Tipos, Clasificación de Pilotes (Fundaciones Profundas)

Tipos, Clasificación de Pilotes (Fundaciones Profundas)

Hincado de Pilotes Prefabricados

La capacidad resistente de un pilote, referida a las cargas que soporta como miembro estructural, depende de la calidad de los materiales usados, el tipo de solicitación impuesta y las dimensiones de su sección transversal.

Como criterio general, la siguiente tabla da los valores promedio de las cargas de servicio (Capacidad Portante) para algunos pilotes (De diferente material y sección) y su longitud usual de enterramiento:

Valores promedio de las cargas de servicio para algunos pilotes y su longitud usual de enterramiento

En todos los casos, H corresponde a la altura enterrada del pilote (En contacto con el suelo). La siguiente figura da algunos valores promedio de la capacidad portante de los diferentes tipos de pilotes.

Valores promedio de las cargas de servicio para algunos pilotes y su longitud usual de enterramiento

Según la forma de trabajo, los pilotes se clasifican en:

-Trabajando por punta
-Resistiendo por fricción lateral
-Por punta y fricción simultáneas

Los pilotes trabajan por punta cuando están ubicados en un estrato poco apto para resistir cargas, pero su altura alcanza un estrato resistente, de modo que su comportamiento es similar al de una columna, transmitiendo las cargas de la superestructura, directamente por compresión, al suelo firme. Esquema a de la siguiente figura:

Pilotes trabajan por punta y Pilotes trabajan por fricción

Los pilotes trabajan por fricción cuando el suelo resistente se halla muy profundo y el pilote debe “flotar” en un estrato de gran espesor con escasa capacidad portante, de modo que las cargas transmitidas por la estructura son soportadas principalmente por fricción lateral o adherencia entre el suelo y las caras del pilote en toda la altura del fuste. Esquema b de la figura anterior.

En suelos intermedios, con una cierta capacidad portante, la resistencia total del pilote resulta la suma de la resistencia por punta y por fricción.

Según la sección transversal, los pilotes pueden ser:

– Huecos o macizos: (Cuadrados, Circulares, Poligonales)
– En I o H

Algunas secciones típicas se muestran la siguiente figura.

Pilotes Según la sección transversal

Según el perfil longitudinal, los pilotes pueden ser:

-De sección uniforme
-Troncos cónicos
-Escalonados
-De bulbo

Los pilotes de sección uniforme son los más comunes. Los troncocónicos permiten un fácil hincado pero tienen la tendencia a hundirse con el paso del tiempo, debido a su forma de cuña. Son pilotes que trabajan por fricción. Los pilotes escalonados, llamados también telescópicos, pueden construirse por tramos, para una más fácil ejecución. Por último, los pilotes de bulbo son los que presentan un ensanchamiento en la base, que mejora notablemente su resistencia por punta. Ver la figura siguiente.

Pilotes según perfil longitudinal

Si bien los pilotes son piezas muy esbeltas, que alcanzan grandes alturas, en general no pandean salvo en casos excepcionales, como cuando el suelo que los circunda es excesivamente blando, por ejemplo las arcillas saturadas. En otros tipos de suelos, la experiencia ha demostrado que el soporte lateral que brinda el terreno es tan efectivo, que los pilotes en todo momento mantienen su estabilidad y alineamiento del fuste bajo las cargas de servicio, por lo cual se diseñan como columnas cortas, sin tomar en cuenta el efecto que la esbeltez ejerce sobre su capacidad resistente.

 

Extractado de:  http://www.cuevadelcivil.com/2015/09/tipos-clasificacion-de-pilotes.html

 

El muro pantalla o el metro de Milán.

El muro pantalla o el metro de Milán.      Una pequeña historia

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El muro Milán, hoy conocido como muro pantalla se puede definir como una pared tablestacada de hormigón armado conformada en el subsuelo; es un ingenio constructivo que ha influenciado notablemente la construcción de estructuras de las cimentaciones llamadas especiales y sistemas subterráneos de transporte urbano en muchas ciudades del mundo; su función principal es la de servir como elemento de sostenimiento temporal y luego permanente de zanjas longitudinales abiertas en la masa de suelo, aunque también se ha empleado extensamente para estabilizar excavaciones profundas para la construcción de cimentaciones.

