El acero estructural es un material con propiedades que resultan muy favorables para el sector de la construcción, tales como su ductilidad, alta resistencia, rapidez de montaje entre otras; sin embargo, existen apartados donde el acero por sí solo no representa la mejor opción, tales como la resistencia al fuego o la rigidez, aunque desde el punto de vista reglamentario, también el concreto debe protegerse contra el fuego por un tiempo determinado por lo que el primer punto quedaría lejos de ser una desventaja.
Buscando un sistema estructural que tome las mejores propiedades de cada material es como nace el sistema de construcción compuesta, el cual consiste en la acción en conjunto de dos materiales distintos (acero + concreto). De este modo, se crea una sección compuesta que trabaja de manera integral con las propiedades de ambos materiales obteniendo un comportamiento superior al que se obtendría con una estructura de uno solo de estos materiales.
En las estructuras de acero, el sistema de piso más recomendable es el de losa en construcción compuesta comúnmente conocido como
Losacero, el cual consiste en colar una capa de concreto sobre láminas de acero corrugadas, soportadas sobre vigas de acero y unidas a ellas mediante conectores.
La acción compuesta de perfil + conectores + lámina + concreto presenta un buen comportamiento ante acciones de servicio tales como deflexiones, grietas y vibraciones ya que se incrementan propiedades geométricas como la inercia (para deflexiones) así como la frecuencia natural (para vibraciones), este es un aspecto importante a considerar y no debe perderse de vista en un sistema de piso para garantizar la tranquilidad de los ocupantes.
Piso compuesto (Sistema de losa colaborante)
Figura 1.- Al igual que en una losa de concreto convencional, es necesario proporcionar al concreto acero de refuerzo para controlar el flujo plástico, la contracción por secado y las deformaciones por temperatura.
En su configuración más frecuente el perfil de acero base es una sección IR, sin embargo, es posible emplear este sistema de piso sobre secciones como armaduras (comunes en estacionamientos, puentes) o elementos tipo joist (oficinas, edificios habitacionales).
En este sistema estructural, la lámina es necesaria en primer lugar para poder colar sobre ella el concreto, es decir hace las funciones de una cimbra que no será necesario retirar (a diferencia de una losa de concreto maciza convencional) una vez que el concreto fragüe, al mismo tiempo funciona como acero de refuerzo longitudinal y le da un soporte lateral continuo en el patín superior de la viga, además de tener una apariencia agradable a la vista.
La lámina tiene una serie de relieves longitudinales que, si bien favorecen la transferencia de carga por fricción (anclaje mecánico) entre ésta y el concreto, es importante proporcionar conectores de corte, los cuales pueden ser pernos de acero con cabeza o bien perfiles de acero tales como canales. (Se pueden encontrar especificaciones de diseño referente a este tema en el capítulo I del manual IMCA en su 5ta edición). La función de estos conectores es absorber las fuerzas de corte presentes en la sección compuesta, así como evitar el deslizamiento de la capa de concreto sobre la lámina y garantizar un comportamiento de diafragma ante cargas laterales (viento – sismo).
Imagen 1.- Los conectores se fijan a la estructura mediante soldadura.
La ventaja de este sistema en cuanto a la resistencia a flexión, radica en que la capacidad resistente de la sección toma en cuenta el aporte de ambos materiales: concreto (compresión) y acero (compresión y/o tensión). Para ello, como punto de partida hay que ubicar la posición del eje neutro plástico, el cual puede estar: dentro de losa de concreto, en el patín superior de la viga, o bien en el alma de la viga, esto dependiendo de la configuración geométrica de la sección, así como las resistencias de ambos materiales. Este eje neutro plástico se determina de la siguiente manera:
Se debe encontrar el valor de “a” que corresponde a la profundidad del concreto actuando en compresión:
Siendo:
C = Fuerza de compresión (Se considera como igual a la fuerza de tensión en el acero)
As = Área de acero
fy = Limite de fluencia del acero
f’c = Resistencia a la compresión del concreto.
be = Ancho efectivo de la sección compuesta (El menor valor de: un octavo del claro de la viga centro a centro, la mitad de la distancia a la viga adyacente, la distancia al borde la losa de concreto).
Si este valor (a) resulta menor al espesor de la losa de concreto, el eje neutro plástico de la sección compuesta se encuentra dentro de ella. Por el contrario, si resulta mayor el eje cae dentro de la sección de acero.
Figura 2.- Esfuerzos y fuerzas interiores cuando la sección desarrolla su resistencia máxima en flexión positiva. (Heredia, 2004)
Si bien, usualmente se encuentra este tipo de sistemas de piso en edificios de uso comercial o habitacional, también se emplea en edificios industriales en casos en los que se requiere algún mezzanine, o un área de oficinas. (Ver imagen 3). Por lo que este sistema aplica en un amplio abanico de edificaciones de acero.
Imagen 2.- Sistema de piso losacero dentro de nave industrial
Pertenecemos a un sector que siempre trabaja contra reloj, por lo que la rapidez de avance en montaje es siempre una meta constante en cada proyecto. Más allá de los beneficios en términos estructurales brevemente mencionados, la rapidez de montaje que brinda este sistema le da un punto extra durante la elección del sistema.
Bibliografía
Heredia, O. d. (2004). "Diseño de estructuras de acero construcción compuesta". Ciudad de México: Fundación ICA.
Ing. Miguel Angel Solís Hernandez
msolis@tecnologiaestructural.com
Especialista en Desarrollo de Negocios
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