1 Estructuracion de edificios en marcos de acero

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1 Estructuracion de edificios en marcos de acero

  1. 1. ESTRUCTURACION DE EDIFICIOS EN MARCOS DE ACERO UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONMA DE MEXICO FACULTAD DE ARQUITECTURA TALLER CARLOS LAZO CONSTRUCCION VI MARTINEZ GUTIERREZ JONATHAN CHRISTIAN
  2. 2. INTRODUCCIONAcero, aleación de hierro que contiene entre un 0,04 y un 2,25% de carbono y a la que se añadenelementos como níquel, cromo, manganeso, silicio o vanadio, entre otros.FABRICACIO DEL ACEROArrabio, es un material fundido que se obtiene en el alto horno mediante reducción del mineral dehierro. Se utiliza como materia prima en la obtención de las aleaciones férricas fundamentales: lasfundiciones y los aceros.El acero se obtiene eliminando las impurezas del arrabio, producto de fundición de los altos hornos, yañadiendo después las cantidades adecuadas de carbono y otros elementos. La principal dificultad parala fabricación del acero es su elevado punto de fusión, 1.400 ºC, que impide utilizar combustibles yhornos convencionales. En 1855, Henry Bessemer desarrolló el horno o convertidor que lleva su nombrey en el que el proceso de refinado del arrabio se lleva a cabo mediante chorros de aire a presión que seinyectan a través del metal fundido. En el proceso Siemens-Martin, o de crisol abierto, se calientanpreviamente el gas combustible y el aire por un procedimiento regenerativo que permite alcanzartemperaturas de hasta 1.650 ºC. Producción de acero El arrabio fundido se vierte en un crisol abierto para ser convertido en acero. El acero es una forma de hierro producida a partir de mineral de hierro, coque y caliza en un alto horno. Para fabricar un acero resistente hay que eliminar el exceso de carbono y otras impurezas.PRODUCCION DE ARRABIOLos materiales básicos empleados para fabricar arrabio son mineral de hierro, coque y caliza. El coquese quema como combustible para calentar el horno, y al arder libera monóxido de carbono, que secombina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico. La ecuación de la reacciónquímica fundamental de un alto horno esFe2O3 + 3 CO → 3 CO2 + 2 Fe
  3. 3. La caliza de la carga del horno se emplea como fuente adicional de monóxido de carbono y comosustancia fundente. Este material se combina con la sílice presente en el mineral (que no se funde a lastemperaturas del horno) para formar silicato de calcio, de menor punto de fusión. Sin la caliza seformaría silicato de hierro, con lo que se perdería hierro metálico. El silicato de calcio y otras impurezasforman una escoria que flota sobre el metal fundido en la parte inferior del horno. El arrabio producidoen los altos hornos tiene la siguiente composición: un 92% de hierro, un 3 o 4% de carbono, entre 0,5 y3% de silicio, del 0,25% al 2,5% de manganeso, del 0,04 al 2% de fósforo y algunas partículas deazufre.Un alto horno típico está formado por una cápsula cilíndrica de acero forrada con un material nometálico y resistente al calor, como asbesto o ladrillos refractarios. El diámetro de la cápsula disminuyehacia arriba y hacia abajo, y es máximo en un punto situado aproximadamente a una cuarta parte de sualtura total. La parte inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, pordonde se fuerza el paso del aire. Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabiocuando se sangra (o vacía) el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otroagujero para retirar la escoria. La parte superior del horno, cuya altura es de unos 30 m, contienerespiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por válvulas en forma decampana, por las que se introduce la carga en el horno. Los materiales se llevan hasta las tolvas enpequeñas vagonetas o cucharas que se suben por un elevador inclinado situado en el exterior del horno. Alto hornoPara 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 vagonetasvuelcan la carga en unas tolvas situadas en la parte superior del horno. Una vez en el horno, la carga es sometida a chorros deaire de hasta 870 ºC (el horno debe estar forrado con una capa de ladrillo refractario para resistir esas temperaturas). El metalfundido se acumula en la parte inferior. Los residuos (la escoria) flotan por encima del arrabio fundido. Ambas sustancias se extraen periódicamente para ser procesadas.
