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  • La información reunida en este material es muy buena, pero como presentación esta demasiada cargada de Teoría. La resumiré y listo.
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Tema 1

  1. 1. TEMA 1 CALZADA NUÑEZ SURY FERNANDA FUESTES ESPINOSA MARLHONMARTINEZ GUITIERREZ JONATHAN CHRISTIAN
  2. 2. ÍNDICE Introducción. Aplicación estructural de perfiles y conexiones metálicas. Uso del concreto en estructuras metálicas. Soldaduras, remaches y pernos. Transportación y montaje. Protección contra intemperie e incendio. Referencias de consulta.
  3. 3.  Las Estructuras Metálicas constituyen un sistema constructivo muy difundido en varios países, cuyo empleo suele crecer en función de la industrialización alcanzada en la región o país donde se utiliza. Se elige por sus ventajas en plazos de obra, relación coste de mano de obra – coste de materiales, financiación, etc. Las estructuras metálicas poseen una gran capacidad resistente por el empleo de acero. Esto le confiere la posibilidad de lograr soluciones de gran envergadura, como cubrir grandes claros, cargas importantes. Al ser sus piezas prefabricadas y con medios de unión de gran flexibilidad, se acortan los plazos de obra significativamente. La estructura característica es la de entramados con nudos articulados, con vigas simplemente apoyadas o continuas, con complementos singulares de celosía para arriostrar el conjunto. En algunos casos particulares se emplean esquemas de nudos rígidos, pues la reducción de material conlleva un mayor coste unitario y plazos y controles de ejecución más amplios. Las soluciones de nudos rígidos cada vez van empleándose más conforme la tecnificación avanza, y el empleo de tornillería para uniones, combinados a veces con resinas. El uso de hierro en la construcción se remonta a los tiempos de la Antigua Grecia; se han encontrado algunos templos donde ya se utilizaban vigas de hierro forjado. En la Edad Media se empleaban elementos de hierro en las naves laterales de las catedrales. Pero, en verdad comienza a usarse el hierro como elemento estructural en el siglo XVIII; en 1706 se fabrican en Inglaterra las columnas de fundición de hierro para la construcción de la Cámara de los Comunes en Londres. El hierro irrumpe en el siglo XIX dando nacimiento a una nueva arquitectura, se erige en protagonista a partir de la Revolución Industrial, llegando a su auge con la producción estandarizada de piezas. Aparece el perfil "doble T" en 1836, reemplazando a la madera y revoluciona la industria de la construcción creando las bases de la fabricación de piezas en serie.
  4. 4.  Existen tres obras significativas del siglo XIX exponentes de esa revolución : La primera es el Palacio de Cristal, de Joseph Paxton, construida en Londres en 1851 para la Exposición Universal; esta obra representa un hito al resolver estructuralmente y mediante procesos de prefabricación el armado y desarmado , y establece una relación novedosa entre los medios técnicos y los fines expresivos del edificio. En su concepción establece de manera premonitoria la utilización del vidrio como piel principal de sus fachadas. En esa Exposición de París de 1889, el ingeniero Ch. Duter presenta su diseño la Calerie des Machine, un edificio que descubre las ventajas plásticas del metal con una estructura ligera y mínima que permite alcanzar grandes luces con una transparencia nunca lograda antes. Otra obra ejecutada con hierro, protagonista que renueva y modifica formalmente la arquitectura antes de despuntar el siglo XX es la famosa Torre Eiffel (París, Francia). El metal en la construcción precede al hormigón; estas construcciones poseían autonomía propia complementándose con materiales pétreos, cerámicos, cales, etc. Con la aparición del concreto, nace esta asociación con el metal dando lugar al concreto armado. Todas las estructuras metálicas requieren de cimentaciones de concreton, y usualmente se ejecutan losas, forjados, en este material. Actualmente el uso del acero se asocia a edificios con características singulares ya sea por su diseño como por la magnitud de luces a cubrir, de altura o en construcciones deportivas (estadios) o plantas industriales. El acero es un compuesto que consiste casi totalmente de hierro. Contiene también pequeñas cantidades de carbono, sílice, manganeso, azufre, fosforo otros elementos. El carbono es el material que tiene mayor efecto en las propiedades del acero. La dureza y la resistencia aumentan a medida que el porcentaje de carbono se eleva, pero desgraciadamente acero resultante es más quebradizo y su soldabilidad disminuye considerablemente. En las estructuras de acero diseñadas en el pasado, y en la mayoría de las que actualmente se diseñan, se han usado y usan los llamados métodos de diseño elástico. El diseñador estima la caga de trabajo o las cargas que la estructura posiblemente deba soportar y dimensiona sus miembros
  5. 5.  La ductibilidad del acero ha sido usada como una reserva de resistencia, y la utilización de este hecho constituye la base de la teoría conocida como el diseño plástico. En este método las cargas de trabajo se estiman y multiplican por ciertos factores y los miembros se diseñan basándose en las resistencias a la falla o al colapso. Se usan también otros nombres para este método. Aunque solo unos cuantos centenares de estructuras se han diseñado en el mundo por los métodos de diseño plástico, los profesionales se están moviendo decididamente en ese sentido. El ingeniero diseñador está bien enterado de que la mayor porción de la curva esfuerzo- deformación queda más allá del límite elástico del acero. Además, las pruebas realizadas durante años, han puesto en claro que los aceros dúctiles pueden resistir esfuerzos apreciablemente mayores que los correspondientes a su límite de fluencia, y que en casos de sobrecargas, las estructuras hiperestáticas tienen la propiedad, feliz de redistribuir las cargas debido a la ductilidad del acero. Teniendo en cuenta esta información, se han hecho recientemente muchas proposiciones de diseño plástico. Es indudable que en algunos tipos de estructuras, el diseño por plasticidad conduce a la utilización más económica del acero, que la que se logra con el diseño por elasticidad. El acero estructural puede laminarse económicamente en una variedad de formas y tamaños sin un cambio apreciable de sus propiedades físicas. Normalmente los miembros más ventajosos son aquellos que tienen grandes módulos de sección en proporción con sus áreas de sus secciones transversales. Las formas I, T, y canal, tan comúnmente usadas pertenecen a esta clase. Los perfiles de acero se identifican por la forma de su sección transversal, como ejemplos están los ángulos, tés., zetas, y placas. Es necesario por tanto establecer una clara distinción entre las vigas estándar americanas (vigas I) y las vigas de patín ancho (vigas W), ya que ambas tienen sección en I. El lado interno de los patines de una viga W, puede ser paralelo al lado externo, o casi paralelo, con una pendiente máxima de 1:20, en la superficie interior dependiendo del fabricante.
  6. 6. FABRICACIÓN DEL ACERO Arrabio, es un material fundido que se Acero: aleación de hierro que contiene entre un obtiene en el alto horno mediante reducción 0.04 y un 2.25% de carbono y a la que se añaden del mineral de hierro. Se utiliza como materia elementos como níquel, cromo, manganeso, silicio prima en la obtención de las aleaciones o vanadio, entre otros. férricas fundamentales: las fundiciones y los aceros. El acero se obtiene eliminando las impurezas del arrabio, producto de fundición de los altos hornos, y añadiendo después las cantidades adecuadas de carbono y otros elementos. La principal dificultad para la fabricación del acero es su elevado punto de fusión, 1.400 ºC, que impide utilizar combustibles y hornos convencionales. En 1855, Henry Bessemer desarrolló el horno o convertidor que lleva su nombre y en el que el proceso de refinado del arrabio se lleva a cabo mediante chorros de Producción de acero aire a presión que se inyectan a través del El arrabio fundido se vierte en un crisol abierto metal fundido. En el proceso Siemens-Martin, para ser convertido en acero. El acero es una forma o de crisol abierto, se calientan previamente de hierro producida a partir de mineral de hierro, el gas combustible y el aire por un coque y caliza en un alto horno. Para fabricar un procedimiento regenerativo que permite acero resistente hay que eliminar el exceso de alcanzar temperaturas de hasta 1.650 ºC. carbono y otras impurezas.
  7. 7. CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS Y TECNOLÓGICAS DEL ACERO Aunque es difícil establecer las propiedades físicas y mecánicas del acero debido a que estas varían con los ajustes en su composición y los diversos tratamientos térmicos, químicos o mecánicos, con los que pueden conseguirse aceros con combinaciones de características adecuadas para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunas propiedades genéricas: Su densidad media es de 7850 kg/m³. En función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir. El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcentajes de elementos aleantes. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1.510 °C en estado puro (sin alear), sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1.375 °C, y en general la temperatura necesaria para la fusión aumenta a medida que se aumenta el porcentaje de carbono y de otros aleantes. (excepto las aleaciones eutécticas que funden de golpe). Por otra parte el acero rápido funde a 1.650 °C. Su punto de ebullición es de alrededor de 3.000 °C. Es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas para fabricar herramientas. Relativamente dúctil. Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres. Es maleable. Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata. La hojalata es una lámina de acero de entre 0.5 y 0.12 mm de espesor, recubierta generalmente de forma electrolítica por estaño. Permite una buena mecanización en máquinas herramientas antes de recibir un tratamiento térmico. Algunas composiciones y formas del acero mantienen mayor memoria y se deforman al sobrepasar su límite elástico.
