Estructuras de Metales

7/21/2019 Estructuras de Metales

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ESTRUCTURAS DE METALES

INTRODUCCIÓN

• Comienza en el s. XÍX.• Revolucionó la industria de la construcción por que ofrece una enorme cantidad deposibilidades para el diseño.• Una gran parte de la arquitectura aprovecha las ventaas que ofrece el acero.

• !l acero ha ido meorando con f"sicas as" como en las t#cnicas



!$%RUC%UR&$ & '&$! (! C&')!$ * +,$%!$

-!%&/&$ (! )&$ !$%RUC%UR&$ (! &C!R,

)os edi0cios cu1a estructura es un entramado de acero se constru1en con granrapidez 1a que2 por eemplo2 mientras se fabrican en taller los la estructura sepueden realizar los trabaos de movimiento de tierras 1 cimentación. %ras

ensamblar en obra los elemento d# acero puede construir inmediatamente lacubierta2 de manera que los trabaos de acabados se pueden efectuar a cubierto.

!l montae es independiente de las condiciones clim3ticas 1 por 4 consiguiente sepueden garantizar los plazos de eecución 1 la entrega. 5inal de las obras.

los entramados de acero se pueden reforzar a posteriori con gran facilidad2 talcomo pueden e6igir determinadas obras de reforma2 por eemplo2 reforzar lospilares para montar puentes7gr8a o reforzar las 3cenas para suspender gu"as2instalaciones2 etc.

7 $i se producen asentamientos de la cimentación2 los entramados de aceropermiten elevar 1 alinear partes enteras de un edi0cio 9construcciones a medialadera:.

7 )a gran resistencia de los per0les de acero permite que la sección de pilares 3cenas sea m"nima. !sto permite que la altura entre plantas 1 la super0cie defachada sea m3s reducida 9menor volumen construido:.

7 )a menor sección de los pilares 1 la ausencia de paredes de carga reducen lasuper0cie ocupada por la estructura.

7 )as estructuras de acero son especialmente rentables para grandes claros.



• )os entramados de acero correctamente dimensionados permiten realizar lostrabaos de acabados sin problemas.

• )os edi0cios 9e vanas2 plantas con estructura de acero son m3s Una estructura deacero se puede desmontar 1 volver a levantar en otro sitio.

)os edi0cios con estructura de acero ofrecen una gran libertad lompositiva porla%educida sección estructural de sus elementos portantes.

(!$-!%&/&$

)os inconvenientes de los elementos de acero son el riesgo de corrosión 1 laescasa resistencia en caso de incendio. &mbos se pueden superar mediante unrevestimiento resistente al fuego o una imprimación. $in embargo2 las estructurasmi6tas de acero 1 concreto ofrecen una ma1or protección contra incendios. !n lasnaves industriales suele no ser necesario colocar un revestimiento resistente al

fuego.

$i no se e6igen medidas especiales de protección contra incendios2 se aplicasimplemente una imprimación anticorrosiva a la estructura de acero2 que necesitaun determinado mantenimiento en función de las solicitaciones de corrosión.

PROPIEDADES DEL MATERIAL

!l acero empleado en la construcción est3 normalizado. !sta norma abarca todoslos productos empleados en la construcción de estructuras de acero a e6cepción

de tubos 1 aceros para 0nes espec"ales como2 por eemplo2 de grano 0no.

)os aceros para la construcción que se encuentran en el mercado se clasi0can entres grupos. $e diferencian por las propiedades mec3nicas2 sobre todo el l"mite derotura2 1 por un menor margen de tolerancia en los ensa1os.

• Grupo 1: cumple los requisitos generales respecto a la soldadura.

• Grupo 2: para requisitos más elevados.

• Grupo 3: previsto para requisitos especiales.

)os materiales empleados en la construcción de estructuras de acero suelen seraceros de carbono sin aleaciones.

!n una especie de proceso de clasi0cación se tienen en cuenta las in;uencias m3simportantes para elegir el material2 fundamentalmente en los elementosconstructivos soldados 1 sometidos a tracciones. !l riesgo de rotura dependesobre todo de los siguientes factores< estado de tensiones 9sobre todo si act8anfuerzas en diferentes direcciones:= importancia del elemento constructivo=temperatura 9in;uencia del fr"o:= grosor del material= 1 conformación en fr"o.

