Encofrado colaborante

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Encofrado Colaborante

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  • Forjados Mixtos de Chapa Colaborante. Anlisis, Proyecto y Construccin. Tesina 2007-2008. Memoria

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    Captulo 4 Comprobacin y Dimensionamiento

    4.1. Comportamiento resistente Un forjado mixto de chapa colaborante puede encuadrarse dentro del captulo de estructuras mixtas. El hormign es dispuesto sobre la chapa nervada, comportndose como un forjado unidireccional en donde la armadura necesaria que trabaja a traccin para soportar los momentos positivos es la propia chapa, sustituyendo total o parcialmente a las armaduras de traccin o positivos, colaborando el hormign como bloque comprimido en esas secciones. Adems la seccin de hormign se ve complementada con un mallazo situado en la parte superior como armadura para repartir cargas y absorber esfuerzos de retraccin y temperatura. En las zonas de momentos negativos es preciso incorporar, habitualmente, la armadura necesaria en barras corrugadas, pudiendo o no, si hay continuidad considerar a la chapa dentro del bloque comprimido (habitualmente no se considera). Aunque la denominacin losas corresponde a estructuras planas que trabajan a flexin en dos direcciones, estos forjados tienen un comportamiento lineal por la direccionalidad que le confieren las nervaduras de las chapa, y se pueden considerar como vigas mixtas planas que funcionan con criterios similares a los que podremos encontrar en las secciones 1-7 del Eurocdigo 4. El hecho que la seccin 9 del Eurocdigo 4 est dedicada exclusivamente a los forjados mixtos de chapa es debido a sus caractersticas constructivas y la incidencia que tienen en la funcin resistente. Para que la seccin de hormign y chapa pueda responder adecuadamente como estructura mixta, la propia chapa ha de llegar a aproximarse al agotamiento, por lo que es preciso que la seccin tenga capacidad resistente suficiente a la tensin rasante a la que se ve solicitada en la interfaz entre la chapa y el hormign. Por ello, resulta determinante que el mecanismo de adhesin primero y conexin mecnica posterior, funcionen adecuadamente y ante solicitaciones lo mayores posibles. Para conseguir aumentar esta capacidad resistente a tensiones rasantes, es posible adicionar al forjado mixto elementos como conectadores que, situados en los apoyos, colaboran como tercer mecanismo en la absorcin de las tensiones rasantes y pueden llegar a producir el agotamiento a traccin e la propia chapa. Otra posibilidad sera disponer armadura pasiva adicional, de forma que se disminuyan las solicitaciones de esfuerzos rasantes. En relacin con el hormign cabe indicar que, a diferencia de en otros elementos estructurales se suele utilizar para edificios altos, frecuentemente hormign ligero, siendo preciso considerar unas caractersticas resistentes, en lo que a capacidad resistente a tensiones rasantes se refiere, ligeramente inferiores a la de un hormign normal, siempre dependiendo del tipo de chapa utilizada. La actuacin de la chapa colaborante como elemento similar al de la armadura de positivos de una seccin de hormign armado, hace que sea preciso que la misma deba mantenerse ligada al hormign con objeto que pueda trabajar como una seccin mixta. Por lo tanto, en este tipo de forjados resulta determinante garantizar la transferencia de esfuerzos entre hormign y chapa que se realiza habitualmente a travs de las denominadas indentaciones o embuticiones que la propia chapa debe poseer. Tres son los mecanismos que se consideran garantizan la accin mixta entre la chapa y el hormign:

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    Adhesin chapa-hormign (1 Fase) Colaboracin de las indentaciones (2 Fase) Colaboracin de los conectadores situados en los extremos del vano.

    4.1.1. Tipos de comportamiento. Encontramos tres tipos de comportamiento, tal i como se muestra en la figura 4.1:

    Interaccin completa entre el acero y el hormign: no existe deslizamiento global en la superficie de contacto acero-hormign. La transferencia del rasante horizontal es completa y la carga ltima Pu est en su mximo -la accin mixta es completa-.

    Interaccin nula entre acero y hormign: deslizamiento global en la superficie de contacto acero-hormign sin lmite y prcticamente no hay transferencia del rasante. La carga ltima se encuentra en su mnimo y apenas se observa una accin mixta.

    Interaccin parcial entre acero y hormign: el deslizamiento global en la superficie de contacto no es cero pero est limitado. La transferencia de rasante es parcial y la carga ltima se encuentra entre las de los casos anteriores. El fallo puede ser frgil o dctil.