La variedad de sus aplicaciones cada día es mayor y la calidad obtenida también ha mejorado, incrementando su empleo en los muros estructurales definitivos tanto en cajones para Metros, en cimentación de edificios, en simples muros de contención o muros de protección contra inundaciones. Otra aplicación, frecuente, es para la construcción de muelles marginales en regiones sísmicas.

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Máquina pantalladora en obra civil de grandes dimensiones
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Esquema constructivo del muro pantalla de Milán

En el diseño de un muro pantalla o muro de Milán, es fundamental conocer la respuesta del suelo ante los cambios provocados por la excavación, ya que ésta origina un alivio de los esfuerzos totales, por la remoción de suelo y agua, cuyo resultado es el movimiento de la masa de suelo, por lo que el diseño se debe concentrar en el control y mitigación de las deformaciones inducidas. El control de estos movimientos es importante ya que su magnitud puede dañar a estructuras adyacentes y a los servicios públicos.

La respuesta del suelo está influenciada principalmente por los siguientes factores:

 

(1) dimensiones de la excavación;

(2) propiedades de los suelos;

(3) control y abatimiento del nivel freático;

(4) proceso y secuencia constructiva;

(5) tipo de soporte y apuntalamiento;

(6) cercanía de edificios y de servicios públicos;

(7) sobrecargas temporales.

 

El trabajo en la construcción de la primera línea del metro de Milán comenzó el 4 de mayo de 1957, en Viale Monte Rosa; el proyecto fue dividido en siete lotes (más una extensión de la primera), cada uno subcontratado a empresas que llevaron a cabo la construcción:

Para el diseño y la construcción de la línea del metro se tuvo que tomar en cuenta todas aquellas estructuras que estaban presentes en el subsuelo de Milán: tuberías, conductos y -en algunos casos- restos arqueológicos encontrados durante las excavaciones.El mayor problema encontrado fue la presencia de las alcantarillas, que a menudo forzaron su demolición, primero y su reconstrucción a ambos lados de los túneles y estaciones, mientras que el resto de servicios (cables eléctricos, agua potable, gas natural, cables telefónicos) sólo supuso la construcción de soportes, situándolos a un nivel más elevado en comparación con las galerías.

 

Las obras de construcción se desarrollaron a partir de la zona de Piazzale Lotto y Viale Monza al mismo tiempo, y luego se fueron empalmando los siete tramos, para poder unificar todo el recorrido, y así dar vida al nuevo metro, que todavía sigue funcionando en la línea 1; el primer taller de depósito construido era Precotto (que se encuentra en medio de Anaxágoras).

 

En cuanto a la financiación, se ha calculado que el costo de la línea 1 ascendió a mil millones de liras (por supuesto) el kilómetro: a continuación, el gasto final total se ascendió a 30 mil millones, que quedaron repartidos en un tramo de 6 mil millones cubiertos en 1957 y tres más 8 mil millones cubiertos en 1958, 1960 y 1961.

 

Por simple lógica se puede advertir, que cuanto más grande sea la excavación mayor es el alivio de los esfuerzos totales y por lo tanto mayores los movimientos del suelo. En el caso extremo, una excavación profunda débilmente soportada puede originar una falla general por esfuerzo cortante de los suelos.

 

El proceso del diseño involucra tanto al ingeniero estructural como al geólogo, a través del estudio geotécnico. El estudio geotécnico establece los parámetros como los empujes de suelo e hidrostático, la resistencia y módulos de rigidez del suelo, los criterios sísmicos en términos de deformación o esfuerzo; los parámetros se definen a través de fórmulas simples o con análisis no lineales de elementos finitos, en los más modernos se considera explícitamente la interacción suelo-estructura, sin embargo, son limitados en el sentido del modelado estructural. El ingeniero de estructuras aplica a su modelo las presiones, la rigidez del suelo que se define a través de la rigidez de resorte, o módulos de reacción, por lo que las presiones son independientes de las deformaciones.