!l riesgo de rotura aumenta cuando ha1 una gran concentración de tensiones2especialmente si act8an fuerzas en diferentes direcciones2 originadas no sólo porlas sobrecargas de uso2 sino tambi#n por las soldaduras realizadas2 )a importanciadel elemento constructivo se uzga en función de los daños que ocasionar"a su



rotura. )os elementos constructivos de primer orden se cuestionan en el colapsode toda la estructura. +ara las mismas condiciones2 el riesgo de rotura aumenta aldisminuir la temperatura2 +or esto2 para temperaturas baas se han de e6igirma1ores requisitos a los productos de acero. !l riesgo de rotura aumenta2 sobretodo2 cuanto ma1ores el espesor del material. (e los niveles de clasi0cación 1 delespesor del material se deduce de qu# grupo ha de ser el acero a emplear.

C,>+,R%&>?!%, !$%RUC%UR&) * (!) %R&'&/, (!) &C!R,

+ropiedades mec3nicas< &lta resistencia a la ;e6ión 1 a la compresión.Coe0cientes 1 esfuerzo de trabaoResistencia del acero< @AB DgEcm@5actor de reducción 9seg8n reglamento:< F.G>ódulo de elasticidad 9constante:< @2FFF FFF HgEcm@&cero com8nmente utilizado en nuestro pa"s< (!$?I&C?, &.$.%.>. &7BJ 9,>7'7@AK:<!sfuerzo de ;uencia m"nimo< @AB DgEcm@ LM BJFFF lbsEpulg@

!s0ierzo m"nimo especi0cado de ruptura< KFNO a AJ@A DgEcm@ LM AOFFF a OFFFFlbsEpulg@

(?&IR&>& (! (!5,R>&C?P (!) &C!R,<

PERFILES ESTRUCTURALES

ips2 ptc2 ptr3ngulolosaceroz1tper0les compuestos

armadurascablesmallas



CR?%!R?,$ +&R& !$%RUC%UR&

criterio < la estructura debe ser económica 1 seguracriterio @< rigidez inherente en cone6iones

criterio B< menor peso Q menor costo criterio K< menor empico de mano de obra en la fabricación 1 montae Q menorcosto



C&RI&$ $,'R! !$%RUC%UR& 7 +R,C!(?>?!%, (! (?$!,

7$elección de la estructura7 (eterminación de las cargas sobre la estructura 9personas autos2 etc.:7 >omentos 1 fuerzas que intervienen7 (imensionamiento por sección7 5uncionamiento bao condiciones de servicio7 Revisión

C,C?(!R&C?,!$.

@. !s recomendable tener alguna idea del proceso de fabricación<

B.K. e6actitud 1 tolerancia de las piezas Saumenta costos la e6actitudT

A. rigidez de miembros grandes Scasi imposible la rectitud totalTJ. m#todos para enderezado Senderezado en fr"o2 1a en obraT

N.O.



G.10.



.@. !s importante diseñar los detalles de las estructuras met3licas

CB.

CK.

A.J. )a estructura puede ser integrada en el concepto formal de los edi0cios

N.

O.CG.

@F. +)&,$ (! %&))!R<

@.



@@. 8mero de parte o marca

@B. Cantidad de piezas

@K. dimensiones

@A. )ocalización

@J. %amaño de agueros

@N.

@O.



@G.

BF. MONTAJE

B.B@. (urante la carga2 descarga2 transporte2 almacenamiento 1 montae delas piezas de acero2 #stas no deben sufrir sobresolicitaciones2 alabeos odeformaciones. !specialmente cuando se manean coordenadas2 deber3nprotegerse adecuadamente.

BB.BK. !l montae de estructuras de acero ha1 que poner especial cuidado enobtener las formas indicadas en los planos. )a correcta posición de loselementos debe comprobarse con repetidas mediciones.

BA.BJ. %ambi#n ha1 que asegurar su0cientemente la estabilidad 1 resistencia dela estructura durante el montae. )os apuntalamientos 1 o"ros dispositivosau6iliares de montae no deber3n quitarse hasta asegurarse de que seanest3ticamente innecesarios.

BN.BO. $ólo se empezar3n a roblonar 1 soldar las partes cuando el armazón seha1a completado 1 las piezas est#n bien aseguradas 1 austadas con pernos 1mordazas.

