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Losa Colaborante de Acero - C

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26 CAPTULO 2 FUNDAMENTOTERICO DE DISEO Este captulo abordar los aspectos tericos que se emplearn para el diseo del edificio objeto del estudio. 2.1. Sistema Losa8 Entre los muchostipos de pisos que se usan actualmente, se encuentran los siguientes: - Losas de concreto sobre viguetas de acero dealma abierta (celosa). - Losas de concreto reforzadas en una o dos direcciones, apoyadas sobre vigas de acero. - Pisos de casetones de concreto. - Pisos de losa colaborante. - Pisos con losas de concreto precolado. Eldiseodeledificio,objetodetesis,desarrollarelsistemadepisoconlosacolaborante (Composite Floor Steel Deck). La eleccin de este sistema atiende a que en la actualidad parte de los edificios construidos en Lima han empleado este sistema; adems, este sistema naci de por s para unaestructuracinmetlicaysuempleoactualenlaestructuracinenconcretoarmadoesuna aplicacinderivadadelaestructuracinenaceroempleadacomnmenteenlosEstadosUnidosy otros pases. 8 Cfr: Mc Cormac 1994 : 27Diseo del sistema losa con lmina colaborante (Composite Floor Steel Deck) Generalidades. Bsicamentesetratadeunsistemadeentrepisoqueincorporalminasdeaceroformadasenfro (steel deck) y una losa de concreto reforzada vaciada sobre dichas lminas y que actan de manera monoltica conformando una seccin compuesta (Composite Floor Steel Deck). ConsiderandolascaractersticasdesismicidadexistentesenelPer,laslosascompuestasque utilizanlasplacascolaborantessecomportancomoundiafragmargido,elcualdistribuyelas fuerzas laterales,ssmicas o de viento (la que domine el diseo), a las columnas, paredes, o sistemas de arriostramiento vertical. Caractersticas cualitativas de las losas colaborantes9 Funciones y caractersticas de la lmina de acero (steel deck) Las lminas de acero tienen dos funciones principales: 9 Cfr: Manual tcnico de lmina colaborante 1998 28- Servir como encofrado durante el vaciado de la losa de concreto. Antesdelendurecimientodelconcretofresco,lalminadebesoportarsupropiopesomselpeso propio del concreto fresco y las cargas adicionales de construccin. En este punto se deben verificar tanto los esfuerzos como las deflexiones mximaslas cuales se compararn con las admisibles. - Acta como refuerzo positivo de la losa una vez que el concreto haya fraguado.Estapropiedaddelalminadeactuarcomorefuerzodelalosaledacaractersticasdelmina colaborante.Unavezendurecidoelconcretofresco,elconcretoyelaceroactanenforma compuestapararesistirlascargasmuertasyvivas.Lainteraccinseformaapartirdeuna combinacin de adherencia superficial entre el concreto y el acero y por medios mecnicos mediante la restriccin impuesta por la forma de la lminaa travs de resaltes en la superficie, hendiduras o dispositivosparatransferenciadecortantecomopernos(studs)oalambrestransversales uniformementeespaciados.Enesteestadodebencalcularsetambinlosesfuerzosydeflexiones mximas y compararlas con las admisibles correspondientes. La lmina colaborante utiliza un acero del tipo Cold Rolled (lminado en fro) y trabaja bsicamente bajouncomportamientoelastoplstico10,conesfuerzodefluenciamnimonominaliguala2325 kg/cm2 (A36) y con un mdulo de elasticidad igual a 2.07 x 106 kg/cm2. El acero debe cumplir con la seccin A3 de la ltima edicin del American Iron and Steel Institute (AISI), Specification for the DesignofColdFormedSteelStructuralMembers.Elacerodebecumplirademsconlanorma ASTM A611, Grados C y D, o norma ASTM A466, gradosA, C y E. SegnelManualAISCLRFD,pgina6-65,sepresentanalgunasrestriccionesycriteriosenla geometra de estas lminas. Estas caractersticas se pueden apreciar en la siguiente figura: 10 Sistema que se comporta elsticamente para una fuerza que no exceda un lmite mximo y plsticamente para una fuerza superior a ese lmite. 29 Los espesores de las lminasde los tableros metlicosvaran por lo general entre los calibres 24 y 18,aunqueavecesseusanespesoresfueradeesteintervalo.Losespesoresdediseo correspondientes a las designaciones de los calibres tpicos se muestran en la siguiente tabla: Designacin del calibre Espesor de diseo(pulg) Espesor de diseo(mm) 280.01490.37 260.01790.45 240.02390.60 220.02990.75 200.03590.90 180.04781.20 160.05981.50 Concreto empleado La resistencia mnima de compresin especificada para el concreto (fc) ser de 210 kg/cm2. No se permiteelusodeaditivosoacelerantesquecontengansalesclorhdricasyaqueestospueden producir corrosin sobre la lmina de acero. Malla de acero-refuerzo de reparticin Lamalladerefuerzoqueserecomiendacolocarenelsistematieneelpropsitofundamentalde absorber los efectos de la retraccin de fraguado del concreto y de los cambios trmicos que ocurran en el sistema. Esta malla o refuerzo, conformado por barras con resistencia a la fluencia de al menos 304200kg/cm2opormallaselectrosoldadasdealambrn,debentenerunreamnima,talcomose indica a continuacin: A mn. =0.0018 (rea de concreto por encima de la lmina colaborante) Esta rea no debe ser menor de 0.6 cm2 por metro deancho de losa. Paralosasqueinvolucrenvariaslucesconsecutivas, se