 

Los métodos de equilibrio límite son adecuados para predecir las cargas de fallo, sin embargo, no son capaces de determinar las deformaciones asociadas. Dado que el proceso constructivo es evolutivo, el modelo de análisis debe contemplar el desarrollo de las presiones y deformaciones conforme se realice la excavación. Los modelos utilizados con más frecuencia son:

(a) los modelos con resorte, y

(b) los modelos mediante elementos finitos.

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Modelo de muelles simulando el balasto horizontal del terreno
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Modelo mediante MEF de muros pantallas atirantadas

El empleo de bentonita como estabilizador de pozos de agua y petroleros se remonta a 1910, pero fue en 1938 cuando el ingeniero italiano Carlo Veder consideró usar la bentonita para estabilizar zanjas excavadas en el suelo. Posteriormente la técnica de los muros pantallas de Milán floreció para la construcción del Metro de esa ciudad italiana, cuyo subsuelo aluvial con limos y arenas saturadas dificultaba las excavaciones; los inventores fueron los ingenieros Veder y Marconi que trabajando independientemente la desarrollaron en los años 1950 a 53 (Schneebeli, 1971); rápidamente esta técnica fue adoptada en otros países europeos, que por esos años tenían intensivos programas de reconstrucción tanto por los daños producidos por la 2° Guerra Mundial como por la modernización de sus ciudades, Gould (1990). Sin duda en la ciudad de París la competencia entre dos empresas geotécnico-constructoras Soletanche y Bachy impulsó el desarrollo tecnológico actual de ese procedimiento de construcción.

 

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Relleno de zanjas mediante arcilla de bentonita

En los Estados Unidos, donde casi todas las excavaciones profundas se estabilizaban con tablestaca de acero, en 1962 se construyó el primer muro pantalla de Milán para un edificio en la ciudad de Nueva York; posteriormente, en 1967 se utilizaron en la construcción del metro de San Francisco y para la notable edificación del World Trade Center de Nueva York, obra en donde se demostró ampliamente la fiabilidad de esta técnica y desde entonces se ha venido incrementando su empleo en ese país. Por esos años se acuño él nombre de Slurry Wall, término que en español carece de significado, Tamaro (1990), aunque la palabra slurry la asociamos a un mortero muy fluido.

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Slurry Wall. La versión USA del muro pantalla

Autor: Ing. Carles Romea
Extractado de: https://www.e-zigurat.com/noticias/muro-pantalla-metro-milan/

Forjados: Su Tipología

Forjados: Su Tipología

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La palabra forjado, la asociamos a los pisos, entrepisos o suelos de las estructuras. En realidad se trata de un abuso de lenguaje, dado que la forja no deja de ser una manera de modelar el hierro o el acero, y por tanto, desde el punto de vista estructural, aquellos pisos que se construyeron con vigas metálicas forjadas, sí que podían llamarse con propiedad, pisos forjados. Hoy en día, cualquier tipología de piso o suelo, construida con el material que sea, acero, hormigón, madera…queda dentro del amplio concepto de forjado. A lo largo de este artículo desarrollaremos este tema que forma parte del contenido tratado en el Máster Internacional en Estructuras de Edificación con CYPE.

Forjados

Desde el punto de vista estructural, un forjado, es generalmente un elemento resistente horizontal que ha de soportar acciones perpendiculares a su plano, por lo cual, la directriz del plano se deformará en funciones de estas acciones, generalmente gravitatorias. Pero los forjados  de las estructuras de varias plantas, sometidas a la acción del viento, por ejemplo, o acciones debidas a la presión del terreno, o hidráulicas, también cumplen el papel de estructuras resistentes a dichas acciones, que siguen la directriz del plano, y con su rigidez, ayudan a arriostrar el conjunto estructural, cosiendo los pilares, y haciendo que la estructura colabore de manera conjunta.