  4. 4. CLASIFICACION DEL ACEROLos 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 elementoinseparable de la siderurgia, pues el hierro y el acero admiten mejor operaciones como las de batido y laminado, cuando están muy calientes.ACEROS AL CARBONOMás del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades decarbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productosfabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de lasestructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas o pasadores para el pelo.ACEROS ALEADOSEstos aceros contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, ademásde cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros seemplean, por ejemplo, para fabricar engranajes y ejes de motores, patines o cuchillos de corte.ACEROS DE BAJA ALEACION ULTRARESISTENTESEsta familia es la más reciente de las cinco grandes clases de acero. Los aceros de baja aleación son másbaratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos
  5. 5. elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia muchomayor que la del acero al carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con aceros debaja aleación pueden transportar cargas más grandes porque sus paredes son más delgadas que lo quesería necesario en caso de emplear acero al carbono. Además, como los vagones de acero de bajaaleación pesan menos, las cargas pueden ser más pesadas. En la actualidad se construyen muchosedificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir suresistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios.ACEROS INOXIDABLESLos aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienenbrillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gasescorrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esaresistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, enarquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para lastuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o paracápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar osustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales. En cocinas y zonas depreparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurece losalimentos y pueden limpiarse con facilidad.ACEROS DE HERRAMIENTASEstos aceros se utilizan para fabricar muchos tipos de herramientas y cabezales de corte y modelado demáquinas empleadas en diversas operaciones de fabricación. Contienen volframio, molibdeno y otroselementos de aleación, que les proporcionan mayor resistencia, dureza y durabilidad.PROCESOS DE ACABADOEl acero se vende en una gran variedad de formas y tamaños, como varillas, tubos, raíles (rieles) deferrocarril o perfiles en H o en T. Estas formas se obtienen en las instalaciones siderúrgicas laminandolos lingotes calientes o modelándolos de algún otro modo. El acabado del acero mejora también sucalidad 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, ellingote colado se calienta al rojo vivo en un horno denominado foso de termodifusión y a continuaciónse hace pasar entre una serie de rodillos metálicos colocados en pares que lo aplastan hasta darle laforma y tamaño deseados. La distancia entre los rodillos va disminuyendo a medida que se reduce elespesor del acero.El primer par de rodillos por el que pasa el lingote se conoce como tren de desbaste o de eliminación deasperezas. Después del tren de desbaste, el acero pasa a trenes de laminado en bruto y a los trenes deacabado que lo reducen a láminas con la sección transversal correcta. Los rodillos para producir raíles orieles de ferrocarril o perfiles en H, en T o en L tienen estrías para proporcionar la forma adecuada.
  6. 6. Laminado en caliente y colada continua 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 enun foso de termodifusión. El acero pasa por una serie de rodillos o trenes (de desbaste, de laminado y de acabado) que lo vanaplastando progresivamente. Por último, el acero se arrolla en bobinas y se transporta a otros lugares para su procesado. APLICACIÓN ESTRUCTURAL DE PERFILES Y CONEXIONES METALICASEl acero de uso estructural es un material de fabricación industrializada, lo cual asegura un adecuadocontrol de calidad. Este material se caracteriza por una elevada resistencia, rigidez y ductilidad (esto escapacidad de soportar deformaciones plásticas sin disminuir su capacidad resistente), por cual su uso esmuy recomendable para construcciones sismorresistentes.En el diseño y verificación de componentes estructurales de acero, uno de los parámetros mecánicos másimportantes es la tensión mínima de fluencia, Fy, Adicionalmente, en algunos estados límite vinculadoscon la fractura se aplica la resistencia de tracción mínima, Fu. Ambos parámetros son propiedadesnominales del acero especificado. Los aceros convencionales presentan resistencias menores y mayorductilidad, mientras que los aceros de alta resistencia en general presentan una ductilidad reducida.
  7. 7. La dirección en que se laminan los perfiles y placas es la de mayor interés en el diseño de las estructuras, por lo que elesfuerzo de fluencia en esa dirección, determinado por medio de ensayes estándar de tensión, es la propiedad mecánica quedecide, en la mayoría de los casos, el tipo de acero que ha de emplearse. Sin embargo, otras propiedades mecánicas, talescomo anisotropía, ductilidad, tenacidad, facilidad de formado en frío, resistencia a la corrosión, pueden ser tambiénimportantes para el comportamiento correcto de algunas estructuras. Cuando éste sea el caso, habrá que remitirse a laliteratura 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 laresistencia 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 omás de ellos, sea igual o mayor que el o los valores de diseño de dicha fuerza o momento internos. Lasresistencias de diseño deben incluir el factor de resistencia FR correspondiente. Las fuerzas y momentosinternos de diseño se obtienen, en general, multiplicando por el factor de carga FC correspondiente losvalores de las fuerzas y momentos internos calculados bajo acciones nominales.En los casos en que los efectos geométricos de segundo orden influyan significativamente en larespuesta de la estructura, las fuerzas y momentos internos de diseño deben obtenerse multiplicando lasacciones nominales por los factores de carga antes de efectuar el análisis, el que se lleva a cabo con lasacciones nominales factorizadas.
