necesidad de columnas intermedias, gracias al acero.
Las columnas compuestas reducen el requisito de refuerzo lateral y la fijación de los tirantes laterales que requiere mucho tiempo, además de proporcionar una conexión más fácil a las vigas de acero de una estructura con armazón de acero.
Las columnas compuestas que involucran tubos de acero o revestimientos de tuberías simplifican los trabajos de cimentación y la construcción en cuerpos de agua.
En la construcción marina, el vertido de hormigón bajo el agua es posible mediante la aplicación de materiales compuestos. Los tubos de acero impulsados y las tablestacas sirven como encofrados integrales y permanentes para el relleno de hormigón.
El hormigonado de los pisos sucesivos puede proceder sin tener que esperar a que los pisos previamente moldeados ganen resistencia. El sistema de plataforma de acero proporciona un refuerzo de momento positivo para el piso compuesto, requiriendo solo pequeñas cantidades de barras de temperatura para controlar el agrietamiento.
Resumen
Los beneficios de la construcción combinada de acero y hormigón se caracterizan por tres aspectos principales: velocidad, rendimiento y valor.
El compuesto de acero y hormigón es aproximadamente un 30% más ligero que el hormigón armado y un 2% más pesado que el acero estructural. Esta reducción significativa en el peso de los materiales compuestos en comparación con el hormigón armado junto con la eliminación de una gran cantidad de trabajos falsos contribuye a un factor enorme en la reducción de los plazos de construcción.
Dado que el hormigón es resistente a la compresión y el acero a la tensión, la combinación de los dos materiales ha demostrado tener excelentes resultados en la mejora del rendimiento estructural de la unidad compuesta del producto. La aplicación de un compuesto de acero y hormigón puede aumentar la resistencia máxima al corte de una losa de piso en un 85% según los resultados de un estudio de ASCE.
Los ahorros generales con el uso de compuestos de acero y hormigón pueden llegar al 10% en comparación con el hormigón armado y al 7% en comparación con el acero estructural. El acero revestido con hormigón no solo mejora la resistencia de los miembros compuestos, sino que protege toda la estructura de los efectos adversos del fuego, las calamidades y la corrosión.
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