Universidad estatal del sur de manabí

UNIVERSIDAD ESTATAL DEL SUR DE MANABÍ
UNIDAD ACADÉMICA DE CIENCIAS TÉCNICAS
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
DOCENTE ING. EDUARDO PARRALES PARRALES
ESTRUCTURAS METÁLICAS
INTRODUCCIÓN A LAS ESTRUCTURAS METÁLICAS
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL
PROFESIONAL EN FORMACIÓN
PONCE REGALADO DOUGLAS STALIN
PERIODO ACADÉMICO
NOVIEMBRE 2016 – MARZO 2017

Creada mediante Registro Oficial Nº 261 del 7 de Febrero de 2001
FACULTAD DE CIENCIAS TECNICAS
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
2 | P á g i n a
Estructura Metálicas
Índice
1. INTRODUCCIÓN ..........................................................................................3
2. GENERALIDADES .......................................................................................4
3. HISTORIA ......................................................................................................5
4. Ventajas de las Estructuras Metálicas.......................................................7
4.1. Ventajas de las estructuras de acero por orden de importancia: ..7
4.1.1. Peso propio.........................................................................................7
4.1.2. Velocidad de construcción ...............................................................8
4.1.3. Menor altura en los entrepisos ........................................................8
4.1.4. Valor de rescate.................................................................................9
4.1.5. Calidad y control con relación a los materiales ............................9
4.1.6. Modificaciones .................................................................................10
4.2. Desventajas del acero como material estructural: .........................10
5. Comportamiento Estructural......................................................................11
5.1. Piezas a Compresión ..........................................................................12
5.2. Piezas a Flexión...................................................................................12
6. Bibliografía ...................................................................................................14

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1. INTRODUCCIÓN
Desde que el acero entro a jugar un importante lugar en el proceso de diseño
estructural, automáticamente se realizó como un elemento clave que en el
acontecer cotidiano se ha buscado incesablemente la manera de mejorarlo, pero
pocos realmente conocen los beneficios, así como también lo arduo y complejo que
es trabajar con acero.
Durante los últimos años, el uso de la estructura metálica ligera conformada
en frío se ha ido introduciendo en el sector de la construcción de pisos de una y dos
plantas. Los motivos que han propiciado esta situación son las muchas ventajas
que presenta la utilización de este tipo de estructura; reducción de costes,
flexibilidad en el diseño de la estructura, futuras ampliaciones, etc. A parte de estas
ventajas, a continuación, se muestran otros aspectos que han hacho de la
estructura metálica ligera una herramienta muy competitiva en el mundo de la
construcción de viviendas unifamiliares.
Fig. 1 Detalle de la estructura metálica de la cubierta del Pabellón del Futuro
Expo(92) - Sevilla -

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2. GENERALIDADES
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 lo 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 luces, 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.

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3. HISTORIA
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.
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

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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).
Fig. 2 Torre Eiffel
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 hormigón armado.

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Todas las estructuras metálicas requieren de cimentaciones de hormigón, 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.
4. Ventajas de las Estructuras Metálicas
4.1. Ventajas de las estructuras de acero por orden de importancia:
1. Peso propio.
2. Velocidad de construcción.
3. Menor altura en los entrepisos.
4. Valor de rescate.
5. Calidad y control con relación a los materiales.
6. Modificaciones.
4.1.1. Peso propio
Las estructuras metálicas por su masa, son más ligeras que la
correspondiente en concreto. El peso propio es un punto muy importante en el
cálculo de una estructura, ya que influye irremediablemente en la resistencia de la
misma y en los requerimientos de cimentación; por lo que no se duda que será más
económica la estructura más ligera. Por otra parte, la estructura de concreto es
notoriamente más voluminosa que la metálica, ya que el proyectista necesita
recurrir a veces a formas predeterminadas, cuyas secciones deberán quedar dentro
de ciertos límites prescritos. Por ello puede concluirse, que el peso de una
estructura de concreto es un factor que incide en contra de ella.

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4.1.2. Velocidad de construcción
La amortización del capital invertido, es dependiente de la velocidad de
construcción. A mayor velocidad de construcción, corresponde a la vez, una mayor
rapidez de recuperación de capital. En algunas obras, ocurre que todo el capital
está disponible desde un principio y, por lo tanto, la amortización se dará sobre el
costo total, y en este caso, el ahorro de tiempo puede decidir a favor de una
estructura de acero. Por regla general, puede decirse que, para edificiosde más de
cuatro niveles, la velocidad de construcción para una estructura de acero, es mayor
que su correspondiente en concreto.
Definitivamente la velocidad de construcción es un factor favorable a las
estructuras metálicas.
4.1.3. Menor altura en los entrepisos
Además de un ahorro económico resulta en un ahorro de espacio,
arquitectónicamente hablando. Para el concreto f’c = 210 K/cm2, se obtienen
secciones de peralte relativo más alto que las de acero. Esto hace que los pisos
sean más altos, de piso a piso terminado por cada uno, lo que significa: aumento
en muros, columnas, armados, etcétera. En las estructuras de concreto para
disminuir las alturas de los entrepisos, puede contarse con el capitel plano, pero
con un costo adicional que no compensa el costo que resulta de aumentar la altura
de los entrepisos. Este es un factor de desventaja de las estructuras de concreto.