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Forjado unidireccional de viguetas autoportantes y bovedillas aligeradas de poliestireno.
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Forjado unidireccional de vigas de madera y “revoltó” cerámico de rasilla

Por tanto un forjado actúa como una placa, apoyada o empotrada sobre los elementos portantes sobre los cuales descarga las acciones que recibe, deformándose, y transmitiendo dichas acciones sobre sus apoyos. En primera instancia, pues el modelo de placa, es decir un elemento estructural de gran superficie y poco canto, es el que mejor se ciñe a nuestra definición.

Si inicialmente los pisos se construyeron de madera, los carpinteros aprendieron a construir emparrillados que mediante encajes determinados, redujeron la deformación, mientras apoyaban o empotraban el perímetro contra las fachadas  y cargaderos.

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Forjado bidireccional trabajando como losa continua
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Forjado bidireccional de vigas de canto de madera como emparrillado

Torroja , en su “Razón y ser de los tipos estructurales”, reflexiona sobre cómo, la substitución de la madera por el hierro, solo se variaron los tipos de enlace. Parece que su mayor resistencia, habría de poder substituir las tablas de madera por chapas más delgadas; pero, aparte de su mayor coste, y su posibilidad de oxidación, su aspecto aconsejó  no ser alternativa a la madera.

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Forjado bidireccional reticular con aligeramientos de casetones plásticos

El hormigón armado, propone desde el principio soluciones originales y también más eficaces. Las vigas cruzadas, y los emparrillados se construyen de forma más sencilla y continua. Pero donde el hormigón armado mejora de manera notable la solución estructural, es en su monolitismo. La losa resultante reduce considerablemente el canto, y por tanto el volumen de material empleado. Como mejora a esta solución, aparece la viga de sección en T, que aligera el conjunto, y distribuye mejor las tensiones de tracción y compresión en su sección.

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Sección resistente de la viga en T armada, que puede ser unidireccional o cruzada bidireccional

El efecto de la continuidad que le permite la armadura interna, permite una mayor distribución de las cargas y del sistema resistente. Como evolución de los forjados de hormigón, se llega a la losa bidimensional maciza, o aligerada que además permite que los apoyos no estén necesariamente alineados, con un comportamiento altamente hiperestático. Pero a pesar de sus bondades, el encofrado de los forjados, es caro, y se buscan soluciones que permitan abaratar los costes, lo cual ha conducido hacia el empleo de las viguetas prefabricadas, bien sea armada o pretensada. Este sistema combina el hormigón y los bloques de aligeramiento, que cuando las vigas resistentes son bidireccionales, se logra el mismo efecto que la losa-placa, pero con una carga muerta mucho menor.

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Comportamiento de continuidad de los forjados de hormigón hiperestáticos
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Con la llegada de los sistemas mixtos, de acero y hormigón, los forjados colaborantes tienen cada día mayor aplicación. Permiten una construcción industrializada, y la propia chapa grecada hace las veces de encofrado, quedando integrada en el conjunto resistente una vez ha fraguado el hormigón.

Desde un punto de vista resistente, vemos que solo existen dos sistemas diferentes: los forjados unidireccionales y los forjados bidireccionales. Y que se deformen en una sola dirección, o en dos direcciones, no solo depende de que sus elementos resistentes puedan deformarse en una o dos direcciones ortogonales, sino también de sus condiciones de contorno. No por construir un forjado bidireccional, su deformación lo será si por ejemplo las distancias entre los pilares son muy desproporcionadas.

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Ya finalmente, la introducción de los sistemas de postensado en los forjados de hormigón, ha permitido, controlando la fisuración de la sección, aprovechar al máximo las secciones resistentes del material, lo cual nos ha conducido a un aumento considerable de las luces entre apoyos, aun a costa de un aumento mucho menor de los cantos resultantes.

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Forjado de hormigón armado y postensado antes del hormigonado.

Autor: Carles Romea

Extractado de: https://www.e-zigurat.com/noticias/forjados-su-tipologia/

La arquitectura High Tech

La arquitectura High Tech

Arquitectura High Tech blog Zigurat

La tendencia High-Tech, que irrumpe durante la década de los sesenta, intenta superar el movimiento moderno en arquitectura, poniendo en evidencia, y dejando a la vista los diversos elementos constructivos. Así la estructura, las instalaciones, los cerramientos y demás sistemas constructivos, pasan a ser los protagonistas .

