ESTRUCTURAS MIXTAS (CONCRETO – ACERO)

• Las estructuras mixtas se forman por la combinación de perfiles de acero y concreto estructural de manera que los materiales trabajan conjuntamente para resistir las fuerzas internas o solicitantes, además ofrece muchas variaciones arquitectónicas pudiendo combinar diferentes tipos de elementos mixtos. Además de reducciones en las dimensiones de las vigas, se consiguen:

• Mayores vanos

• Losas más delgadas

• Pilares más esbeltos y ofrecen flexibilidad y más oportunidades para el diseño.

• La construcción de puentes fue la primera en comenzar a utilizar construcción mixta. Las figuras muestran cortes transversales de puentes, donde normalmente las secciones de acero en conjunto con la losa de concreto se consideran como un solo elemento.

• Elementos mixtos surgieron la necesidad de protección de perfiles de acero contra la acción del fuego y la búsqueda de una mayor rigidez de estos elementos. Su uso, ya sea en forma de vigas mixtas, losas mixtas o columnas mixtas, han mostrado un gran crecimiento en las últimas décadas.

• La construcción mixta se utiliza cada vez más en edificios urbanos, normalmente combinando elementos estructurales convencionales y mixtos

• En edificios urbanos es práctica común la utilización de losas de concreto mixtas, donde el concreto se coloca sobre una plancha de acero plegada, la que agrega rigidez al sistema de losas. En edificios de acero la losa va montada sobre vigas de acero las que también actúan en forma compuesta con la losa.

• A pesar de ser muy diferentes en su naturaleza, estos dos materiales se complementan dado que:

• El concreto es eficiente en compresión y el acero en tracción.

• Los componentes de acero son relativamente delgados y propensos a pandear, el concreto puede arriostrar dichos componentes evitando su pandeo.

• El concreto también proporciona protección contra la corrosión y aislamiento térmico a altas temperaturas provocadas por incendios.

• El acero proporciona mayor ductilidad a la estructura.

Los elementos mixtos pueden clasificarse de acuerdo a su configuración. Tenemos entonces:

• Vigas de acero con losa colaborante: la viga de acero y la losa que esta soporta forman un solo elemento. La rigidez y resistencia del conjunto son mayores que las del perfil de acero solo, por lo que se pueden utilizar secciones más livianas.

• Losa de concreto sobre plancha de acero plegada: como su nombre lo indica, la losa es vaciada sobre una plancha de acero plegada. Esta plancha hace las veces de cimbra.

• Perfiles de acero embebidos en concreto: un perfil de acero o una plancha que está total o parcialmente rodeada de concreto. Puede estar adherida o no adherida al concreto circundante. El concreto restringe el pandeo local del perfil de acero y provee protección contra el fuego.

• Perfiles tubulares de acero rellenos de concreto: perfiles rectangulares, cuadrados o circulares que se rellenan con concreto. No requieren cimbra y si bien no están recubiertos por el concreto, el relleno les da una mayor resistencia al fuego al actuar como disipador del calor.

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Ventajas• Optimización del material: al complementar las ventajas del

acero y el concreto se consiguen estructuras que son más livianas, en que todo el material se está aprovechando.

• Mayores luces libres: la alta relación resistencia/peso del acero combinada con la rigidez adicional proporcionada por el concreto permiten que para igual miembro estructural de acero, el elemento mixto permite cubrir mayores distancias que el elemento de acero u concreto por separado.

• Mayor resistencia a la corrosión: el concreto, en el caso de elementos estructurales consistentes en una sección de acero recubierta en concreto, constituye una barrera adicional a la corrosión.

• Mayor resistencia a incendios: el concreto actúa como barrera contra el fuego y/o como disipador de calor, proveyendo al elemento mixto de una mayor resistencia a altas temperaturas

• Rapidez de construcción: es posible avanzar con la estructura de acero sin necesidad de esperar por el curado del concreto.

• Menor costo de construcción: es el resultado de la mayor rapidez de construcción, además del posible ahorro de moldajesy alzaprimas. Además, el uso de elementos de menor peralte permite reducir la altura entre pisos, con el consiguiente ahorro en elementos no estructurales y terminaciones.

Desventajas• Conseguir que concreto y acero trabajen en

conjunto requiere normalmente del uso de conectores especiales y trabajo adicional al caso de la construcción convencional en acero u concreto.

• Durante el proyecto, la resistencia despreciable a la tracción del concreto agrega un grado de complejidad a la hora de determinar la rigidez de los elementos estructurales. Además, el efecto de fenómenos como la fluencia lenta o creep y la retracción del concreto puede ser mayor que en el caso de estructuras de concreto armado.

• Durante la construcción, es necesario combinar dos especialidades (construcción en concreto y construcción en acero) trabajando al mismo tiempo, lo que complica la programación y ejecución de la obra.

TIPOS DE CONEXIONES

• La estructura de la Torre Mayor ha sido calculada para exceder los Reglamentos de Construcciones de la Ciudad de México y de California, que son de los más rigurosos del mundo y proporcionar el máximo de seguridad y confort a sus ocupante. La estructura de acero y concreto cuenta con 98 amortiguadores sísmicos que reducen al mínimo su desplazamiento durante un sismo, amortiguando y disipando una porción importante de la energía que el edificio absorbe.

• La Torre Mayor está ubicado en el límite entre las zonas sísmicas II y III, siendo esta última -por definición del Reglamento de Construcciones del Distrito Federal – la zona sísmica más fuerte. De allí que este proyecto exceda el Reglamento de Construcción de Ciudad de México, que incluye requerimientos sísmicos que se encuentran entre los más rigurosos del mundo. De hecho, en caso de que se repitiera un terremoto como el ocurrido en 1985 en esta ciudad, el edificio solamente se movería como si estuviera siendo sujeto a vientos de 32 Kilómetros por hora.

• La superestructura del edificio es principalmente una estructura de acero. Las columnas en el interior y el perímetro de la Torre son mixtas, de acero estructural, recubiertas de concreto reforzado en la primera mitad de la Torre, para añadirles rigidez y fuerza en forma económica. La planta tipo consta de una losa de sección de tres pulgadas de espesor y está compuesta de cimbra metálica perdida e integrada a la sección estructural conectada vía pernos de cortante. Las losas más gruesas se usan para los pisos mecánicos y techo para llevar altas cargas y mejorar el aislamiento del ruido. Las columnas metálicas de la Torre están recubiertas en concreto hasta el perímetro del piso 30 y hacia arriba hasta el piso 35, en el área del núcleo.