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4.1.4. Valor de rescate
Las estructuras metálicas tienen esta ventaja: poder ser desmontadas
conservando sus perfiles originales que pueden volver a utilizarse.
Si se emplea además tornillos en sus conexiones, el desmontaje se hace
con relativa facilidad y rapidez. En cambio, si analizamos las estructuras de
concreto, éstas no tienen valor de rescate, demolerlas es destruirlas; si acaso se
rescata el armado de refuerzo, al ser enderezado pierde parte de su resistencia.
Esta desventaja puede tener consecuencias de importancia, sobre todo en el caso
actual en el que se está realizando la regeneración del centro de ciudades
importantes como lo es el Distrito Federal. Por lo que el valor de rescate de una
estructura de acero se puede considerar como parte de recuperación del capital
invertido al adquirir la estructura.
4.1.5. Calidad y control con relación a los materiales
En este caso, se puede considerar al acero estructural como uno de los
materiales más confiables. Esto se da por varios motivos, por la naturaleza misma
del material y el control estricto de fabricación y el material empleado, sobre todo
en algunas casas fundidoras responsables.
No puede decirse lo mismo del concreto, que en repetidas ocasiones se
fabrica en obra; la calidad y bondad del concreto se ven afectados por muchos
factores entre ellos: baja relación agua-cemento, mala granulometría de los
agregados (grava de río), mala molienda de los cementantes, escasa o sobrada

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plasticidad, vibrado insuficiente, mezcla manejable incorrecta, curado insuficiente,
resistencia inapropiada a reacciones químicas adversas, falta de homogeneidad,
etcétera. Por lo visto, el concreto está expuesto a muchos factores que hacen variar
los requerimientos establecidos en el diseño.
4.1.6. Modificaciones
Los cambios de piezas son más fáciles y menos costosos en las estructuras
de acero. Una diferencia hacia arriba de las cargas supuestas en los cálculos, en
estructuras remachadas o de tornillos admite poner una pieza en lugar de otra. En
las estructuras de concreto, este cambio significaría la destrucción de la pieza
antigua y, además, se perdería la rigidez de la estructura.
4.2. Desventajas del acero como material estructural:
Costo de mantenimiento. - La mayor parte de los aceros son susceptibles
a la corrosión al estar expuestos al agua y al aire y, por consiguiente, deben pintarse
periódicamente.
Costo de la protección contra el fuego. - Aunque algunos miembros
estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente
durante los incendios. Además, se ha comprobado que por su gran capacidad de
conducir calor ha provocado la propagación de incendios, elevando la temperatura
de habitaciones donde no hay flamas o chispas de ignición más por el alto calor
conducido ha logrado inflamar otros materiales usuales como madera, tela y otros

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Susceptibilidad al pandeo. Es decir, entre más esbeltos sean los miembros
a compresión, mayor es el peligro de pandeo. Como se indicó previamente, el acero
tiene una alta resistencia por unidad de peso, pero al utilizarse como columnas no
resulta muy económico ya que debe usarse bastante material, solo para hacer más
rígidas las columnas contra el posible pandeo. Sin embargo, cabe la posibilidad de
usar perfiles que tengan dentro sus propiedades grandes momentos de inercia
abundando a mitigar esta desventaja.
5. Comportamiento Estructural
Estas estructuras cumplen con los mismos condicionantes que las
estructuras de hormigón, 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 Hormigón 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 hormigón
armado.
Las barras de las estructuras metálicas trabajan a diferentes esfuerzos de
compresión y flexión; veamos:
Piezas a Compresión
Piezas a Flexión

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5.1. Piezas a Compresión
Para las Estructuras Metálicas, cuando el esfuerzo principal es de
compresión, se deben elegir perfiles cuyo momento de inercia en relación a los dos
ejes principales, sean en lo posible similares, pues su capacidad resistente
depende en gran medida del momento de inercia mínimo.
Los perfiles más adecuados que reúnen esta condición, son los perfiles H;
para una pieza a compresión, deben emplearse perfiles simples en H o bienperfiles
compuestos que se obtienen por la unión de otros perfiles simples, tratando siempre
de que se logre a través una ejecución sencilla, y que los momentos de inercia sean
lo más parecidos posible.
5.2. Piezas a Flexión
En las Estructuras Metálicas, a fin de que una barra trabaje principalmente a
esfuerzos de flexión, deben elegirse perfiles cuyo momento de inercia sea máximo
para una misma cantidad de material.
Perfiles Aptos para Trabajar a la Flexión
Los perfiles más aptos para trabajar a la flexión y que reúnen los requisitos
explicados, son los IPE y IPN, diseñados para absober estos esfuerzos.
Fig.3 perfil IPE Fig.4 perfil IPN

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Los perfiles IPE y IPN son los adecuados pues para vigas y jácenas, con una
mano de obra mínima para montaje en obra.
Existen estructuras en las cuales las piezas sometidas a flexión no se
pueden resolver con perfilería en serie, por ello se recurre a perfiles compuestos,
que son de alma llena y con secciones por lo general doble T y C.
Fig. 5 cimentación
Fig. 6 Placa de estructura

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6. Bibliografía
Stanners, J.F. (1954) "Painting for the Protection of Outdoor Metal Structures: Part
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Alfaro, L. (2011). “Curso de Materialesde Construcción 2011” Universidad Nacional
Jorge Basadre Grohman, Tacna, Peru
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Bešević, M. (2013). “Load bearing capacitiesof cold formed steel sections subjected
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ISSN 1871-6873) Facultad de Ingeniería Civil. Subotica, Universidad de Novi Sad,
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Gehri, E. (1985). “The fire resistance of steel structures.” Federal Institute of
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Estructuras Metálicas Página 8
McCormac, J. (2000) “Diseño de estructuras metálicas método ASD.” Editorial
Alfaomega, Mexico D.F..

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