  8. 8.  La dureza de los aceros varía entre la del hierro y la que se puede lograr mediante su aleación u otros procedimientos térmicos o químicos entre los cuales quizá el más conocido sea el templado del acero, aplicable a aceros con alto contenido en carbono, que permite, cuando es superficial, conservar un núcleo tenaz en la pieza que evite fracturas frágiles. Aceros típicos con un alto grado de dureza superficial son los que se emplean en las herramientas de mecanizado, denominados aceros rápidos que contienen cantidades significativas de cromo, wolframio, molibdeno y vanadio. Los ensayos tecnológicos para medir la dureza son Brinell, Vickers y Rockwell, entre otros. Se puede soldar con facilidad. La corrosión es la mayor desventaja de los aceros ya que el hierro se oxida con suma facilidad incrementando su volumen y provocando grietas superficiales que posibilitan el progreso de la oxidación hasta que se consume la pieza por completo. Tradicionalmente los aceros se han venido protegiendo mediante tratamientos superficiales diversos. Si bien existen aleaciones con resistencia a la corrosión mejorada como los aceros de construcción aptos para intemperie (en ciertos ambientes) o los aceros inoxidables. Posee una alta conductividad eléctrica. Aunque depende de su composición es aproximadamente de 3 · 106 S/m. Se utiliza para la fabricación de imanes permanentes artificiales ya que una pieza de acero imantada no pierde su imantación si no se la calienta hasta cierta temperatura. La magnetización artificial se hace por contacto, inducción o mediante procedimientos eléctricos. En lo que respecta al acero inoxidable, al acero inoxidable ferrítico sí se le pega el imán, pero al acero inoxidable austenítico no se le pega el imán ya que la fase del hierro conocida como austenita no es atraída por los imanes. Los aceros inoxidables contienen principalmente níquel y cromo en porcentajes del orden del 10% además de algunos aleantes en menor proporción.
  9. 9.  Un aumento de la temperatura en un elemento de acero provoca un aumento en la longitud del mismo. Este aumento en la longitud puede valorarse por la expresión: δL = α δ t° L, siendo a el coeficiente de dilatación, que para el acero vale aproximadamente 1,2 · 10−5 (es decir α = 0,000012). Si existe libertad de dilatación no se plantean grandes problemas subsidiarios, pero si esta dilatación está impedida en mayor o menor grado por el resto de los componentes de la estructura, aparecen esfuerzos complementarios que hay que tener en cuenta. El acero se dilata y se contrae según un coeficiente de dilatación similar al coeficiente de dilatación del hormigón, por lo que resulta muy útil su uso simultáneo en la construcción, formando un material compuesto que se denomina hormigón armado. El acero da una falsa sensación de seguridad al ser incombustible, pero sus propiedades mecánicas fundamentales se ven gravemente afectadas por las altas temperaturas que pueden alcanzar los perfiles en el transcurso de un incendio.
  10. 10. PRODUCCIÓN DE ARRABIO Los materiales básicos empleados para fabricar arrabio son mineral de hierro, coque y caliza. El coque se quema como combustible para calentar el horno, y al arder libera monóxido de carbono, que se combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico. La ecuación de la reacción química fundamental de un alto horno es Fe2O3 + 3 CO → 3 CO2 + 2 Fe La caliza de la carga del horno se emplea como fuente adicional de monóxido de carbono y como sustancia fundente. Este material se combina con la sílice presente en el mineral (que no se funde a las temperaturas del horno) para formar silicato de calcio, de menor punto de fusión. Sin la caliza se formaría silicato de hierro, con lo que se perdería hierro metálico. El silicato de calcio y otras impurezas forman una escoria que flota sobre el metal fundido en la parte inferior del horno. El arrabio producido en los altos hornos tiene la siguiente composición: un 92% de hierro, un 3 o 4% de carbono, entre 0,5 y 3% de silicio, del 0,25% al 2,5% de manganeso, del 0,04 al 2% de fósforo y algunas partículas de azufre. Un alto horno típico está formado por una cápsula cilíndrica de acero forrada con un material no metálico y resistente al calor, como asbesto o ladrillos refractarios. El diámetro de la cápsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es máximo en un punto situado aproximadamente a una cuarta parte de su altura total. La parte inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire. Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuando se sangra (o vacía) el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirar la escoria. La parte superior del horno, cuya altura es de unos 30 m, contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por válvulas en forma de campana, por las que se introduce la carga en el horno. Los materiales se llevan hasta las tolvas en pequeñas vagonetas o cucharas que se suben por un elevador inclinado situado en el exterior del horno.
  11. 11. ALTO HORNO Para transformar mineral de hierro en arrabio útil hay que eliminar sus impurezas. Esto se logra en un alto horno forzando el paso de aire extremadamente caliente a través de una mezcla de mineral, coque y caliza, la llamada carga. Unas vagonetas vuelcan la carga en unas tolvas situadas en la parte superior del horno. Una vez en el horno, la carga es sometida a chorros de aire de hasta 870 ºC (el horno debe estar forrado con una capa de ladrillo refractario para resistir esas temperaturas). El metal fundido se acumula en la parte inferior. Los residuos (la escoria) flotan por encima del arrabio fundido. Ambas sustancias se extraen periódicamente para ser procesadas.
  12. 12. CLASIFICIACIÓN DEL ACERO Los diferentes tipos de acero se agrupan en cinco clases principales: aceros al carbono, aceros aleados, aceros de baja aleación ultrarresistentes, aceros inoxidables y aceros de herramientas.ACERO AL ROJO Componentes estructurales de acero brillan al rojo bajo una temperatura de miles de grados. El calor intenso es un elemento inseparable de la siderurgia, pues el hierro y el acero admiten mejor operaciones como las de batido y laminado, cuando están muy calientes.ACEROS AL CARBONO Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas o pasadores para el pelo.ACEROS ALEADOS Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros se emplean, por ejemplo, para fabricar engranajes y ejes de motores, patines o cuchillos de corte.
  13. 13. ACEROS DE BAJA ALEACION ULTRARESISTENTES Esta familia es la más reciente de las cinco grandes clases de acero. Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con aceros de baja aleación pueden transportar cargas más grandes porque sus paredes son más delgadas que lo que sería necesario en caso de emplear acero al carbono. Además, como los vagones de acero de baja aleación pesan menos, las cargas pueden ser más pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios.ACEROS INOXIDABLES Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales. En cocinas y zonas de preparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad.ACEROS DE HERRAMIENTAS Estos aceros se utilizan para fabricar muchos tipos de herramientas y cabezales de corte y modelado de máquinas empleadas en diversas operaciones de fabricación. Contienen volframio, molibdeno y otros elementos de aleación, que les proporcionan mayor resistencia, dureza y durabilidad.
  14. 14. PROCESO DE ACABADO El acero se vende en una gran variedad de formas y tamaños, como varillas, tubos, raíles (rieles) de ferrocarril o perfiles en H o en T. Estas formas se obtienen en las instalaciones siderúrgicas laminando los lingotes calientes o modelándolos de algún otro modo. El acabado del acero mejora también su calidad al refinar su estructura cristalina y aumentar su resistencia. El método principal de trabajar el acero se conoce como laminado en caliente. En este proceso, el lingote colado se calienta al rojo vivo en un horno denominado foso de termodifusión y a continuación se hace pasar entre una serie de rodillos metálicos colocados en pares que lo aplastan hasta darle la forma y tamaño deseados. La distancia entre los rodillos va disminuyendo a medida que se reduce el espesor del acero. El primer par de rodillos por el que pasa el lingote se conoce como tren de desbaste o de eliminación de asperezas. Después del tren de desbaste, el acero pasa a trenes de laminado en bruto y a los trenes de acabado que lo reducen a láminas con la sección transversal correcta. Los rodillos para producir raíles o rieles de ferrocarril o perfiles en H, en T o en L tienen estrías para proporcionar la forma adecuada.
  15. 15. LAMINADO EN CALIENTE La colada continua (derecha, flechas rojas) es un método de trabajar el acero que transforma el metal fundido en tochos, lingotes o planchas. El metal al rojo blanco se vierte en moldes abiertos y va pasando a través de rodillos refrigerados por agua. Una serie de rodillos de guiado va dando la forma deseada al acero. Sin embargo, el laminado en caliente (izquierda, flechas azules) sigue siendo el principal método de trabajar el acero. El proceso comienza a partir de planchas de acero que se recalientan en un foso de termodifusión. El acero pasa por una serie de rodillos o trenes (de desbaste, de laminado y de acabado) que lo van aplastando progresivamente. Por último, el acero se arrolla en bobinas y se transporta a otros lugares para su procesado.
  16. 16. ALEACIONES Aleación se entiende la unión íntima de dos o más metales en mezclas homogéneas. Es muy raro encontrar aleaciones al estado natural; se las obtiene por fusión, mediante el aumento de la temperatura, al estado sólido. Las aleaciones tienen por objeto modificar en un sentido determinado las condiciones de los metales, tratando de mejorar bajo el punto de vista utilitario, ya sea su aspecto o su resistencia mecánica. Pero el número de aleaciones empleadas en construcción es grande, y algunas de ellas, como el bronce y el latón, datan de muy antiguo. Las aleaciones resultan a veces verdaderas combinaciones químicas, pero en la mayoría de los casos son simplemente mezclas bastante homogéneas, También se llama aleaciones a las combinaciones de los metales con los metaloides. Al alearse un metal con otro, queda afectado el punto de fusión de cada uno de ellos. Aunque la proporción sea el 50% de cada metal, rara vez es la que pueda calcularse matemáticamente el punto de fusión de la aleación entre el cobre (punto de fusión 1088oC) y el níquel (punto de fusión 1454oC), cuya aleación al 50% resulta con un punto de fusión próximo a la media aritmética de esas dos temperatura. Aleaciones de acero. Comúnmente conocidos como aceros especiales, son aceros al carbono, aleados con otros metales o metaloides, resultantes de la búsqueda del mejoramiento de sus características. Los elementos añadidos corrientemente son: el níquel, el cromo, vanadio, molibdeno, magnesio, silicio, tungsteno, cobalto, aluminio, etc. Aceros inoxidables. Los aceros inoxidables son los resistentes a la acción de los agentes atmosféricos y químicos. Los primeros que se fabricaron fueron para la cuchillería, con la proporción de 13 a 14% de cromo. Otros aceros fueron destinados a la fabricación de aparatos de cirugía, con la proporción de 18 a 20% de cromo y 8 a 10% de níquel; son también resistentes a la acción del agua de mar. Un acero de gran resistencia a la oxidación en caliente es el que tiene 20 a 30% de cromo y 5% de aluminio. Aceros anticorrosivos. Estos son aceros soldados de alta resistencia y bajo tenor de sus componentes de aleación: carbono, silicio, azufre, manganeso, fósforo, níquel o vanadio, cromo y cobre. A la intemperie se cubren de un óxido que impide la corrosión interior, lo que permite se los pueda utilizar sin otra protección. Como resultado de ensayos efectuados por algo más de diez años, se ha establecido que su resistencia a los agentes atmosféricos es de cuatro a ocho veces mayor que los del acero común al carbono. escala los que tienen 0,3 a 0,4% de carbono y 1% de cromo.