BG.KF. !l espacio entre la placa de apo1o 1 el cuerpo de obra macizo deberellenarse con mortero de cemento.

K.K@. +ara comprobación2 deben ser accesibles todos los roblones2 pernos 1cordones de soldadura. !n uniones no accesibles en la comprobación 0nal2debe efectuarse una comprobación previa.

KB.KK. )as soldaduras en obra deben reducirse a las m"nimas indispensables.

KA.KJ. +ara la eecución de untas de vigas soldadas debe recapacitarseconcienzudamente la secuencia de los cordones de soldadura. )as soldadurasde cuello entre cordón 1 alma2 efectuadas en taller2 deben terminar algo

separadas de la unta a soldar en obra.KN.a $eguridad de los empleados



b $eguridad del materialc !conom"a del montae 1 transported Rapid#zKO.e f KG.

ghi



AF.A. ESTRUCTURAS MIXTAS

[email protected]. )as estructuras mi6tas son aquellas en las que est3n conectadosest3ticamente per0les de acero sometidos a tracciones2 con elementos dehormigón sometidos a compresiones. )a actuación conunta de ambos

materiales se consigue con una unión r"gida en la unta de contacto. Comoconectores se emplean bulones2 pernos o ganchos2 con o sin cartelas.

AK.AA. )a sección de una viga de acero puede ser m3s ligera s" est3 conectada ala capa superior de hormigón2 !sto puede llegar a reducir hasta el BF elespesor total del forado o2 s" se mantiene la misma alturaL emplear menosacero. ,tra ventaa de las vigas mi6tas es que se pueden satisfacer con relativafacilidad los requisitos de protección ac8stica2 contra incendios 1 corrosión9revestimiento con hormigón:2 as" como el almacenamiento de calor 1 elarriostramiento con un material de construcción barato como es el hormigón.

AJ.AN. )os pilares mi6tos se constru1en hormigonando per0les laminados2rellenando con hormigón el n8cleo de un pilar compuesto de sección cerrada uhormigonando directamente el interior de los per0les tubulares.

AO.AG. )os pilares mi6tos2 adem3s de soportar cargas m3s grandes2 poseen unabuena resistencia al fuego2

JF.J. )os pilares mi6tos de per0les tubulares pueden dimensionarse de maneraque se alcance una determinada resistencia al fuego sin un revestimiento deprotección en el e6terior2 de manera que se puede dear el acero visto. &unqueestructural mente no es necesario armar el hormigón del n8cleo2 por motivosde protección contra incendios se han de colocar armaduras para descargar lasección de acero.

[email protected]. $?$%!>&$ C,$%RUC%?-,$<

JK.7 +ara cubrir gran claro<7 Cascarones reticulares

JA.



JJ. !$%RUC%UR&$ (! IR& C)&R,

JN.

JO.

JG.NF.N.N@. !(?5?C?,$ (! IR& &)%UR&

NB.NK. $e utilizan diversos tipos de sistemas estructurales dependiendo de la alturadel edi0cio.

NA.NJ. . >arcos con vigas libremente apo1adas Shasta J niveles@. marcos concone6iones semir"gidas 1 a1uda de alg8n muro de relleno Shasta A nivelesT

NN. @. marcos con cone6iones semir"gidas 1 a1uda de alg8n muro de rellenoShasta A nivelesT

NO. B. marcos con nudos r"gidos Shasta KF nivelesT su econom"a se reducedespu#s de @F niveles

NG. K. combinación de marcos r"gido 1 marcos contaventeados Shasta JFnivelesT



OF. A. m3s de JF pisos se utilizan sistemas de contravcnteo en marcos tipocaón< Sfunciona como las paredes de un tuboT<

O. a7 columnas mu1 untas 1 vigas r"gidas

O@. b7 contravcnteo mu1 cerrado en la pared e6terior

OB. c7 contraventeo de toda la fachada

OK.OA.OJ.

ON.



OO. 5&))&$

OG.

[email protected]. %?+,$ (! !$%RUC%UR&$<

GK.GA. . )ibremente apo1ada

GJ. @. $emir"gida

GN. B. R"gida

GO.GG.



FF.



F. CONEXIONES

[email protected]. )as cone6iones sirven para enlazar los diferentes elementos de unaestructura 1 para transmitir los esfuerzos.

