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Estudios analíticos y experimentales de la respuesta de entrepisos de secciones compuestas de hormigón armado y acero

Analytical and experimental studies of the response of composite reinforced concrete-steel construction

 

Director: LLOPIZ, Carlos Ricardo.

E-mail: cies­_crllopiz@cpsarg.com

 

Co-Director: CRISAFULLI, Francisco Javier.

 

Integrantes: QUIROGA, Eduardo D; FONTE, Rosana; TORRISI, Gonzalo; LLOPIZ, Alejandro Federico

 

Resumen Técnico

En estructuras de entrepisos de edificios de hormigón armado en altura las soluciones más comunes en nuestro medio son: (1) losas prefabricadas con sistemas de viguetas pretensadas, ladrillos cerámicos y capa de compresión ; (2) placas huecas pretensadas de caras planas y diferentes alturas, con o sin capa de compresión y (3) losas de hormigón armado coladas in situ. Salvo para edificios industriales y comerciales de baja altura (generalmente shopping centres) la solución columna-viga metálica es poco utilizada. Los costos del acero y la falta de mano de obra calificada hacen que en nuestro medio predominen ampliamente la estructuras de hormigón armado.

En los tres sistemas antes mencionados uno de los aspectos que inciden más en la economía (costos directos e indirectos) son la necesaria utilización de apuntalamientos (sistemas 1, 2 y 3) y enconfrados (sistema 3). Los sistemas de entrepisos compuestos, tanto para edificios de acero como de hormigón armado son una interesante alternativa. En países donde la incidencia de la mano de obra es determinante en los costos, la utilización de dichos sistemas compuestos es ya bastante generalizada, mientras que en países como Chile y Brasil va en sostenido y rápido aumento.

Cuando se dispone de sistema columna-viga de acero, el sistema compuesto de entrepisos consiste en utilizar una placa de acero colaborante (steel deck) apoyada y unida a vigas metálicas que sirven como un encofrado adherido al hormigón, evitando la utilización de apuntalamientos durante el colado del mismo y que a la vez sirve como armadura de tracción para absorber en parte o totalmente los esfuerzos de flexión. Se llama sistema compuesto acero-hormigón pues para obtener la resistencia necesaria a los esfuerzos de compresión y tracción inducidos por flexión, actúan en forma combinada vigas de acero y el hormigón que es contenido y soportado por la placa de acero de pequeño espesor. Existen diversos grados de interacción entre los componentes y es común clasificar la respuesta seccional en interacción completa, interacción parcial y no interacción, según sea la distribución de deformaciones en la altura de la sección. En interacción completa, se utilizan conectores de corte que son unidos por soldadura a través de la chapa metálica a la viga de acero y que embebidos en el hormigón resisten los esfuerzos de corte en la interfase acero-hormigón evitando cualquier deslizamiento en dicha fase: el eje neutro es único.

El principal objetivo de esta investigación es, a través de un programa analítico y experimental, estudiar y proponer sistemas compuestos utilizando materiales y tecnologías locales, formulando criterios de diseño y análisis y además recomendaciones que puedan ser incorporadas a códigos locales que a la fecha no contienen ni guías ni regulaciones para el sistema.

 

Summary

The more common solutions for the building floor systems in Mendoza and the rest of the country are:(1) prefabricated slabs with light brick fillers and a reinforced concrete compression layer; (2) hollow prestress plates, with or without the compression layer and (3) built and cast in situ solid or waffle reinforced concrete slabs. Except for the case of industrial and commercial buildings of low height, the use of steel column-beams are rarely used. The cost of the steel and lack of qualified workmanship make the fully reinforced concrete structures predominates over the steel ones for a very wide margin.

For the previously three previous traditional systems between the most relevant items affecting costs are the need for shoring (systems 1, 2 and 3) and formwork (system 3). The composite systems are a very good alternative. In countries were the workmanship cost is high their use is very well accepted, while in Chile and Brasil is in a sustained increasing trend.

For a steel column-beam frame, the composite system utilizes, supported by and jointed to the girders, a thin steel deck conformed sheet that serves both as formwork and as tension reinforcement to the concrete slab. Flexure is resisted by the combined steel-concrete action.

When complete interaction between the slab and the girder is achieved, no slippage occurs and the resultant strain diagram in the section indicates a unique neutral axis. Maximum stiffness and strength is developed in this case. Shear connectors must be welded to the girder and be embedded in the concrete to resist the shear that will yield to slippage otherwise.

The main objective of the research proposed herein is, through an analytical and experimental program, study and propose composite systems using local materials and technological means, formulating design and analysis criteria as well as recommendations for the local codes which to this time do not contain any kind of guides nor regulations.