  17. 17. ESTRUCTURAS DE HACERO PARA EDIFICIOS Comienza en el siglo XIX, revoluciono la industria de la construcción por que ofrece una enorme cantidad de posibilidades para el diseño. • VENTAJAS se construyen con gran rapidez, el montaje es independiente de las condiciones climáticas, los entramados de acero se pueden reforzar, la gran resistencia de los perfiles de acero permite que la sección de pilares jácenas sea mínima, las estructuras de acero son especialmente rentables para grandes claros. • DESVENTAJAS el riesgo de corrosión, la escasa resistencia en caso de incendio. • PROPIEDADES se clasifican en tres grupos, el grupo 1 cumple los requisitos generales respecto a la soldadura, grupo 2 para requisitos más elevados, grupo 3 previsto para requisitos especiales. • Los materiales utilizados en la construcción de estructuras de acero suelen ser aceros de carbono sin aleaciones. Estas estructuras cumplen con los mismos condicionantes que las estructuras de concreto, es decir que deben estar diseñadas para resistir acciones verticales y horizontales. En el caso de estructuras de nudos rígidos, las soluciones generales a fin de resistir las cargas horizontales serán las mismas que para Estructuras de concreto armado. Pero si se trata de estructuras articuladas tal el caso normal en estructuras metálicas, se hace necesario rigidizar la estructura a través de triangulaciones (llamadas cruces de San Andrés), o empleando pantallas adicionales de concreto armado. Las barras de las estructuras metálicas trabajan a diferentes esfuerzos de compresión y flexión: Piezas a Compresión Piezas a Flexión
  18. 18. COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL Y DE TRABAJO DEL ACERO • PROPIEDADES MECANICAS: alta resistencia ala flexión y a la compresión. • Coeficientes y esfuerzo de trabajo. • RESISTENCIA DL ACERO: 2531 KG/CM2 • FACTOR DE REDUCCION: 0.9 • MODULO DE ELASTICIDAD: 2000000 KG/CM2 • ACERO UTILIZADO EN NUETRO PAIS: A.S.T.M. A-36 • ESFUERZO DE FLUENCIA MINIMO: 2531 KG/CM2 • ESFUERZO MINIMO DE ROPTURA: 4078 A 5625 KG/CM2. • DEFORMACION DEL ACERO: se diseñan estructuras con capacidad de deformarse y después regresar a su forma original. • PERFILES ESTRUCTURALES: IPS, PTC, PTR, ángulos los acero Z Y T, perfiles compuestos, armaduras, cables, mallas. • CRITERIOS PARA ESTRUCTURA: 1.- la estructura debe ser económica y segura, 2.- rigidez inherente en conexiones, 3.- menor peso = menor costo, 4.- menor empleo de mano de obra en la fabricación y montaje = menor costo. • CARGAS SOBRE ESTRUCTURA: muerte, viva, nieve, fuerzas dinámicas, recipientes de almacenamiento, fuerzas por cambio de temperatura, fuerzas por empuje de tierra.
  19. 19. MARCOS RÍGIDOS El tipo de estructuración más común hoy en día para edificios tanto de concreto como de acero es el que utiliza marcos rígidos. Los marcos formados por columnas y trabes están unidos formando uniones rígidas capaces de transmitir los elementos mecánicos en la viga sin que haya desplazamientos lineales ó angulares entre sus extremos y las columnas en que se apoya. Sobre las vigas principales, que además de resistir las cargas verticales ayudan a resistir las cargas laterales, se apoyan en algunos casos las vigas secundarias encargadas de soportar el sistema de piso. El empleo de este sistema se debió al desarrollo de nuevos materiales y sistemas de construcción (concreto armado, acero soldado) y a nuevos métodos de análisis y dimensionamiento. El sistema convencional Losa_Trabe_Columna (Marco Rígido) ha sufrido variaciones, ejemplo: el desarrollo de la losa plana que al no contener vigas o trabes redunda en una mayor economía en cimbra, acabados, peralte, alturas de entrepisos lográndose de esta manera adicionar un entrepiso por cada 10 construidos.
  20. 20.  El sistema de marcos rígidos como rigidización horizontal se basa en la rigidez a flexión de los elementos del marco (columnas y trabes) y en la rigidez a flexión de los nodos.
  21. 21. MARCOS CONTRAVENTEADOS El sistema vertical de contraventeo de un construcción de varios pisos, debe ser adecuado para: a) Evitar el pandeo de la estructura bajo cargas verticales de diseño b) Conservar la estabilidad lateral de la estructura, incluyendo los efectos ocasionados por los desplazamientos laterales (efecto P-Δ), bajo cargas verticales y horizontales de diseño. Si el edificio está provisto de muros de cortante ligados a los marcos por medio de losas de concreto u otros sistemas de piso de rigidez y resistencia adecuadas, esos muros de cortante forman parte del sistema vertical de contraventeo. En estructuras diseñadas plásticamente, las fuerzas axiales en los miembros de los marcos contraventeados, producidas por las fuerzas verticales y horizontales de diseño, no deben exceder de 0.85Py, donde Py es el producto del área de la sección transversal del miembro por el esfuerzo de fluencia del acero. Las vigas incluidas en el sistema vertical de contraventeo se diseñarán como elementos flexocomprimidos, teniendo en cuenta las fuerzas de compresión axial originadas por las cargas horizontales
  22. 22. MARCOS SIN CONTRAVENTEO La resistencia de los marcos que forman parte de edificios carentes de contraventeo y de muros de cortante se determina con un análisis racional que debe incluir los efectos producidos por desplazamientos laterales de los niveles (efecto P-Δ) y por la deformación axial de las columnas, cuando sea significativa. Los marcos deben ser estables bajo cargas verticales de diseño y bajo la combinación de éstas y las fuerzas horizontales de diseño. En estructuras diseñadas plásticamente, la fuerza axial de las columnas, producida por solicitaciones de diseño, no excederá de 0.75Py. Cuando en la estructura haya columnas en las que las vigas se apoyen por medio de uniones que no transmitan momento flexionante y que, por consiguiente, no contribuyan a la rigidez lateral del conjunto, el efecto desestabilizador de las cargas verticales que obran sobre ellas se tomará en cuenta al diseñar las columnas de los marcos rígidos. Introduciendo un mecanismo de rigidización mediante cables de atirantado en el sistema de transmisión vertical de las cargas se crean las estructuras de pilares atirantados, los cables pretensados dentro de pilares inclinados impiden las deformación crítica.
  23. 23. VIGAS RETICULADAS PERMITEN CUBRIR GRANDES CLAROS Construcciones a realizar en tiempos reducidos de ejecución. Construcciones en zonas muy congestionadas como centros urbanos o industriales en los que se prevean accesos y acopios dificultosos. Edificios con probabilidad de crecimiento y cambios de función o de cargas. Edificios en terrenos deficientes donde son previsibles asientos diferenciales apreciables; en estos casos se prefiere los entramados con nudos articulados. Construcciones donde existen grandes espacios libres, por ejemplo: locales públicos, salones.
  24. 24. DONDE NO CONSTRUIR ESTRUCTURAS METÁLICAS No está recomendado el uso de estructuras metálicas en los siguientes casos: Edificaciones con grandes acciones dinámicas. Edificios ubicados en zonas de atmósfera agresiva, como marinas, o centros industriales, donde no resulta favorable su construcción. Edificios donde existe gran preponderancia de la carga del fuego, por ejemplo almacenes, laboratorios, etc. COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL Estas estructuras cumplen con los mismos condicionantes que las estructuras de concreto, es decir que deben estar diseñadas para resistir acciones verticales y horizontales. En el caso de estructuras de nudos rígidos, situación no muy frecuente, las soluciones generales a fin de resistir las cargas horizontales, serán las mismas que para Estructuras de Concreto Armado. Pero si se trata de estructuras articuladas, tal el caso normal en estructuras metálicas, se hace necesario rigidizar la estructura a través de triangulaciones (llamadas cruces de San Andrés), o empleando pantallas adicionales de concreto armado. Las barras de las estructuras metálicas trabajan a diferentes esfuerzos de compresión y flexión; veamos: Piezas a Compresión Piezas a Flexión
  25. 25. DESIGNACIÓN DE ACEROS Todos los aceros utilizados en la fabricación de estructuras deben estar de acuerdo con las normas y calidades especificadas del proyecto, y de acuerdo a la normativa en vigor. Productos de Acero para Estructuras. Estos son: a. Perfiles y chapas de acero laminado (en caliente). b. Perfiles huecos de acero. c. Perfiles y placas conformadas de acero. d. Tornillos, tuercas y arandelas.a. Perfiles y chapas de acero laminado en caliente. Aceros ordinarios utilizados como calidades A37b, A42b Aceros de alta resistencia utilizados: A52b Perfiles : IPN, IPE, HEB, HEA, HEM, UPN, L, LD y T. Redondo, cuadrado, rectangular o chapa.b. Perfiles huecos de acero. De acero A42b, no aleado. Las características mecánicas y su composición química se describen en la normativa correspondiente. La serie de productos utilizados puede ser: Perfil hueco: redondo, cuadrado y rectangular.c. Perfiles y placas conformadas de acero. De acero A37b, no aleado. Las características mecánicas y su composición química se describen en la normativa correspondiente. La serie de productos utilizados puede ser: en placas: onduladas, grecadas, nervadas y agrafadas.
  26. 26. d. Tornillos, tuercas y arandelas Clase T: tornillos ordinarios según NBE-EA95 Clase TC: tornillos calibrados según NBE-EA95 Clase TR: tornillos de alta resistencia según NBE-EA95Los tornillos ordinarios se emplean con productos de acero de los tipos A37 y A42. Los tornillos calibrados se emplean con productos de acero A37, A42 y A52. Los tornillos de alta resistencia pueden emplearse con aceros de cualquier tipo. Todas las tuercas y arandelas se indican en la normativa correspondiente.