  8. 8. El punto donde el acero cambia del estado elástico al estado plástico, esto es donde empieza a fluir el acero, se denomina: límite de fluencia (fy). Las características más importantes del acero se desprenden de las curvas esfuerzo ( ) deformación ( ) obtenidas mediante ensayos de Tensión estandarizados.La resistencia al esfuerzo cortante (fv) es importante y puede considerarse que es del orden del 75% dela resistencia a la tensión. El módulo de elasticidad correspondiente a las porciones rectas en la zonaelástica de las curvas esfuerzos-deformación varía poco entre los diversos tipos de acero por lo que sepuede tomar como: Es = 2 x 106 kg/cm2El peso volumétrico del Acero se puede tomar como: 7.8 t/ m3-Ventajas del acero como elemento estructural1. Bajo peso volumétrico2. Alta resistencia a la tensión y compresión3. Posibilidad de prefabricación de sección o perfiles.-Desventajas:1. Costo2. Mantenimiento3. Baja resistencia a la corrosión.
  9. 9. MARCOS RÍGIDOSEl tipo de estructuración más común hoy en día para edificios tanto de concreto como de acero es el queutiliza marcos rígidos. Los marcos formados por columnas y trabes estan unidos formando unionesrígidas capaces de transmitir los elementos mecánicos en la viga sin que haya desplazamientos lineales óangulares entre sus extremos y las columnas en que se apoya. Sobre las vigas principales, que además deresistir las cargas verticales ayudan a resistir las cargas laterales, se apoyan en algunos casos las vigassecundarias 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 sistemaconvencional Losa_Trabe_Columna (Marco Rígido) ha sufrido variaciones, ejemplo: el desarrollo de lalosa 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.El sistema de marcos rígidos como rigidización horizontal se basa en la rigidez a flexión de loselementos del marco (columnas y trabes) y en la rigidez a flexión de los nodos.
  10. 10. Marcos contraventeadosEl sistema vertical de contraventeo de un construcción de varios pisos, debe ser adecuado para:
  11. 11. a) Evitar el pandeo de la estructura bajo cargas verticalesde diseño; yb) Conservar la estabilidad lateral de la estructura,incluyendo los efectos ocasionados por los desplazamientoslaterales (efecto P-Δ), bajo cargas verticalesy horizontales de diseño.Si el edificio está provisto de muros de cortante ligados a los marcos por medio de losas de concreto uotros sistemas de piso de rigidez y resistencia adecuadas, esos muros de cortante forman parte delsistema vertical de contraventeo. En estructuras diseñadas plásticamente, las fuerzas axiales en losmiembros de los marcos contraventeados, producidas por las fuerzas verticales y horizontales dediseño, no deben exceder de 0.85Py, donde Py es el producto del área de la sección transversal delmiembro por el esfuerzo de fluencia del acero. Las vigas incluidas en el sistema vertical de contraventeose diseñarán como elementos flexocomprimidos, teniendo en cuenta las fuerzas de compresión axialoriginadas por las cargas horizontalesMarcos sin contraventeoLa resistencia de los marcos que forman parte de edificios carentes de contraventeo y de muros decortante se determina con un análisis racional que debe incluir los efectos producidos pordesplazamientos 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 lacombinación de éstas y las fuerzas horizontales de diseño. En estructuras diseñadas plásticamente, lafuerza 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 notransmitan momento flexionante y que, por consiguiente, no contribuyan a la rigidez lateral delconjunto, el efecto desestabilizador de las cargas verticales que obran sobre ellas se tomará en cuenta aldiseñar las columnas de los marcos rígidos.