puedemodelar un sistemadelosacontinua en los apoyos, caso en el cual es necesario disear la losa para el momento negativo que se genera y deber colocarse el refuerzo negativo complementario en estos puntos de apoyo. En lamayora de los casos lamalla de acero que conforma el acero de reparticin no es suficiente para absorber la totalidad de momento negativo en los apoyos continuos. Seconsiderarelprimercaso,esdecirlamodelacinsersimplementeapoyadaenlostramos, entonces no existir momento negativo y solo ser necesario el acero de reparticin.El recubrimiento mnimo de la malla de temperatura ser de 2 cm, siendo el recomendado de 2 cm a 2.5 cm. Comportamiento frente al fuego Lamayorpartedelasaplicacionesderellenosdeconcretosobretablerosmetlicosenedificios requierenqueelsistemadeplacadepisotengaunaresistenciaalfuegoestablecida.Paratableros metlicos,dicharesistenciaseobtieneusualmentebienseasuministrandosuficienteespesorde concretoporencimadeltablerometlico,oaplicandomaterialdeproteccincontraelfuego, lanzado a la carainferior del tablero metlico. Como alternativa un sistema de cielo raso resistente al fuegopuede ser instalado debajo del tablero metlico. Si se usa un material de proteccin contra el fuego lanzado en la cara inferior del tablero metlico, el espesor del concreto por encima del tableropuede ser elmnimo requerido para resistir las cargas 31aplicadas de piso. El espesor mnimo por lo general es de 2.5 pulgadas, y concreto de peso normal, menos costoso, puede usarse en lugar de concreto ligero.Luego,lasdosopcionesqueseconsideran con frecuencia para un sistema convencional de tablero metlicodepisoconunaclasificacinderesistenciaalfuegode2horasson:3.75pulgadas(9.5 cm.) de concreto aligerado por encima del tablero metlico sin capa de material protector contra el fuegolanzado,y2.5pulgadas(6.35cm.)deconcretodepesonormalporencimadeltablero metlico con capa de material protectorcontra el fuego. Fijacin Lateral Laslminasdeacerodebensujetarseunasconotrasensentidotransversalcontornillos autoperforantes,remachesopuntosdesoldadura.Lasespecificacionesparalasmismaspueden verse en el manual del fabricante que abastecer del sistema. Caractersticas cuantitativas de las losas colaborantes.11 Eldiseodeentrepisoconelsistemadeckcomprendedosetapasdecomportamientobsicas,las cuales se indican a continuacin: -Cuandoelconcretofrescoannohaendurecido:enlacuallalminacolaborantefunciona principalmente como encofrado. - Cuando el concreto endurece y la losa trabaja como seccin compuesta, es decir existe una unin consistente entre el concreto y la lmina colaborante. Necesidad de apuntalamiento Parasoportarelpesodelconcretorecinfraguadoylascargasvivasdeconstruccinaplicadasal tablerometlico,estepuedeserapuntaladoopuedeserdiseadoparaautoapuntalarseentrelos miembrosdeapoyo.Sieltableroesapuntalado,sepuedeusaruntablerodemenorperalteouna lmina ms delgada. En este procedimiento se debern evaluar las deflexiones generadas despus de 11 Cfr: Manual tcnico de lmina colaborante 1998 32removerelapuntalamiento.Deigualformalalosadeconcretodebedisearsepararesistirlos esfuerzos resultantes de la carga muerta total combinada con todas las cargas superpuestas. Cuando se utiliza el apuntalamiento, este no se puede quitar hasta que se haya alcanzado al menos el 75% de la resistencia a la compresin especificada a los 28 das. Para el procedimiento de tableros metlicos no apuntalados, el peso del concreto hace que la lmina se deflecte entre sus apoyos. Esta deflexin se limita por lo general al menor valor entre 1/180 de la luz del tablero y de pulgada. Ya que a la superficie superior de la losa de concreto normalmente se ledarundeterminadonivel,sedebercolocarunacantidadadicionaldeconcretodeconcreto como consecuencia de la deflexin del tablero. 2.1.1. Diseo de lmina colaborante como encofrado (No apuntalada)12 Propiedades de la lmina Laspropiedadesdelalminacolaboranteparaeldiseocomoencofradotalescomoelreadela seccintransversal,momentodeinerciayotrasconstantesparaeldiseodebendeterminarsede acuerdoconlasespecificacionesdelAISI,SpecificationfortheDesignofColdFormedSteel Structural Members. Cargas Para el diseo de la lmina colaborante actuando como encofrado la carga de diseo debe incluir: - Peso propio del tablero. - Peso propio del concreto fresco. -Cargasdeconstruccintemporalesquesecalculancomolamsseveraentreunacarga uniformemente distribuida de 100 kg/m2 sobre la superficie de la lmina y una carga distribuida de 300 kg/m actuando sobre un tramo del deck de anlisis. Las cargas temporales son las que resultan 12 Cfr: Manual tcnico de lmina colaborante 1998 33producto del manejo del concreto, peso de equiposy personas que trabajan en la construccin de la losa. Deflexiones admisibles Paraelclculodelasdeflexionesverticalesdelalminacolaborante,deberconsiderarseelpeso propio de del concreto de acuerdo con el espesor de diseo y el peso propio de la lmina. Las cargas deconstruccinnodebentenerseencuentaporserdecarctertemporal.Debidoaquelalmina colaborante se disea para permanecer en el rango els

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