Las estructuras mixtas son sistemas que debemos conocer en profundidad, pues poseen grandes ventajas al combinar las propiedades de acero y hormigón. Permiten resolver luces y cargas importantes de forma económica, así como implementarlas con una gran flexibilidad, como por ejemplo, en la rehabilitación de estructuras existentes. En este post, analizaremos el funcionamiento y los conceptos básicos que debemos conocer sobre esta tipología estructural.
¿Qué es una estructura mixta?
Las estructuras mixtas están formadas por una cabeza de hormigón y perfiles de acero laminado. El comportamiento conceptual es similar al del hormigón armado convencional: se utiliza el hormigón para trabajar a compresión y el acero a tracción. Se pueden señalar dos diferencias principales:
- El uso de acero laminado en vez de barras de acero.
- El acero posee capacidad resistente propia en todo momento.
Esta segunda propiedad está referida a que en el hormigón armado convencional necesita el trascurso de un periodo de tiempo hasta que obtiene la capacidad resistente y trabajan de forma conjunta ambos materiales, pues debe producirse el proceso de fraguado y endurecimiento. En cambio, en el caso de las estructuras mixtas, el acero laminado tiene capacidad resistente propia, eliminando así la necesidad de ejecutar forjados auxiliares y apuntalamientos, abaratando y simplificando la ejecución.
Como matiz adicional, cabe señalar la posible colocación de barras de acero en la cara superior del forjado, aumentando así la capacidad a tracción en la cara superior. Existen otros sistemas más complejos, como el uso de chapas colaborantes que abaratan la construcción de forjados con gran altura libre, ahorrando cimbrados y arriostramientos; obteniendo más capacidad que la del perfil aislado.
¿Qué componentes forman una estructura mixta?
Los elementos básicos de una estructura mixta son el hormigón y la perfilería de acero laminado. Utilizaremos perfiles de catálogo, por lo general IPE, pues poseen un óptimo comportamiento a flexión en relación a su reducido peso. En algunos casos necesitaremos más canto, por lo que nos decantaremos por perfiles HEB. Las propiedades resistentes del acero laminado serán las siguientes:
- Módulo elástico E=210.000 MPa.
- Intervalo de resistencia característica δ= 235-275 Mpa
Se debe encontrar un equilibrio entre la resistencia a tracción aportada por el perfil y la resistencia a compresión aportada por el hormigón. Esta resistencia a la compresión vendrá dada por la superficie del hormigón disponible para soportarla. Es por ello que, aunque nuestra elección de la perfilería de acero cuente con valores muy altos de resistencia a tracción, la capacidad resistente del conjunto vendrá limitada por el hormigón, en el cual no es posible aumentar de forma tan inmediata su resistencia.
¿Qué debemos conocer sobre una sección mixta?
Partiendo de una sección mixta genérica con una cabeza de compresión de hormigón y un perfil descolgado de acero laminado, cuyo ala inferior es mayor que el superior. Necesitaremos conocer los siguientes parámetros geométricos:
- Acero
- Centro de gravedad del perfil Cdg
- Distancia del Cdg al extremo superior del hormigón Hp
- Área del perfil Ap
- Inercia del perfil Ip
- Hormigón
- Canto del hormigón Hc
- Ancho de la cabeza de hormigón bc
- Armadura de la cabeza
- A tracción As
- A compresión Ase
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