  27. 27. VENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL Alta resistencia: la alta resistencia del acero por unidad de peso permite estructuras relativamente livianas, lo cual es de gran importancia en la construcción de puentes, edificios altos y estructuras cimentadas en suelos blandos. Homogeneidad: las propiedades del acero no se alteran con el tiempo, ni varían con la localización en los elementos estructurales. Elasticidad: el acero es el material que más se acerca a un comportamiento linealmente elástico (Ley de Hooke) hasta alcanzar esfuerzos considerables. Precisión dimensional: los perfiles laminados están fabricados bajo estándares que permiten establecer de manera muy precisa las propiedades geométricas de la sección. Ductilidad: el acero permite soportar grandes deformaciones sin falla, alcanzando altos esfuerzos en tensión, ayudando a que las fallas sean evidentes. Tenacidad: el acero tiene la capacidad de absorber grandes cantidades de energía en deformación (elástica e inelástica). Facilidad de unión con otros miembros: el acero en perfiles se puede conectar fácilmente a través de remaches, tornillos o soldadura con otros perfiles. Rapidez de montaje: la velocidad de construcción en acero es muy superior al resto de los materiales. Disponibilidad de secciones y tamaños: el acero se encuentra disponible en perfiles para optimizar su uso en gran cantidad de tamaños y formas. Costo de recuperación: las estructuras de acero de desecho, tienen un costo de recuperación en el peor de los casos como chatarra de acero. Reciclable: el acero es un material 100 % reciclable además de ser degradable por lo que no contamina. Permite ampliaciones fácilmente: el acero permite modificaciones y/o ampliaciones en proyectos de manera relativamente sencilla. Se pueden prefabricar estructuras: el acero permite realizar la mayor parte posible de una estructura en taller y la mínima en obra consiguiendo mayor exactitud.
  28. 28. DESVENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL Corrosión: el acero expuesto a intemperie sufre corrosión por lo que deben recubrirse siempre con esmaltes alquidálicos (primarios anticorrosivos) exceptuando a los aceros especiales como el inoxidable. Calor, fuego: en el caso de incendios el calor se propaga rápidamente por las estructuras haciendo disminuir su resistencia hasta alcanzar temperaturas donde el acero se comporta plásticamente, debiendo protegerse con recubrimientos aislantes del calor y del fuego (retardantes) como mortero, concreto, asbesto, etc. Pandeo elástico: debido a su alta resistencia/peso el empleo de perfiles esbeltos sujetos a compresión, los hace susceptibles al pandeo elástico, por lo que en ocasiones no son económicos las columnas de acero. Fatiga: la resistencia del acero (así como del resto de los materiales), puede disminuir cuando se somete a un gran número de inversiones de carga o a cambios frecuentes de magnitud de esfuerzos a tensión (cargas pulsantes y alternativas). Resistencia de plastificación solamente para columnas cortas.
  29. 29. ACEROS ESTRUCTURALES De acuerdo a la American Society of Testing Materials ASMT Aceros generales (A-36) Aceros estructurales de carbono (A-529) b.1 Bajo contenido de carbono (<0.15 %) b.2 Dulce al carbono (0.15 – 0.29 %) b.3 Medio al carbono (0.30 – 0.59 %) b.4 Alto contenido de carbono (0.6 – 1.7 %) Aceros estructurales de alta resistencia y baja aleación (Mo, V y Cr), (A-441 y A-572) aleación al 5 %. Aceros estructurales de alta resistencia y baja aleación, resistentes a la corrosión atmosférica (A-242, A-588). Acero templado y revenido (A-514).
  30. 30. APLICACIÓN ESTRUCTURAL DE PERFILES Y CONEXIONES METALICAS El acero de uso estructural es un material de fabricación industrializada, lo cual asegura un adecuado control de calidad. Este material se caracteriza por una elevada resistencia, rigidez y ductilidad (esto es capacidad de soportar deformaciones plásticas sin disminuir su capacidad resistente), por cual su uso es muy recomendable para construcciones sismorresistentes. En el diseño y verificación de componentes estructurales de acero, uno de los parámetros mecánicos más importantes es la tensión mínima de fluencia, Fy, Adicionalmente, en algunos estados límite vinculados con la fractura se aplica la resistencia de tracción mínima, Fu. Ambos parámetros son propiedades nominales del acero especificado. Los aceros convencionales presentan resistencias menores y mayor ductilidad, mientras que los aceros de alta resistencia en general presentan una ductilidad reducida
  31. 31.  La dirección en que se laminan los perfiles y placas es la de mayor interés en el diseño de las estructuras, por lo que el esfuerzo de fluencia en esa dirección, determinado por medio de ensayes estándar de tensión, es la propiedad mecánica que decide, en la mayoría de los casos, el tipo de acero que ha de emplearse. Sin embargo, otras propiedades mecánicas, tales como anisotropía, ductilidad, tenacidad, facilidad de formado en frío, resistencia a la corrosión, pueden ser también importantes para el comportamiento correcto de algunas estructuras. Cuando éste sea el caso, habrá que remitirse a la literatura especializada para obtener la información que permita escoger el material más adecuado. Según el criterio de estados límite de falla, las estructuras deben dimensionarse de manera que la resistencia de diseño de toda sección con respecto a cada fuerza o momento interno que actúe en ella (fuerza axial, fuerza cortante, momento flexionante, momento de torsión) o a la combinación de dos o más de ellos, sea igual o mayor que el o los valores de diseño de dicha fuerza o momento internos. Las resistencias de diseño deben incluir el factor de resistencia FR correspondiente. Las fuerzas y momentos internos de diseño se obtienen, en general, multiplicando por el factor de carga FC correspondiente los valores de las fuerzas y momentos internos calculados bajo acciones nominales. En los casos en que los efectos geométricos de segundo orden influyan significativamente en la respuesta de la estructura, las fuerzas y momentos internos de diseño deben obtenerse multiplicando las acciones nominales por los factores de carga antes de efectuar el análisis, el que se lleva a cabo con las acciones nominales factorizadas.
  32. 32.  La resistencia al esfuerzo cortante (fv) es importante y puede considerarse que es del orden del 75% de la resistencia a la tensión. El módulo de elasticidad correspondiente a las porciones rectas en la zona elástica de las curvas esfuerzos-deformación varía poco entre los diversos tipos de acero por lo que se puede tomar como: Es = 2 x 106 kg/cm2 El peso volumétrico del Acero se puede tomar como: 7.8 t/ m3 -Ventajas del acero como elemento estructural 1. Bajo peso volumétrico 2. Alta resistencia a la tensión y compresión 3. Posibilidad de prefabricación de sección o perfiles. -Desventajas: 1. Costo 2. Mantenimiento 3. Baja resistencia a la corrosión.
  33. 33. PERFILES Para su uso en construcción, el acero se distribuye en perfiles metálicos, siendo éstos de diferentes características según su forma y dimensiones y debiéndose usar específicamente para una función concreta, ya sean vigas o pilares.
  34. 34. CONEXIONES La resistencia del hierro y el acero utilizados en la construcción ha aumentado continuamente a medida que se han producido mejoras en las técnicas de fabricación y producción. A finales del siglo XIX las tensiones admisibles para la fundición de hierro estaban entorno a los 20 MPa y para el hierro forjado entorno a 100 MPa. Las actuales tensiones admisibles para el acero, que aparecen en las últimas normas para diseño de estructuras de acero, son muy superiores. La capacidad portante de estas estructuras antiguas de hierro y acero obviamente debe ser tenida en cuenta en relación a las normas vigentes en el momento de su construcción original, aunque con una comprobación a fondo puede ser posible justificar un ligero aumento de las tensiones permitidas especificadas en ese momento. Las conexiones deben cumplir los siguientes requerimientos de resistencia: Resistencia requerida a tracción. Las conexiones totalmente restringidas son aquellas que pueden transferir el momento flector con una rotación despreciable entre los componentes conectados. Cuando estas conexiones forman parte del sistema sismorresistente la resistencia requerida a flexión debe tomarse como el menor valor entre 1.1 Ry Mp o el máximo momento que puede desarrollarse en el sistema. Este último surge de considerar que es razonable limitar la resistencia requerida al máximo momento que puede desarrollarse en la viga. Existen distintos casos donde la resistencia de las columnas o la resistencia de las fundaciones para resistir el momento de vuelco pueden limitar el momento máximo en las vigas y, consecuentemente, no puede desarrollarse su resistencia real a flexión. La resistencia requerida a corte debe determinarse siguiendo un criterio igual al aplicado para conexiones de pórticos intermedios. Adicionalmente, las conexiones totalmente restringidas deben cumplir con requerimientos constructivos, particularmente en el caso de uniones soldadas. Así por ejemplo se requiere la remoción de elementos de respaldo, se definen las características geométricas de los agujeros de acceso para soldadura.
