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COLUMNAS MIXTAS

INTRODUCCION Hoy en día se busca cada vez más proveer en las edificaciones una construcción segura, resistente, rápida y eficiente estructuralmente, que optimice y aproveche las propiedades del acero y el concreto. En una estructura, ya sea este de uso habitacional o industrial, las columnas son miembros principales cuya función es transmitir a la base las acciones a las cuales está sometida la estructura. Normalmente las columnas son de hormigón armado o de acero, pero hay ocasiones en que las solicitaciones que deben resistir estos miembros (tracción, compresión, flexión, y/o corte) exceden la capacidad del material. Es muy importante separar la definición de hormigón armado, que de hecho es un material compuesto por hormigón y varillas de refuerzo de acero, porque por esencia el hormigón es muy resistente a compresión, pero muy pobre a tracción. Por otro lado un miembro de acero estructural sometido a un esfuerzo de compresión axial, tienen la tendencia al pandeo. Una posible solución para estas situaciones es usar columnas mixtas de acero estructural y hormigón armado este tipo de miembro utiliza las mejores características de cada material, combinando la rapidez de construcción, resistencia, capacidad de cubrir grandes luces, la baja relación peso/resistencia del acero, estructuras más eficaces y económicas. El desarrollo de estructuras compuestas inició en 1908, cuando el ingeniero Fritz Von Emperger, realizó ensayos para determinar la relación del módulo de elasticidad entre el acero y el concreto, además de estimar una fórmula para el cálculo de la carga última para columnas de concreto con acero embebido, que después se fue perfeccionando en las diferentes normas de diseño. Dentro de las columnas mixtas existen: las columnas en las cuales el perfil de acero se encuentra embebido en el hormigón (“Steel Reinforced Concrete”, SRC) y las columnas donde un perfil tubular de acero se encuentra relleno con hormigón por dentro (“Concrete Filled Tube”, CFT, o “Rectangular Concrete Filled Tube”, RCFT)

OBJETIVO GENERAL Analizar el comportamiento estructural de columnas mixtas OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Recopilar información para el estudio de diseño de muros de corte.

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Conocer los elementos que componen un sistema de muros de corte.

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Describir las cargas actuantes en los sistemas de muros de corte.

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Desarrollar el método simplificado para el cálculo de muros de corte.

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Determinar los esfuerzos internos que se producen en las secciones más desfavorables de estos miembros estructurales.

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Diseñar los muros de corte de concreto reforzado dando a conocer opciones de disposición de aceros de refuerzo.

En este trabajo, se presentan recomendaciones de diseño para columnas mixtas del tipo SRC, CFT y RCFT solicitadas por fuerza axial, corte y flexión. Para definir estas recomendaciones, se compararon las disposiciones entregadas por tres normas que cubren el diseño de miembros mixtos (AISC 360-05[1], ACI 31805[5] y Eurocódigo 4-2004 [7]) Es importante aclarar la diferencia que existe entre elementos compuestos, elementos mixtos e híbridos, para esto se utilizarán las definiciones expuestas de la siguiente manera: Elemento Mixto: Los materiales no se combinan en un elemento ni trabajan en conjunto. Elemento Híbrido: Los materiales se combinan formando un elemento, pero no trabajan en conjunto. Elemento Compuesto: Los materiales forman un material unido y trabajan en conjunto. Elementos compuestos con perfiles de acero embebidos de hormigón.Esto ocurre cuando se embebe parcial o totalmente el perfil metálico en una sección de hormigón, la cual puede tener refuerzo de varillas si el cálculo lo requiere.

Las ventajas de este tipo de elementos, son que el hormigón restringe el pandeo local del perfil de acero y provee protección contra el fuego y la corrosión

Elementos compuestos de secciones tubulares de acero rellenas de hormigón.Estos elementos son secciones tubulares de acero, ya sean rectangulares, cuadradas o redondas llenas en su interior de hormigón. Si el cálculo lo requiere se puede o no armar el interior de hormigón. Las ventajas de estos elementos son que no requiere encofrado para su construcción y a pesar de que el acero no está revestido de hormigón, el centro de concreto provee una mayor resistencia

Elementos de secciones abiertas.Son elementos empleados para casos industriales, o para soportas fuertes cargas laterales, se emplean perfiles metálicos muy diferentes unidos por presillas o celosías que vienen a completar en las zonas de huecos entre piezas metálicas con el relleno de hormigón

Elementos de secciones hibridas.En el caso de columnas hibridas, las piezas metálicas que forman este tipo de columnas compuestas son unidas de forma compacta, pero pueden existir uniones auxiliares de presillas o celosías en las zonas exteriores

Ejemplo numérico Propiedades de los materiales Transferencia de carga Resistencia a compresión de la sección compuesta 𝑃𝑛𝑜 = 𝐹𝑦 𝐴𝑠 + 𝐹𝑦𝑟 𝐴𝑠𝑟 + 0.85𝐹´𝑐 𝐴𝑐 Donde 𝑃𝑛𝑜 =resistencia nominal a compresión para miembros compuestos de doble simetría con longitud nula cargados axialmente [kgf,N] 𝐹𝑦 = tensión de fluencia mínima especificada en la sección de acero [kg/cm2] 𝐴𝑠 =área de la sección transversal del perfil de acero [cm2] 𝐹𝑦𝑟 =tensión de fluencia mínima especificada de las barras de refuerzo [kgf/cm2] 𝐴𝑠𝑟 =área de barras de refuerzo continuo [cm2] 𝐹´𝑐 =resistencia a compresión del concreto [kgf/cm2] 𝐴𝑐 =área de concreto [cm2]

Casos de transferencia de carga Caso a 𝑉𝑟´ = 𝑃𝑟 ∗ (1 −

𝐹𝑦 𝐴𝑠 ) 𝑃𝑛𝑜

Donde 𝑉𝑟´= fuerza requerida a transferir al concreto 𝑃𝑛𝑜 =resistencia nominal de compresión axial sin considerar los efectos de longitud 𝑃𝑟=fuerza externa requerida aplicada en el miembro compuesto [kgf,Kn] 𝐹𝑦 = tensión de fluencia mínima especificada en la sección de acero [kg/cm2] 𝐴𝑠 =área de la sección transversal del perfil de acero [cm2]