La construcción del emblemático edificio del Centre Pompidou, el popular Beubourg de Paris, del 1977, da la salida del movimiento High-tech que durante los años 90, incorpora a su programa inicial, la incorporación de las energías alternativas. Nace pues durante la grave crisis del petróleo de los 70 y se regenera en los 90, con un trasfondo que gira alrededor de la optimización energética.

Edificio Pompidou Paris
Edificio Pompidou Paris

Edificio Pompidou de Paris, conocido como Beuabourg.

 

Coincidiendo con este proyecto, aparece el libro “High-Tech: The industrial style and source book for the home” de los autores Joan Kron y Suzanne Slesin, en donde aparece la célebre frase acerca de la polémica propuesta “es probable que tu padre lo encuentre insultante”.

El proyecto, firmado por los arquitectos Richard Rogers y Renzo Piano, entonces muy jóvenes, contó con la contribución del ingeniero Peter Rice, de la ingeniería Ove Arup, que hizo posible una de sus mejores estructuras. Pero, como pasa siempre, el presidente del jurado, quién apostó fuerte por su construcción, fue Jean Prouvé, entonces ya en edad provecta.

Su declarada apuesta por el brutalismo más extremo, transgrede algunos principios básicos que ya desde entonces forman parte del repertorio High-tech. Una clara apuesta por los materiales tecnológicos, el vidrio, el acero, el acero inoxidable, incluso la fundición en las piezas gerberete, en clara referencia y homenaje al ingeniero Gerber, se mezclan con las instalaciones técnicas. Los conductos de aire de la climatización, los conductos de protección al fuego, los diferentes sistemas de iluminación, las escaleras y ascensores, dejando la piel del edificio, de acero y vidrio, en un segundo plano, donde la estructura le roba protagonismo.

Ahora sabemos, después de muchos años desde su inauguración, cuáles fueron sus errores de juventud, que luego, se han ido corrigiendo. Ya en los años 80, tomó el testigo el arquitecto Sir Norman Foster que nos dejó alguno de sus mejores proyectos, dando pleno sentido al concepto High-tech.

De ésta época datan los proyectos emblemáticos del banco de Hong Kong y Shangai, y también el interesante edifico de Jean Nouvel del instituto del Mundo Árabe de Paris.

Centro Arabe Paris blog Zigurat

Centro Arabe de Paris de Jean Nouvel.

Banco Hong Kong Sit Norman Foster

Banco de Homg-Hong de Sir Norman Foster.

Cabe recordar que a finales de los años 60, se consiguió llegar a la luna. Se hizo un gran esfuerzo tecnológico y se extendió la idea real de que la aplicación de la tecnología podía mejorar la vida de las personas. Este principio inspiró la nueva arquitectura que luego desembocó en el concepto de High-tech.

A medida que las nuevas preocupaciones sociales fueron evolucionando, el programa High-tech fue adaptándose a sus necesidades. En la década de los 90 se incorporaron las nuevas fuentes de energía. En el edificio proyectado para la EDF Electricité de France, Foster, en 1992-1996, consigue incidir sobre el ahorro energético, reduciendo a la mitad, el gasto energético del edificio.

Edificio EDF electricite de France

Edificio EDF, electricite de France.

 

 Más adelante, la conocida como arquitectura sostenible, da paso al término Eco-tech, en donde finalmente la construcción de edificios, apuesta por la baja emisión de energía, la utilización de materiales tecnológicamente avanzados, pero acordes con materias primas naturales, y el bajo consumo energético, apostando de manera definitiva por las fuentes de energía naturales.
Ayuntamiento de Londres de Sir Norman Foster

Nuevo ayuntamiento de Londres de Sir Norman Foster.A pesar de que se ideó como un edificio eficiente energéticamente, los resultados no han confirmado su buen comportamiento.

Autor: Ing. Carles Romea

Extractado de: https://www.e-zigurat.com/noticias/arquitectura-high-tech/

Estructuras mixtas: acero – hormigón

Estructuras mixtas: acero – hormigón

Estructuras Mixtas Acero Hormigón

 

El diseñador de estructuras tiene a su alcance diversos materiales resistentes para hacer realidad sus proyectos.