  35. 35.  Las conexiones parcialmente restringidas son aquellas que presentan capacidad para transferir momento flector, pero se produce una rotación no despreciable debido a la flexibilidad de los elementos de unión. Este tipo de conexiones están permitidas en pórticos ordinarios si se cumplen los siguientes requisitos:• La conexión debe diseñarse considerando la resistencia requerida a flexión definida para conexiones totalmente restringidas.• La resistencia requerida a corte debe determinarse de las combinaciones de carga considerando el esfuerzo de corte resultante del máximo momento que la conexión puede resistir.• La resistencia nominal a flexión no debe ser menor que el 50% del momento de plastificación, Mp, de la viga o columna conectadas (se considera el valor menor).• La rigidez y resistencia de la conexión debe ser considerada en el diseño, incluyendo el análisis de la estabilidad global del pórtico. La resistencia requerida a tracción de las conexiones debe ser menor que:• La resistencia a fluencia esperada.• La máxima carga axial que puede ser transferida, determinada mediante análisis estructural. Resistencia requerida a flexión Resistencia requerida a compresión
  36. 36.  Las conexiones totalmente restringidas son aquellas que pueden transferir el momento flector con una rotación despreciable entre los componentes conectados. Cuando estas conexiones forman parte del sistema sismorresistente la resistencia requerida a flexión debe tomarse como el menor valor entre 1.1 Ry Mp o el máximo momento que puede desarrollarse en el sistema. Este último surge de considerar que es razonable limitar la resistencia requerida al máximo momento que puede desarrollarse en la viga. Existen distintos casos donde la resistencia de las columnas o la resistencia de las fundaciones para resistir el momento de vuelco pueden limitar el momento máximo en las vigas y, consecuentemente, no puede desarrollarse su resistencia real a flexión. La resistencia requerida a corte debe determinarse siguiendo un criterio igual al aplicado para conexiones de pórticos intermedios. Adicionalmente, las conexiones totalmente restringidas deben cumplir con requerimientos constructivos, particularmente en el caso de uniones soldadas. Así por ejemplo se requiere la remoción de elementos de respaldo, se definen las características geométricas de los agujeros de acceso para soldadura. Las conexiones parcialmente restringidas son aquellas que presentan capacidad para transferir momento flector, pero se produce una rotación no despreciable debido a la flexibilidad de los elementos de unión. Este tipo de conexiones están permitidas en pórticos ordinarios si se cumplen los siguientes requisitos: • La conexión debe diseñarse considerando la resistencia requerida a flexión definida para conexiones totalmente restringidas. • La resistencia requerida a corte debe determinarse de las combinaciones de carga considerando el esfuerzo de corte resultante del máximo momento que la conexión puede resistir. • La resistencia nominal a flexión no debe ser menor que el 50% del momento de plastificación, Mp, de la viga o columna conectadas (se considera el valor menor). • La rigidez y resistencia de la conexión debe ser considerada en el diseño, incluyendo el análisis de la estabilidad global del pórtico.
  37. 37. CONEXIONES REFORZADAS
  38. 38.  En las conexiones con viga de sección, se realiza un corteen las alas del perfil en la zona cercana a la conexión. De esta forma se logra que la fluencia se concentre en la zona de sección reducida, con un momento de plastificación menor que el propio de la viga.
  39. 39. RIOSTRAS PARA EL CONTRAVENTEO En el caso de que los arriostramientos se dispongan de manera que se tienen conexiones enlace- columna, dicha conexión debe ser capaz de resistir la rotación inelásticas que se genera en el enlace. Además, la conexión debe ser precalificada, en forma similar a las conexiones viga-columna en pórticos no arriostrados.
  40. 40.  La construcción compuesta resulta muy económica cuando se emplean elementos ligeros de acero como perfiles de lámina delgada o pequeñas armaduras conectadas a la losa de concreto. Sistemas para edificios de varios pisos. Se trata aquí especialmente el sistema vertical resistente de los edificios, en particular en lo referente a su eficiencia para resistir las cargas laterales de viento o sismo cuya importancia crece a medida que aumenta la altura del edificio. Lo ideal sería que el sistema estructural que se requiere y que representa la solución óptima para resistir las cargas verticales de diseño, resultase suficiente para resistir también sin modificación alguna también las cargas laterales contando para ello con la reducción en los factores de seguridad que admiten las normas de diseño para resistir esta última condición de carga por ser de tipo accidental. Sin embargo, esto llega a ser cierto solo en edificios de pocos pisos y en zonas donde las acciones de diseño por sismo o viento son moderadas. A medida que crece la altura, las modificaciones para resistir cargas laterales son mayores. El problema puede plantearse como el de sobreprecio que hay que pagar para la resistencia a cargas laterales, el cual aumenta con el número de pisos hasta que para edificios muy altos este es el aspecto que domina la elección del sistema estructural más apropiado. El sistema estructural debe permitir proporcionar resistencia a las fuerzas laterales y rigidez para mantener las deformaciones ante esas cargas dentro de los límites tolerables. El segundo aspecto suele ser más decisivo que el primero para definir el esquema estructural apropiado. No puede separarse de manera tajante el estudio del sistema de soporte vertical del relativo a los sistemas de piso de un edificio, ya que el trabajo conjunto es el que define el comportamiento y la eficacia, especialmente en lo que se refiere a las cargas laterales. Por ello, aunque el énfasis se ponga en el sistema vertical, se hará mención de la interacción de este sistema con el sistema de piso.
  41. 41. SOLDADURA La soldadura es un proceso de unión de materiales en la cual se funden las superficies de contacto de dos (o más) partes mediante la aplicación conveniente de calor o presión. La soldadura es un proceso relativamente nuevo, su importancia comercial y tecnológica se deriva de los siguiente: La soldadura proporciona unión permanente La unión soldada puede ser más fuerte que los materiales originales. En general, la soldadura es una forma más económica de unir componentes, en términos de uso de materiales y costos de fabricación. La soldadura no se limita al ambiente de fábrica. Puede realizarse en el campo. TIPOS DE SOLDADURA Soldadura por fusión – estos procesos usan el calor para fundir los materiales base. En muchas operaciones de soldadura por fusión, se añade un metal de aporte a la combinación fundida para facilitar el proceso y aportar volumen Soldadura de estado sólido – este proceso se refiere a los procesos de unión en los cuales la fusión proviene de la aplicación de presión solamente o una combinación de calor y presión. Algunos procesos representativos de este proceso son:·Soldadura por difusión, las partes se colocan juntas bajo presión a una temperatura elevada.· Soldadura por fricción, es un proceso similar al de difusión, solo que la temperatura se obtiene al friccionar las partes a unir.· Soldadura ultrasónica – se realiza aplicando una presión moderada entre las dos partes y un movimiento oscilatorio a frecuencias ultrasónicas en una dirección paralela a las superficies de contacto. La combinación de las fuerzas normales y vibratorias produce intensas tensiones que remueven las películas superficiales y obtienen la unión atómica de las partes.n y resistencia a la unión soldada.
  42. 42. PROCESOS DE LA SOLDADURA Soldadura por arco. Estos procesos usan una fuente de alimentación para soldadura para crear y mantener un arco eléctrico entre un electrodo y el material base para derretir los metales en el punto de la soldadura. Pueden usar tanto corriente continua (DC) como alterna (AC) y electrodos consumibles o no consumibles. A veces la región de la soldadura es protegida por un cierto tipo de gas inerte o semi inerte, conocido como gas de protección y el material de relleno a veces es usado también. Soldeo blando y fuerte. Es un proceso en el cuál no se produce la fusión de los metales base, sino únicamente del metal de aportación. El soldeo blando se da a temperaturas inferiores a 450 ºC. El soldeo fuerte se da a temperaturas superiores a 450 ºC. Y el soldeo fuerte a altas temperaturas se da a temperaturas superiores a 900 ºC.
  43. 43. GEOMETRÍA DE LA SOLDADURA Las soldaduras pueden ser preparadas geométricamente de muchas maneras diferentes. Los cinco tipos básicos de juntas de soldadura son la junta de extremo, la junta de regazo, la junta de esquina, la junta de borde, y la junta-T. Existen otras variaciones, como por ejemplo la preparación de juntas doble-V, caracterizadas por las dos piezas de material cada una que afilándose a un solo punto central en la mitad de su altura. La preparación de juntas solo-U y doble-U son también bastante comunes en lugar de tener bordes rectos como la preparación de juntas solo-V y doble-V, ellas son curvadas, teniendo la forma de una U. Las juntas de regazo también son comúnmente más que dos piezas gruesas dependiendo del proceso usado y del grosor del material, muchas piezas pueden ser soldadas juntas en una geometría de junta de regazo. A menudo, ciertos procesos de soldadura usan exclusivamente o casi exclusivamente diseños de junta particulares. Por ejemplo, la soldadura de punto de resistencia, la soldadura de rayo láser, y la soldadura de rayo de electrones son realizadas más frecuentemente con juntas de regazo. Sin embargo, algunos métodos de soldadura, como la soldadura por arco de metal blindado, son extremadamente versátiles y pueden soldar virtualmente cualquier tipo de junta. Adicionalmente, algunos procesos pueden ser usados para hacer soldaduras multipasos, en las que se permite enfriar 1 La junta de extremo una soldadura, y entonces otra soldadura es realizada encima de la primera. Esto permite, por cuadrado ejemplo, la soldadura de secciones gruesas dispuestas en una preparación de junta solo-V 2 Junta de preparación Después de soldar, un número de distintas regiones pueden ser identificadas en el área de la solo-V soldadura. La soldadura en sí misma es llamada la zona de fusión más específicamente, ésta es donde el metal de relleno fue puesto durante el proceso de la soldadura. Las propiedades de la zona de 3 Junta de regazo o fusión dependen primariamente del metal de relleno usado, y su compatibilidad con los materiales traslape base. Es rodeada por la zona afectada de calor, el área que tuvo su micro estructura y propiedades 4 Junta-T alteradas por la soldadura. Estas propiedades dependen del comportamiento del material base cuando está sujeto al calor. El metal en esta área es con frecuencia más débil que el material base y la zona de fusión, y es también donde son encontradas las tensiones residuales.
  44. 44. VENTAJAS DE LA SOLDADURA El empleo de conexiones soldadas en vez de atornilladas o remachadas permite un ahorro de material (hasta de un 15%). La soldadura requiere menos trabajo y por lo tanto menos personal que la colocación de remaches o tornillos (un soldador puede reemplazar una cuadrilla de remachadores). La soldadura permite una gran variedad de conexiones, cosa que no se puede con remaches o tornillos. Las conexiones soldadas son más rígidas que las demás, lo cual permite una verdadera continuidad en la transmisión de elementos mecánicos entre miembros. Debido a la mayor resistencia del metal de aportación las conexiones soldadas permiten una gran resistencia a la fatiga. Las estructuras soldadas pueden repararse muy fácilmente a diferencia del resto. Las conexiones soldadas han permitido la construcción de estructuras soldadas y "limpias". Las conexiones soldadas permiten ajustes de proyecto más fácilmente que en otro tipo de conexiones. El trabajo de soldadura es silencioso comparado con el remachado. Hay un ahorro considerable en el cálculo, detallado y montaje de las estructuras. DESVENTAJAS Las conexiones rígidas puede n no ser óptimas en el diseño. La revisión de las conexiones soldadas no es muy sencillo con respecto al resto. La creencia de la baja resistencia a la fatiga en conexiones soldadas.
