Deflexiones diferidas en vigas de sección compuesta de concreto y acero

Abstract

El diseño estructural en sección compuesta ha tomado gran importancia a nivel ingenieril, gracias a las ventajas de usar diferentes materiales para crear un elemento con propiedades mejoradas. En relación a este gran avance, el campo de diseño se ha visto en la obligación de crear normas o reglamentos que tomen en cuenta el correcto funcionamiento de dicho sistema. Por ello, el diseño se debe regir en principios o filosofías que brinden la seguridad; uno de los principales principios es el estado límite de servicio, cuyo principio es asegurar el correcto desempeño estructural tanto la funcionabilidad como la seguridad. A través de los años, el comportamiento, en dicho estado, es asumido en rango elástico, ya que se diseña con la suposición de que los elementos trabajan elásticamente y en consecuencia sus respuestas estructurales también. Por tal motivo, las respuestas estructurales deben ser controladas y verificadas en función a teorías de mecánica de materiales, considerando que la estructura se deforma elásticamente –efecto instantáneo y diferido- el que se toma en consideración mediante fórmulas empíricas en estado elástico por falta de estudio. En contradicción al comportamiento real de la estructura, el estado de servicio no considera el rango “no lineal”, por tanto las respuestas estructurales como las deflexiones, primordialmente, no toman en cuenta los efectos del comportamiento histórico dependiente o de largo plazo (diferidos), tal problema ocasiona que los cálculos sean subestimados o sobrestimados por normas actuales tales como AISC, Euro código 4, BS 5950, NTP. Igualmente, dichos efectos diferidos ocasionan que los esfuerzos de la estructura compuesta tiendan a disminuir progresivamente, las fuerzas no permanezcan constantes y que las deflexiones aumenten en un porcentaje alto, comparadas a las instantáneas. En el presente trabajo, se realizará una recopilación de la información respecto a las deflexiones diferidas en vigas de sección compuesta de concreto y acero en el proceso de cálculo, control y verificación de la respuesta estructural – la deflexión - en el sistema; además de los lineamientos necesarios para modelar este tipo de vigas. Dichos lineamientos son usados para poder realizar un modelo más real para posteriormente evaluar los resultados con base en ensayos experimentales. Finalmente, se brindará una revisión bibliográfica respecto al problema planteado en función a las propiedades constituyentes de los elementos que conforman la sección compuesta.

Structural design using composite beam has taken more importance in the engineering field due to all the advantages for using of different materials in the creation of a new element with better properties. For that reason, the design field has seen in the obligation of creating new line guides or norms that take the correct performance of that system; one of the principles is the limit service state, which function is assure the correct structural performance such as the functionality and the security. As a long time, the behavior, in that state, works in elastic range, because it is designed in the assumption of the elements work elastically and, consequently, the responses too. In service, the structural responses should be controlled and verified in function of mechanic theories, considering the structure acts elastically – instantaneous effect – and the long time effect does not occurs in the analysis, it verifies using formulas in elastic state or empiric form. In the spite of the fact that the real behavior, the service state does not work as a lineal range, in fact the real response as deflections, primarily, do not take in consideration the time dependent effects or long terms effects. Those problems generates underestimated or overestimated calculations in current design codes like as AISC, Euro code 4, BS 5950, NTP. Equally, the long-term effects generates that strains may decrease progressively, forces do not stay constant and deflections increase in a high percentage rate, compared to the short-term effects (instantaneous). In the present thesis, it will realize a recompilation of information from long term deflection on composite beams of concrete and Steel in the process of calculus, control and verification of the structural response –the deflection- in that system. Moreover, the necessary guidelines for modeling beams. Those guidelines were used for creating a realistic model in order to evaluate the results with real experiments. Finally, it has included a revision of information for proposed problems in function of the constitutive properties from the elements, which conform the composite section.