Podría pensarse que unos materiales son mejores que otros, e incluso hay diseñadores que tiene sus preferencias, pensando que sus diseños son mejores por aplicar uno u otro.

La realidad es que en ingeniería, para cada caso concreto, tendremos un abanico de soluciones posibles, y cada material aportará pros y contras que tendrán que evaluarse correctamente.

De entre los materiales habituales en estructuras, el hormigón y el acero, han sido los preferidos por su versatilidad y adaptación en todo tipo de estructuras. La unión de ambos, acero y hormigón, genera las conocidas como estructuras mixtas que, hoy en día, son muy utilizadas porque optimizan considerablemente las soluciones constructivas.

A diferencia del hormigón armado, en donde el acero que se utiliza es de unas características resistentes particulares para trabajar básicamente a tracción, en las estructuras mixtas, el acero utilizado es el habitual de calidad estructural S-275 Mpa o S-355 Mpa, laminado en caliente.

El hormigón es un material barato, de fácil puesta en obra, que tiene unas excelentes cualidades para trabajar a compresión, con el añadido de que, a diferencia de las secciones equivalentes de acero, presenta un excelente comportamiento frente al pandeo, al presentar secciones, generalmente poco esbeltas. Así parece lógico que aprovechemos al máximo las cualidades de cada material por separado, buen trabajo a compresión del hormigón, excelente trabajo del acero trabajando indistintamente a tracción o a compresión, para crear las estructuras mixtas.

Forjados Colaborante Hormigon blog Zigurat
Forjados Colaborante Preparado hormigón

Forjados colaborante preparado para recibir el hormigón.

 

Cuando en los EEUU, se empiezan a popularizar los edificios en altura, con estructura metálica, a mitad de la década de los años 50 del siglo XX, se ponen a punto los forjados mixtos a partir de la patente de la unión entre la chapa grecada que, actuando como encofrado, recibe el hormigón fresco y el perfil laminado en caliente, mediante una conexión que permite que los dos materiales puedan trabajar conjuntamente.

Es la primera utilización de los forjados mixtos. Las chapas grecadas han ido evolucionando, y hoy en día existe una gran variación de identaciones, esto es la forma de plegado del perfil de la chapa, con diferentes geometrías, que permiten una correcta conexión entre el hormigón y la propia chapa metálica.

Diferentes tipos de plegados de chapas colaborantes.

 

Fruto de este desarrollo en el nuevo continente, a finales de la década de los años 60, se desarrollan nuevos sistemas que estudian cómo resolver sobre todo, la conexión del esfuerzo rasante entre los dos materiales estructurales, hormigón y acero.

Así durante los siguientes años, aparece en la normativa europea, en diferentes países, textos técnicos sobre el nuevo sistema constructivo.

Las British Standard recogen en su documento BS-5950-82 la referencia de los forjados colaborantes, y más adelante, a partir de los estudios y directrices de la investigación de Francia., con la publicación de los documentos “Avis Techniques”, se edita el Eurocode nº 4 para las estructuras mixtas.

Seccion Tipo Forjado Mixto

Sección tipo de un forjado mixto .

Uniones absorcion esfuerzo rasante

Uniones de absorción de esfuerzo rasante.

 

Pero si este tipo de estructuras presentan, desde el punto de vista mecánico unas mejoras evidentes, también, por la utilización del hormigón, tienen un muy buen comportamiento frente al fuego, lo que más modernamente ha permitido, ampliar el abanico de sus posibilidades, como en el caso de los pilares mixtos, acero-hormigón.

Los pilares de acero, a partir del recubrimiento del hormigón, presentan menos superficie expuesta al fuego, en caso de incendio, lo cual les permite, con gran rendimiento ser utilizados en estructuras como aparcamientos e industriales con elevado riesgo a incendio.

Estructura de vigas y pilares de sección mixta

 

Autor:

Ing. Carles Romea

Extractado de:  https://www.e-zigurat.com/noticias/estructuras-mixtas-acero-hormigon/