  45. 45. LA UNIÓN POR SOLDADURA La soldadura produce una conexión sólida entre dos partes denominada unión por soldadura, así es como se denomina a este contacto de los bordes o superficies de las partes que han sido unidas.Tipos de uniones (a) Unión empalmada – en esta unión, las partes se encuentran en el mismo plano y unen sus bordes. (b) Unión de esquina – Las partes en una unión de esquina forman un ángulo recto y se unen en la esquina del ángulo. (c) Unión superpuesta – Esta unión consiste de dos partes que se sobreponen (d) Unión T – Una parte es perpendicular a la otra cuando se unen (e) Unión de bordes – las partes en una unión de bordes están paralelas con al menos uno de sus bordes en común y la unión se hace en el borde común
  46. 46.  Existe otros tipos de soldadura como: Soldadura metálica con arco protegido Soldadura metálica con arco eléctrico y gas Soldadura con núcleo fundente Soldadura electro gaseosa Soldadura con arco sumergido La soldadura por resistencia es principalmente un tipo de soldadura por fusión donde el calor se obtiene mediante la generación de un gran resistencia eléctrica dirigida hacia el flujo de corriente en la unión que se va a soldar
  47. 47. TORNILLOS TUERCAS Y PERNOS Los tornillos y los pernos son sujetadores con roscas externas. Hay una diferencia técnica entre un tornillo y un perno, que con frecuencia se confunde en el su uso popular. Un tornillo es un sujetador con rosca externa que, por lo general, se ensambla en un orificio roscado ciego. Un perno es un sujetador con rosca externa que se inserta a través de orificios en las partes y se asegura con una tuerca en el lado opuesto. Existen distintos tipos de cabezas para los tronillos y los pernos. El perno o espárrago es una pieza metálica larga de sección constante cilíndrica, normalmente hecha de acero o hierro. Está relacionada con el tornillo pero tiene un extremo de cabeza redonda, una parte lisa, y otro extremo roscado para la chaveta, tuerca, o remache, y se usa para sujetar piezas en una estructura, por lo general de gran volumen.
  48. 48.  Otros sujetadores roscados y equipo relacionado 1) Los insertos con tornillo de rosca son pernos sin cabeza con rosca interna o rollos de alambre hechos para insertarse en un orificio sin rosca y para aceptar un sujetador con rosca externa. 2) Los sujetadores roscados prisioneros son sujetadores con rosca que han preensamblado permanentemente a una de las partes que se van a unir.
  49. 49. REMACHE Es un elemento de fijación que se emplea para unir de forma permanente dos o más piezas. Consiste en un tubo cilíndrico (el vástago) que en su fin dispone de una cabeza. Las cabezas tienen un diámetro mayor que el resto del remache, para que así al introducir éste en un agujero pueda ser encajado. El uso que se le da es para unir dos piezas distintas, sean o no del mismo material. Existe un pequeño matiz diferenciativo entre un roblón y un remache. Los roblones están constituidos por una sola pieza o componente, mientras que los remaches pueden estar constituidos por más de una pieza o componente. Es común denominar a los roblones también remaches, aunque la correcta definición de roblón es para los elementos de unión constituidos por un único elemento. Las ventajas de las uniones remachadas/roblonadas son: Se trata de un método de unión barato y automatizable. Es válido para unión de materiales diferentes y para dos o más piezas. Existe una gran variedad de modelos y materiales de remaches, lo que permite acabados más estéticos que con las uniones atornilladas. Permite las uniones ciegas, es decir, la unión cuando sólo es accesible la cara externa de una de las piezas. Como principales inconvenientes destacar: No es adecuado para piezas de gran espesor. La resistencia alcanzable con un remache es inferior a la que se puede conseguir con un tornillo. La unión no es desmontable, lo que dificulta el mantenimiento. La unión no es estanca.
  50. 50. CALSIFICACIÓN DE REMACHES Remaches de compresión Remaches ciegos Remache ciego con mandril de estiramiento Con pasador guiado Roscados Expandidos químicamente
  51. 51. REMACHES Y OJILLOS Los remaches son sujetadores que se utilizan ampliamente para obtener una unión permanente en forma mecánica. Estos remaches son una punta con cabeza y sin rosca que se usa para unir dos(o más) partes, la punta pasa a través de orificios en las partes y después forma una segunda cabeza en la punta del lado opuesto. Los ojetes u ojillos son sujetadores tubulares de paredes delgadas con un reborde en un extremo. Se usan para producir una unión empalmada permanente entre dos (o más) partes planas.
  52. 52. TRANSPORTACIÓN Al seleccionar el proceso constructivo a utilizar en un proyecto, es necesaria la correcta evaluación del transporte. En gran medida, del resultado de esta evaluación se decide si los elementos serán fabricados en planta fija, en planta móvil o a pie de obra. La incidencia del costo del transporte en el costo total de la obra es directamente proporcional a la distancia por recorrer y a la complejidad del flete. En condiciones normales, es aceptable que una obra que esté a menos de 350 km tenga un costo por transporte del 10 al 20 por ciento del costo total de los prefabricados. Existen dos tipos de fletes: los que por sus características de peso y dimensiones se ejecutan con equipos de transporte ordinario y los que exceden el peso y dimensiones permitidos en las normas y reglamentos locales o federales. Los primeros se realizan con camiones o tractocamiones y plataformas, los segundos con equipos de transporte especializado. Por los riesgos que implican el exceso de peso y dimensiones, estas maniobras las deben realizar empresas que cuentan con registro en la Secretaría de Comunicaciones y Transportes.
  53. 53. EQUIPOS DE TRANSPORTE ESPECIALIZADOS TIPOS Y CAPACIDADES Para realizar fletes se utilizan combinaciones vehiculares de tractocamiones acoplados a semirremolques. A continuación se define una clasificación atendiendo a su tipo, se incluyen los más Tractocamión con comunes usados en México. semirremolque acoplado. Tractocamión (T): Vehículo automotor destinado a soportar y arrastrar semirremolques y remolques. Normalmente se utilizan vehículos con motores diesel de 300 a 450 HP. Semirremolque (S): Vehículo o plataforma sin eje delantero unido a un tractocamión de manera que sea jalado y parte de su peso sea soportado por éste. Es posible también utilizarlos separados del tractocamión pero unidos a trabes de grandes dimensiones. Remolque (R): Vehículo o plataforma con eje delantero y trasero no Tractocamión con semirremolque unido a trabe. dotado de medios de propulsión y destinado a ser jalado por un vehículo automotor o acoplado a un semirremolque. Módulo (M): Plataformas acoplables longitudinal y lateralmente, con ejes direccionales y suspensión hidráulica o neumática. Módulo direccional de 5 ejes (M5) para 65 toneladas.
  54. 54.  Patín delantero (PD) y Patín trasero (PT): Bastidores de uno o más ejes con llantas para transferir carga, también conocidos como “dollys”. En ocasiones estos dollys tienen dirección propia para facilitar las maniobras. Grúa industrial (GI): Máquina de diseño especial autopropulsable o montada sobre un vehículo para efectuar maniobras de carga, descarga, montaje y desmontaje. Unidad piloto (UP): Vehículo de motor dotado de una torreta y Vista de un patín trasero. señales de advertencia para conducir y abanderar el tránsito de las grúas industriales o las combinaciones vehiculares por los caminos y puentes. Las combinaciones vehiculares especiales podrán aceptarse cuando se trate del transporte de carga indivisible (es decir, una sola viga) con peso útil menor a 90 toneladas. El transportista deberá demostrar con una memoria de cálculo la distribución de cargas de la combinación y que la carga se desplaza con seguridad considerando las características geométricas de la ruta que se seguirá. Unidad piloto.
  55. 55. NORMAS Y REGLAMENTOS Dependiendo de la ruta a tomar el transportista deberá respetar las normas y reglamentos que se encuentren en vigor en las entidades por las que transitará, de tal forma que si los viajes no son locales deberá respetar la norma NOM-040-SCT- 2-1995 que corresponde al transporte de objetos indivisibles de gran peso o volumen, peso y dimensiones de las combinaciones vehiculares de las grúas industriales y su tránsito por caminos y puentes de jurisdicción federal. Además, deberá respetar la Ley de caminos, puentes y autotransporte federal, el reglamento de autotransporte federal y servicios auxiliares, el reglamento sobre el peso, dimensiones y capacidad de los vehículos de autotransporte que transitan en los caminos y puentes de jurisdicción federal. La norma NOM-012-SCT-2-1995 trata sobre el “Peso y Dimensiones Máximas con los que pueden Circular los Vehículos de Autotransporte que Transitan en los Caminos y Puentes de Jurisdicción Federal”. La dimensión máxima de una combinación vehicular para transitar en condiciones ordinarias es 20.8 m por lo que al restarle la dimensión del tracto camión resulta una pieza de 15.8 m. El peso útil máximo permitido es 26.4 toneladas, de tal forma que toda pieza que exceda estas cantidades tendrá que ser transportada por una compañía que cuente con el servicio especializado de carga. Para ello, la norma dicta restricciones. Entre las más importantes están: 1) Los transportes se sujetarán a los siguientes horarios: de lunes a viernes con luz diurna y en la noche de 0:00 a 6:00 horas, y los sábados de 6:00 a 14:00; durante vacaciones normalmente se restringen los permisos. 2) Las combinaciones vehiculares especiales no podrán transitar en convoy. 3) Las rutas deben estar previstas y señaladas en el permiso y sólo podrán modificarse en caso de emergencia. 4) Dependiendo de las dimensiones deben llevar una o dos unidades piloto las cuales deben conducir, abanderar y apoyar la logística de la transportación. Éstas deben cumplir con una serie de especificaciones técnicas y de operación referentes a color, iluminación, señalización, avisos y características físicas, entre otras. 5) En condiciones climatológicas adversas la combinación debe detenerse en un sitio seguro hasta que éstas sean favorables para continuar. 6) Todas las unidades deberán transitar con las torretas y los faros principales encendidos. 7) Dependiendo de la combinación vehicular y del tipo de carreteras, se especifican velocidades máximas y cargas máximas por llanta y por eje; dependiendo de las cargas se especifican otros aspectos como la distancia entre ejes internos y la altura del centro de gravedad de la carga.