FK.FA. $e distingue entre uniones 0as 1 desmontables. )as soldaduras 1 losremaches son uniones 0as2 mientras que los tornillos2 bulones articulados2chavetas 1 tensores se emplean para realizar uniones desmontables. >ientraslas primeras se efect8an fundamentalmente en taller2 las segundas sirven2 sobretodo2 para unir piezas en obra.

FJ.FN. )os sistemas de unión tambi#n se diferencian por la manera detransmitir los esfuerzos 1 la distribución de tensiones. )os remaches 1 los pernosoriginan una elevada concentración de tensiones en el v3stago del elemento deunión 1 en el per"metro del aguero de las piezas a unir. !n las uniones con

tornillos de alta resistencia la distribución de tensiones es m3s uniforme.FO.109. Una distribución m3s homog#nea sólo se consigue en las soldaduraslineales. !l empleo de adhesivos par unir metales se reduce2 hasta ahora2 aconstrucciones ligeras. !ste sistema de unión ofrece una transmisión deesfuerzos óptima al actuar en toda la super0cie.

CCF.• $oladuras• Remaches•

%ornillos• +asadores

.



@.

C,!X?,!$ $,)(&(&$

B.K. !n la actualidad la soldadura es equivalente al remachado si la unión sóloest3 sometida a cargas est3ticas 1 se emplea en la construcción de estructurasde acero debido al reducido consumo de material 1 mano de obra. &dem3s2 lasuniones soldadas ofrecen una imagen m3s satisfactoria en aquellos elementosque van a quedar vistos.

A.J. )a unión de elementos de material id#ntico o parecido se realiza mediantecordones de soldadura. +ara su eecución se calientan los elementos a unirhasta alcanzar la temperatura de fusión 1 del alambre de aportación se funde elmaterial necesario para rellenar el cordón.



N.O. $eg8n como se realice el calentamiento se distingue entre< soldaduraso6iacetil#nicas 1 soldaduras por arco voltaico. !n esta 8ltima2 la m3s utilizada2el alambre de aportación hace de electrodo.

G.@F. !n la soldadura o6iacetil#nica el calor se genera mediante una llama. !nla actualidad2 este procedimiento pr3cticamente sólo se utiliza en trabaos dereparación.

@.@@. !l m#todo m3s frecuente es la soldadura por arco valtaico. +or fusión delelectrodo de soldadura= el cordón de soldadura se ha de proteger del o6"genodel aire.

@B.

@K.

@A.@J. TIPOS DE CORDONES DE@N. SOLDADURA

@O.@G. )a forma del cordón de soldadura 1 su espesordepende de las caracter"sticas de los elementos a unir 1de los esfuerzos a transmitir.



BF. )as solicitaciones sobre cordón de soldadura pueden ser de tracción2compresión 1 cortante. $e distingue entre soldaduras a tope 1 soldaduras en3ngulo. !stas 8ltimas son las m3s f3ciles de eecutar 12 por ello2 son las m3sfrecuentes. $in embargo2 con las soldaduras a tope se consigue unaresistencia ma1or que con las soldaduras en 3ngulo2 debido a unadistribución de tensiones m3s favorables.

B.B@. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LAS

BB. SOLDADURAS

BK.BA. )as soldaduras permiten un ma1or grado de libertad en la construcción deestructuras de acero.

BJ.BN. )a sección de los elementos portantes no se debilita 1 puedeaprovecharse aV m36imo s" las uniones se diseñan correctamente. )a eecuciónde muchas uniones como2 por eemplo2 en los e6tremos de los pórticos 1 en losrestantes nudos de la estructura2 es m3s sencilla. $uele ser su0ciente colocarchapas para rigidizar las uniones.

BO.BG. )os refuerzos 9?ncluso a posterior: de elementos aislados son f3ciles derealizar. &dem3s2 las secciones tubulares2 especialmente adecuadas para loselementos sometidos a compresiones2 pueden unirse con facilidad.

KF.K. Iracias a estas simpli0caciones constructivas se consiguen lassiguientes ventaas< menor n8mero de elementos aislados2 ahorro de material 1reducción de peso.

K@.