    Figura 4.1. Comportamiento de la losa mixta

    La rigidez de la losa mixta, representada por la primera parte de la curva P , es diferente para cada tipo de comportamiento. Esta rigidez es mxima para la interaccin completa y mnima para la interaccin nula.

    4.1.2. Formas de rotura. La rotura de la losa mixta puede ser de dos maneras diferentes, representadas en la figura 4.2:

    Frgil, en cuyo caso el fallo surge de forma repentina y sin deformaciones importantes apreciables.

    Dctil, que se produce progresivamente con deformaciones significativas al llegar al colapso.

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    Figura 4.2. Respuesta carga-flecha de losas frgiles y dctiles El que la losa presente un modo de fallo frgil o dctil depende de las caractersticas de la interfase acero-hormign. Las losas con perfiles abiertos experimentan un comportamiento ms frgil que aquellas con perfiles reentrantes que exhiben un comportamiento ms dctil. Sin embargo los fabricantes de las chapas aminoran la tendencia al comportamiento frgil mediante diversos medios mecnicos, tales como embuticiones o hendiduras y el uso de formas en cola de milano. Los conectores de rasante en la viga y la losa tambin influyen en el modo de fallo.

    4.1.3. Esfuerzo rasante. Conectadores. La capacidad resistente a flexin de un forjado mixto vendr limitada por la capacidad resistente a tensiones rasantes, ya que la primera slo podr llegar a desarrollarse hasta el lmite si el binomio chapa-hormign posee una adherencia tal, que la accin compuesta entre ambos componentes queda garantizada. La resistencia a las tensiones rasantes se desarrolla, si no existen conectores en dos fases principales, como se indica en la figura 4.3. Estas fases coinciden, la primera de ellas, con la adhesin entre la chapa y el hormign, y la segunda, denominada mechanical interlocking, con la adherencia lograda a travs del engarce o trabazn existentes entres chapa y hormign, por medio de unos mecanismos internos, como identaciones o resaltos. Ambas fases resistentes resultan consecutivas, no comenzando el trabajo de la siguiente hasta haber agotado la adhesin a la primera, producindose en ese momento un corrimiento, entre ambos componentes, denominado primer corrimiento.

    Figura 4.3. Desarrollo de las tensiones rasantes cuando no existen conectores.

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    Si existiesen conectores en los apoyos del forjado sobre las correspondientes vigas, stos comenzaran a resistir las tensiones rasantes una vez hubiera fallado la fase mechanical interlocking. Tipos de conexin de las vigas secundarias cuando utilizamos conectores Cuando en los Forjados Mixtos de Chapa Colaborante se utilizan conectadores, estos hacen que las vigas de apoyo, vigas secundarias, trabajen como mixtas. Las condiciones de conexin completa en las vigas secundarias son difciles de alcanzar; adems, en el dimensionado suelen intervenir criterios que no son de resistencia: el espesor de la cabeza se hace coincidir con el forjado, los perfiles se unifican constructivamente en pocos tipos, etc., y en consecuencia las barras resultan sobredimensionadas si se considera conexin completa, lo que se puede compensar colocando menos conectadores y realizando conexin parcial. Este planteamiento justifica la conexin parcial como una adecuacin de las dimensiones genricas de la viga mixta a la solicitacin por medio del nmero de conectadores; estudios experimentales avalan este comportamiento que se representa en la figura 4.3, relacionando el momento de agotamiento en la pieza con la compresin en su cabeza: la reduccin de resistencia a flexin es pequea mientras el colapso se asocia al aplastamiento del hormign tramo BC, conexin completa- pero al disminuir el nmero de conectadores el fallo se produce en la conexin y la resistencia decrece rpidamente tramo AB- hasta que la conexin es insuficiente y slo resiste la viga metlica tramo AA; los diagramas tensionales correspondientes a cada tramo se representan en la figura 4.4.

    Figura 4.3. Momento agotamiento de la pieza vs compresin en la cabeza.

    Figura 4.4. Diagramas tensionales correspondientes a la figura 4.3.

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    En una publicacin del Canadian Institute of Steel Construction se dan tres razones para las cuales utilizar conexin parcial en vigas mixtas con forjados mixtos:

    Tpicamente las vigas mixtas con aproximadamente el 50% de la conexin pueden lograr sobre el 80% de la capacidad a flexin conseguida con conexin completa.

    La seleccin de vigas mixtas pueden usualmente es