  56. 56. SEGURIDAD Para no correr riesgos es importante observar las disposiciones de señalización y abanderamiento que exige la Secretaría de Comunicaciones y Transportes. Por su peso la cantidad de energía liberada en una colisión es muy grande; además siempre será más difícil detener vehículos con cargas y dimensiones excesivas. En los accesos a las obras es conveniente tener señalizaciones adicionales y bandereros para auxiliar a los operadores y maniobristas. Los terraplenes y terracerías deben estar nivelados y bien compactados para evitar hundimientos o que se atasque el equipo. En ocasiones existen sitios en la ruta por donde no pasa la combinación vehicular; sin embargo existe la posibilidad de “colear”, es decir auxiliar la maniobra levantando con una grúa la parte posterior del elemento. Para esto es necesario que el área cercana esté libre de cables y obstáculos. Resulta muy peligroso aproximarse a cables de alta tensión pues, dependiendo de las condiciones de humedad, intensidad y voltaje a distancias menores a 1.50 Cuando se requieren permisos especiales de otras dependencias como Ferrocarriles, Comisión Federal de Electricidad y Policías Municipales entre otros, resulta conveniente programar y coordinar los trabajos con anticipación para evitar tiempos muertos de tractocamiones o grúas.m se puede formar un arco y transmitir la corriente al equipo. Límite de acercamiento de los equipos con líneas conductoras de electricidad.
  57. 57. ACCESORIOS Y HERRAMIENTAS Existen accesorios y herramientas adicionales como mangueras de sistema de frenos de mayor longitud que las convencionales para remolques o patines traseros, extensiones para luces y torretas, letreros según lo marca la norma y cadenas y gatas para aseguramiento de la carga, entre otros. Para la conducción de una combinación que requiera de unidad piloto, es conveniente que se cuente con sistemas de radio-comunicación. Para maniobras complejas existen dollys o módulos direccionales que permiten maniobrabilidad en los patines traseros. También es frecuente que cuando en el acceso a una obra no hay espacio suficiente, se realicen maniobras con dos tractocamiones “espalda con espalda”. Para operar los equipos direccionales se debe contar con herramientas y equipo especial. Maniobra “espalda con espalda”
  58. 58. CONSIDERACIONES ADICIONALES DE ANÁLISIS Puntos de apoyo: Al transportar las piezas prefabricadas deben estar apoyadas exclusivamente en los puntos considerados desde el diseño, de lo contrario pueden sufrir daños. Asimismo, en caso de formar estibas o tongas, los apoyos de las camas superiores deben coincidir perfectamente con los de las camas inferiores para evitar distribuciones de esfuerzos y momentos distintas a las consideradas en el análisis. Al colocar las piezas en las unidades de transporte se deben apoyar sobre elementos de madera o en apoyos especialmente diseñados para ello. Lo más común es que los elementos prefabricados estén diseñados para apoyarse simplemente en sus extremos; sin embargo por maniobrabilidad en el transporte en ocasiones se requiere meter hacia adelante el patín trasero o colocar el apoyo posterior en voladizo. Al hacer esto se genera un momento negativo que sumado al que genera el presfuerzo debe ser contrarrestado con acero de refuerzo ordinario. Detalle de los apoyos durante el transporte
  59. 59. MONTAJE En las obras prefabricadas el montaje representa entre 10 y 30 por ciento del costo total de la obra. En términos generales, mientras mayor sea el volumen de la obra, menor será el costo relativo del montaje. Sin embargo, hay que considerar que los equipos de montaje por ser especializados y generalmente de gran capacidad, tienen costos horarios elevados, por lo que resulta indispensable una buena planeación de todas las actividades. Para la elección adecuada del equipo hay que considerar que la capacidad nominal con la que se le denomina comercialmente a una grúa es la carga máxima que soportará pero con el mínimo radio y a la menor altura. Es obvio que la capacidad nominal de una grúa siempre tendrá que ser mayor que la carga más grande a mover. Esta capacidad disminuirá proporcionalmente a la distancia a lanzar el elemento a partir del centro de giro de la grúa y a la altura a levantarlo. Los rangos de capacidad se basan en condiciones ideales: 1) Nivel de piso firme 2) Viento en calma 3) No llevar la carga lateralmente ni balanceándose 4) Buena visibilidad 5) La maquinaria debe estar en buenas condiciones, que no tenga miembros estructurales ni dañados ni fatigados y debe estar equipada como “recién salida de la fábrica”. En términos simples podemos calcular la capacidad requerida, C, de una grúa con la siguiente función: C = 0.37 W d Donde C es la capacidad requerida, W el peso del elemento (T) y d es la distancia desde el punto de rotación de la pluma hasta el centro del claro de la pieza a montar (m). También es importante considerar que las grúas de mediana y gran capacidad (mayores de 45 toneladas) tienen en sí mismas exceso de peso y dimensiones, por lo que su traslado y acceso a las obras en ocasiones resulta imposible o incosteable.
  60. 60. EQUIPOS DE MONTAJETIPOS Y DIMENSIONES Los equipos de montaje para elementos prefabricados los podemos dividir en dos grupos, los de pequeña capacidad y los de mediana o gran capacidad. En general, los elementos para losas cortas como las losas alveolares, prelosas y viguetas, entre otros, y los elementos para fachadas y muros se consideran de peso pequeño, aunque se pueden montar con grúas hidráulicas, en ocasiones se utilizan grúas torre, que si bien son muy versátiles por su gran alcance, no tienen la capacidad suficiente para lanzar elementos medianos lejos de su centro de rotación. En obras de menor envergadura, se utilizan malacates, gatos y pórticos. Las grúas hidráulicas se dividen en telescópicas y estructurales o de celosía. Las primeras tienen las siguientes ventajas: tienen mayor precisión ya que poseen una función más al extender su pluma y por lo mismo pueden introducirla en lugares inaccesibles para una pluma rígida. Estas grúas se dividen en montadas sobre camión y autopropulsadas o todo terreno. En general las grúas telescópicas de menos de 140 Grúa telescópica. toneladas pueden transitar completas y listas para trabajar llegando a la obra, sobre todo, las montadas sobre camión. Las autopropulsadas tienen mayor movilidad por su menor tamaño y porque poseen dirección en ambos ejes, además de que pueden transitar con cierta carga sobre los neumáticos; sin embargo para tránsitos largos requieren de un tractocamión con cama baja para su traslado, lo que incrementa el costo. El mantenimiento en el sistema hidráulico de estas grúas debe ser más riguroso porque la pérdida de presión complicará las maniobras. Las grúas estructurales o de celosía superan a las anteriores en capacidad, ya que su pluma es mucho más ligera y trabaja en compresión y no a flexión; sin embargo en tránsitos largos deberán contar con tractocamiones para transitar los accesorios, de tal forma que al llegar y al salir de una obra requieren de tiempo y espacio para armar contrapesos y la longitud de pluma necesaria. Normalmente están montadas sobre camión, el cual cuenta con el sistema hidráulico de gatos para estabilizarse. También existen sobre orugas que pueden hacer traslados muy cortos pero con toda la carga, mientras que las montadas sobre camión no pueden transitar con toda la carga. Grúa estructural o de celosía.
  61. 61. ACCESORIOS Y HERRAMIENTAS Un montaje puede ser auxiliado por gran cantidad de accesorios o herramientas para facilitar la maniobra, sobre todo cuando el equipo está cerca de su capacidad límite, cuando por obstáculos el acceso sea complicado o cuando por diseño los prefabricados requieran ser izados de puntos especiales. A continuación se mencionan algunos de ellos: Perno de izaje: Perno metálico que atraviesa un prefabricado donde se requiere que la sujeción sea articulada. Se utiliza para montajes de elementos que se transportan horizontalmente y se colocan en posición vertical. Balancín: Elemento generalmente metálico colocado en forma horizontal del que se sujetan los estrobos y que permite tomar una pieza de varios puntos de forma tal que dicha pieza reduzca su longitud a flexión y la carga axial. Montaje de columna para puente utilizando balancín y perno de Tortugas: Accesorios para trasladar objetos pesados sobre superficies planas. Tienen izaje. sistemas de rodamiento con gran capacidad de carga y poca fricción. También se pueden utilizar placas metálicas con grasa. Perno de nivelación: Accesorio que se coloca en la base de una columna desde su fabricación para ajustar el nivel de desplante de ésta, corrigiendo posibles diferencias por el trazado en campo. Armadura de montaje: Trabe provisional generalmente formada por armaduras metálicas sobre la cual se apoya la punta de una trabe de gran longitud que corre sobre tortugas para cruzar al extremo contrario de una hondonada. Tirford: Malacate mecánico y manual para jalar la carga hasta el punto deseado. Tortugas y perno de nivelación Grilletes: Anillo que sujeta cables de izaje o estrobos con la oreja del prefabricado. Gatos: Gatos hidráulicos o de arena en forma de botella para levantar o empujar o descender elementos de gran peso. Puntal o pie derecho: Elemento de apoyo provisional para mantener en posición vertical un elemento pendiente de conectarse definitivamente. Barriletes de izaje: Dispositivo con cuerda interior, anclado al prefabricado. Sirve para alojar a un tornillo que sujeta una oreja de izaje con articulación doble o sencilla. Armadura de montaje.