KB. )a manipulación 1 montae de las estructuras de acero no producenruidos especialmente molestos 12 por lo tanto2 se pueden construir conindependencia de los edi0cios que e6istan en el entorno. $in embargo2 alrealizar la soldadura aparecen con facilidad deformaciones o tensionesadicionales que a menudo no se dominan. !n las estructuras e6istentes 1sometidas a cargas2 las soldaduras sólo se pueden realizar previoapuntalamiento.

KK.145. )os trabaos de soldadura se deben realizar principalmente en taller. !ncaso de elementos de cero demasiado grandes2 las untas entre las diferentespiezas se pueden atornillar 9uniones a realizaren obra:.

CKJ.

KN. C,!X?,!$ R!>&CW&(&$CKO.KG. $e habla de remache resistente cuando se han de transmitir esfuerzos atrav#s de la unión2 1 de remache de apuntalamiento cuando sólo debemantener unidas las piezas entre s". )a ventaa de las uniones remachadasconsiste en que2 respecto a resistencia2 elasticidad 1 dilatación2 se comportancasi igual que el material de los elementos unidos 1 en que se puede comprobarse estado en cualquier momento.

AF.

A.A@. CONEXIONES ATORNILLADAS

AB.

AK. !n la construcción de estructuras de acero se emplean unionesatornilladas<



• .7 Cuando se han de absorber esfuerzos a6iales de tracción2 por eemplo2 entornillos de anclae=

• @.7 Cuando la longitud de apriete es demasiado grande para un remache=

• B27 Cuando se e6ige una determinada movilidad de la unión2 por eemplo2determinados enlaces de vigas=

• K.7 !n todas las uniones que se han de poder desmontar2 sobre todo enconstrucciones au6iliares2 pabellones de e6posiciones 1 construcciones en lasque se prev#n modi0caciones=

• A.7 !n los enlaces de materiales que no permiten realizar una unión remachada2por eemplo2 en la unión de piezas de acero con elementos de hierro de



AA. fundición=

• J.7 !n lugares dif"cilmente accesibles2 donde no puede realizarse una soldadurao una unión remachada.

•

AJ. !n general se pre0eren las uniones atornilladas para unir elementosconstructivos en obra2 1a que son m3s f3ciles2 r3pidas 1 baratas de eecutar.&dem3s2 facilita el auste del entramado2 1a que las uniones atornilladaspermiten una movilidad ma1or que las dem3s uniones.

CAN.



AO.

AG. $!IUR?(&( C,%R& 5U!I, * C,RR,C?P

CJF.J. >ientras la humedad relativa del aire sea inferior al JA no ha1 peligrode que el acero de o6ide. $ólo por encima de este l"mite se han de proteger loselementos constructivos de acero frente a la corrosión. $in embargo2 ennuestras latitudes2 debido a la elevada humedad atmosf#rica 1 al nivel decontaminación del aire en imprescindible proteger el acero contra la corrosión.

[email protected]. )a corrosión del acero se origina por o6idación del aire con el o6"geno dela atmósfera 1Eo por efecto del potencial electroqu"mico de aquellos metalesque est3n por encima del hierro en la serie de polaridad de los metales9metales m3s nobles:. )as secciones sometidas actualmente a solicitacioneselevadas2 por motivos de econom"a2 1 en especial las estructuras ligeras conelementos de escaso grosor2 se han de proteger cuidadosamente contra lacorrosión. !n los elementos delgados de acero se ha de prestar especialatención al debilitamiento de su conseguir una buena protección contra lacorrosión 1a se ha de tener en cuenta al diseñar el constructivo de acero2

prestando especial atención a los siguientes aspectos<

JK.JA. !lementos estructurales deber"an estar formados por per0les de formasencilla con poca super0cie. )as pociones simples son preferibles a lascompuestas2 las soldadas preferibles a las atornilladas.

JJ.JN. )as super0cies de los elementos constructivos han de ser f3cilmenteaccesibles para poder controlar 1 realizar los trabaos de mantenimientoprotección contra la corrosión.

JO.



JG. $e han de evitar las bolsas de acumulación de agua 1 suciedad medianteel diseño adecuado de la super0cie 1 practicando agueros desagYe

NF.N. )os cantos agudos se han de biselar pera que la capa de protecciónpueda aplicarse alrededor del canto.

[email protected]. )a aut#ntica protección contra la ,6idación se consigue2 sobre todo2mediante imprimaciones 1 cincado al fuego



174.

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