  62. 62. PROCEDIMIENTOS TOLERANCIAS Y HOLGURAS Tolerancia es el margen de imprecisión aceptado en las dimensiones de los elementos prefabricados originado por procedimientos constructivos o por error, mientras que holgura significa el espacio libre entre las piezas que se debe prever desde el proyecto ejecutivo para hacer posible el ensamble. A mayores tolerancias permitidas, mayores deberán ser las holguras. Las tolerancias que permite la construcción con elementos prefabricados son menores a las tolerancias permitidas en una obra convencional ya que los elementos a ensamblarse tienen una longitud predeterminada y es costosa su modificación. Las tolerancias varían dependiendo de los aspectos que a continuación se mencionan: a) Dimensiones del prefabricado: a mayores dimensiones del elemento, mayores tolerancias y holguras, no sólo por posibles errores, sino por facilidad de maniobra b) Dirección de la medición: la importancia de la precisión depende si se mide el ancho, el peralte o la longitud c) Tipo de construcción: por razones arquitectónicas, estéticas o de instalaciones y acabados, las edificaciones requieren de mayor precisión que los pasos o puentes vehiculares d) Tipo de prefabricado: los precolados de fachada requieren de tolerancias menores, así como los elementos estructurales que tienen acabados aparentes e) Dependencia u orden de secuencia: la posición de los elementos de los cuales dependerá el apoyo de más elementos montados posteriormente, requiere de mucha precisión porque los errores se acumulan. Así, un error en la cimentación afectará al resto de la estructura Por lo anterior, es necesaria la consideración de holguras desde el proyecto ejecutivo para posibles correcciones durante el montaje y para facilitar el ensamble o la introducción de elementos prefabricados. De igual forma, las posibles irregularidades que parecieran insignificantes en los perfiles de los prefabricados requieren de considerar holguras en el ancho de elementos ya que de lo contrario, cuando estas se acumulan al final, tienen errores tan grandes que imposibilitan la colocación de los últimos elementos.
  63. 63. MONTAJE DE ELEMENTOS VERTICALES Columnas. Lo primero es obtener los niveles de la obra y adecuar el perno de nivelación al nivel de desplante según el proyecto. Se prepara la columna retirando accesorios que en lo sucesivo no se utilizarán como son ganchos de izaje para maniobras y atiesadores que no se requieran, entre otros. Para el montaje de las columnas se acostumbra primero descargar del camión al piso para luego tomar la pieza de los puntos preestablecidos. Cuando las piezas son pequeñas, se toma del extremo superior y la grúa gira a medida que levanta la columna hasta llegar al centro de gravedad de la pieza en posición vertical. Cuando la pieza es de mayores dimensiones, se toman los dos extremos con malacates independientes o con dos grúas si la capacidad de una no es suficiente. Mientras una levanta el extremo superior la otra toma el extremo inferior, hasta que la primera toma el total de la carga, se suelta la segunda grúa y la primera coloca la columna en su posición. Todos los elementos deben colocarse perfectamente a plomo en todas sus caras y a toda su altura. Antes de conectarse definitivamente se debe confirmar su verticalidad con métodos topográficos o con plomada. Generalmente el análisis estructural supone que las columnas están empotradas al sistema de cimentación, por lo que es necesario transmitir a éste las cargas verticales y el momento de empotramiento. Tres formas de lograrlo: a) Candelero: Es un hueco cuyas dimensiones en la base son poco mayores a las de la columna a empotrar. Su refuerzo debe estar ligado a la cimentación. Una vez colocada y puesta a plomo la columna, se acuña perfectamente en todas sus caras y se cuela el espacio entre el candelero y la columna con mortero con estabilizador de volumen, asegurándose que penetre perfectamente en la parte inferior mediante un mortero de alto revenimiento. Se debe esperar a que el relleno obtenga resistencia para retirar las cuñas superiores y para cargar sobre la columna las piezas subsecuentes. Normalmente es posible continuar con el procedimiento de montaje después de 24 horas utilizando una buena mezcla.
  64. 64.  Vainas: Son huecos o perforaciones en la cimentación mayores al diámetro de las varillas de armado principal que sobresalen de la cara inferior de las columnas. Estas varillas se introducen en las vainas que previamente se saturaron con adhesivo epóxico de alta resistencia el cual adhiere la varilla de la columna con la cimentación. La ventaja de este procedimiento es que se utiliza el peralte total de la cimentación para transmitir las cargas verticales, la desventaja es que se requiere de mucha mayor precisión en los colados en sitio y cualquier corrección es costosa. Además, se requiere de apuntalamiento provisional, mayor espacio y de herramienta más cara. Esta conexión no debe usarse en zonas sísmicas ya que no es capaz de transmitir ni cortantes ni momentos y tiene una capacidad mínima para resistir volteos. c) Placa soldada: Se dejan las preparaciones de acero estructural en la cimentación y en la columna con el anclaje suficiente para transmitir los esfuerzos deseados y se suelda en campo placa con placa. En general, no es recomendable usar soldadura para conectar elementos estructurales debido a que es costoso, requiere de un riguroso control de calidad, es sensible a la corrosión y su falla es frágil ante cargas dinámicas como las originadas por los sismos. Montaje de columnas en Montaje de columnas en vaina. candelero.
  65. 65. MONTAJE DE ELEMENTOS HORIZONTALES Trabes portantes y de rigidez. Preferentemente, estos elementos deben ser tomados directamente del tractocamión que los transporta y colocados en la estructura en una sola maniobra, para lo cual el operador debe estudiar el sitio óptimo para estabilizar su grúa y realizar el menor número de movimientos posibles. Una vez colocada y centrada la pieza se revisa el plomo de sus costados y centros de trazo. Si es necesario se calza del lado que se requiera y se acuña para garantizar su correcta colocación. Cuando se requiere soldadura, se puntea sólo lo necesario antes de soltar los grilletes, para que la pieza soporte su peso propio; mientras la brigada de montaje prosigue con otras piezas, la de soldadura terminará los cordones según proyecto. Montaje de elemento de gran tamaño; nótese la posición de la grúa al centro del claro. Montaje de columnas y trabes.
  66. 66. PROGRAMA DE MONTAJE El programa de montaje debe tener en cuenta lo siguiente: -Organización del montaje en fases, con la definición del orden y tiempos de montaje. -Descripción del equipo a emplear en el montaje de cada fase. -Descripción de cimbras, apeos, soportes provisionales y todo elemento de sujeción provisoria. -Listado de personal necesario asignado a cada fase; su cualificación y especialidad profesional: montadores, caldereros, soldadores homologados,etc. -Elementos de seguridad y protección personal . -Planos de replanteos, nivelaciones, alineaciones y aplomos. -Recepción y Almacenamiento -El almacenamiento de piezas en obra se efectúa de manera ordenada y sistemática. Teniendo en cuenta el orden de montaje, se disponen las piezas con su correspondiente identificación a la vista, ya marcada con anterioridad en el taller. -La manipulación de piezas requiere de mucho cuidado, deben protegerse cada uno de los elementos en todas las zonas donde se coloquen cadenas, ganchos, estrobos o cualquier accesorio que se emplee para elevación y manipulación de las piezas de la estructura. -Cada estación previa al montaje involucra un riesgo, por ello si se puede, conviene eliminar pasos intermedios en la obra y pasar directamente del camión que viene del taller a su posición final.
  67. 67. PROTECCIÓN CONTRA INCENDIO Los objetivos fundamentales de la seguridad contra incendio son: minimizar el riesgo de vida y reducir pérdidas patrimoniales. La principal causa de muerte en incendios es la exposición a los humos tóxicos que se presentan en los primeros momentos del siniestro. Por tal razón, la seguridad de las personas depende principalmente de la rápida evacuación del ambiente en llamas. Los edificios de dimensiones pequeñas de fácil evacuación requieren menos dispositivos de seguridad y no requieren que se verifique la seguridad contra incendio de la estructura. Pero los edificios de gran tamaño que presentan dificultades para evaluar el tiempo de evacuación y en que un eventual desprendimiento puede afectar al vecindario o al equipo de combate, exigen mayor seguridad y verificación del comportamiento de la estructura frente a incendios. La pérdida patrimonial es la destrucción parcial o total de la edificación, de los contenidos y terminaciones del edificio siniestrado. No basta identificar el posible daño que el fuego causa a la propiedad, sino que por razones económicas también es necesario evaluar la magnitud del daño que puede ser considerado tolerable a fin de optimizar los costos mediante dispositivos de seguridad. Un proyecto completo debe seguir todas las etapas que se describen a continuación, aunque el problema puede ser analizado en forma parcial realizando tan sólo algunas de esas etapas. La decisión la debe tomar el ingeniero especializado en diseño de estructuras en la situación de incendio.• Determinación del tiempo de evacuación. Existen softwares que modelan matemáticamente la actitud humana en incendios y su comportamiento frente a las rutas de escape disponibles, tales como: EXODUS (Universidad de Greenwich) y CRISP (BRE- Building Research Establishment de Gran Bretaña).• Determinación de la potencia térmica (Heat Release Rate) o del campo de la temperatura que actúa sobre las estructuras.
  68. 68.  Es sabido desde el siglo XIX cuando comenzaron a construirse edificios de pisos múltiples en acero, que el acero sufre una reducción de su resistencia con el aumento de la temperatura. En esa época se usaba el concreto como material de revestimiento del acero sin función estructural pero con mucho espesor, ya que el concreto no era un aislante ideal. Años más tarde, el concreto además de revestimiento también era aprovechado como elemento estructural, trabajando conjuntamente con el acero para resistir esfuerzos. Entonces surgieron las estructuras mixtas de acero y concreto. Más tarde se inició la construcción de edificios de pisos múltiples de hormigón armado. Al comienzo no se suponía que el concreto armado también podría tener problemas a altas temperaturas. Morch (1948), en un artículo interesante advirtió sobre la necesidad de estudiar las estructuras de hormigón armado incendiadas y asociadas solamente con la armadura en su interior. Hoy se sabe que la capacidad de resistencia del concreto (EC2, 2004), del acero (EC3, 2005), de estructuras mixtas (EC4, 2005), de madera (EC5, 2004), de mampostería estructural (EC6, 2005) y de aluminio (EC9, 1998) en situación de incendio se reduce por degeneración de las propiedades mecánicas de los materiales o por la reducción del área resistente. El acero y el aluminio sometidos a altas temperaturas sufren una reducción de su resistencia y de su módulo de elasticidad. El concreto además de una reducción de resistencia pierde área resistente debido al spalling. El spalling es un despostillamiento de la superficie del concreto debido a la presión interna del agua que se evapora y al comportamiento diferencial de los componentes del concreto. En concretos de alta resistencia puede ocurrir un despostillamiento explosivo por la mayor dificultad de percolación del agua. El spalling reduce el área resistente del concreto y expone la armadura al fuego.
  69. 69. Variación de la resistencia de los materiales en función de la temperatura Aço = aceroVariación del modulo de elasticidad de los materiales en función de la temperatura aço = acero El acero disminuye sus propiedades mecánicas con la temperatura.

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