  12. 12. Introduciendo un mecanismo de rigidización mediante cables de atirantado en el sistema de transmisiónvertical de las cargas se crean las estructuras de pilares atirantados, los cables pretensados dentro depilares inclinados impiden las deformación crítica.PERFILES
  13. 13. CONEXIONESLa resistencia del hierro y el acero utilizados en la construcción ha aumentado continuamente a medidaque se han producido mejoras en las técnicas de fabricación y producción. A finales del siglo XIX lastensiones admisibles para la fundición de hierro estaban entorno a los 20 MPa y para el hierro forjadoentorno a 100 MPa. Las actuales tensiones admisibles para el acero, que aparecen en las últimas normaspara diseño de estructuras de acero, son muy superiores. La capacidad portante de estas estructurasantiguas de hierro y acero obviamente debe ser tenida en cuenta en relación a las normas vigentes en elmomento de su construcción original, aunque con una comprobación a fondo puede ser posible justificarun ligero aumento de las tensiones permitidas especificadas en ese momento.Las conexiones deben cumplir los siguientes requerimientos de resistencia:a. Resistencia requerida a tracciónLa resistencia requerida a tracción de las conexionesdebe ser menor que:• La resistencia a fluencia esperada.• La máxima carga axial que puede ser transferida, determinada mediante análisis estructural.b. Resistencia requerida a flexiónc. Resistencia requerida a compresiónLas conexiones totalmente restringidas son aquellas que pueden transferir el momento flector con unarotación despreciable entre los componentes conectados. Cuando estas conexiones forman parte delsistema sismorresistente la resistencia requerida a flexión debe tomarse como el menor valor entre 1.1Ry Mp o el máximo momento que puede desarrollarse en el sistema. Este último surge de considerar quees 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 pararesistir el momento de vuelco pueden limitar el momento máximo en las vigas y, consecuentemente, nopuede desarrollarse su resistencia real a flexión. La resistencia requerida a corte debe determinarsesiguiendo 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 derespaldo (backing), se definen las características geométricas de los agujeros de acceso para soldadura.
  14. 14. Las conexiones parcialmente restringidas son aquellas que presentan capacidad para transferir momentoflector, 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 conexionestotalmente restringidas.• La resistencia requerida a corte debe determinarse de las combinaciones de carga considerando elesfuerzo 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, dela 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 laestabilidad global del pórtico. CONEXIONES REFORZADAS
  15. 15. En las conexiones con viga de sección, se realiza un corteen las alas del perfil en la zona cercana a laconexión. De esta forma se logra que la fluencia se concentre en lazona de sección reducida, con unmomento de plastificación menor que el propio de la viga. RIOSTRAS PARA EL CONTRAVENTEO
  16. 16. 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 pórticosno arriostrados.
  17. 17. SOLDADURA La soldadura es un proceso de unión de materiales en la cual se funden las superficies de contacto dedos (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 lossiguiente:
  18. 18. 1. La soldadura proporciona unión permanente 2. La unión soldada puede ser más fuerte que los materiales originales. 3. En general, la soldadura es una forma más económica de unir componentes, en términos de uso de materiales y costos de fabricación. 4. La soldadura no se limita al ambiente de fábrica. Puede realizarse en el campo.TIPOS DE SOLDADURASoldadura por fusión – estos procesos usan el calor para fundir los materiales base. En muchasoperaciones de soldadura por fusión, se añade un metal de aporte a la combinación fundida para facilitarel proceso y aportar volumen y resistencia a la unión soldada.Soldadura de estado sólido – este proceso se refiere a los procesos de unión en los cuales la fusiónproviene de la aplicación de presión solamente o una combinación de calor y presión. Algunos procesosrepresentativos 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.
  19. 19. LA UNIÓN POR SOLADURA La soldadura produce una conexión sólida entre dos partes denominada unión por soldadura, así escomo 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.Existe otros tipos de soldadura como: 1. Soldadura metálica con arco protegido 2. Soldadura metálica con arco eléctrico y gas 3. Soldadura con núcleo fundente 4. Soldadura electro gaseosa 5. Soldadura con arco sumergido
  20. 20. La soldadura por resistencia es principalmente un tipo de soldadura por fusión donde el calor se obtienemediante la generación de un gran resistencia eléctrica dirigida hacia el flujo de corriente en la uniónque se va a soldarTORNILLOS, TUERCAS Y PERNOS Los tornillos y los pernos son sujetadores con roscas externas. Hay una diferencia técnica entre untornillo y un perno, que con frecuencia se confunde en el su uso popular. Un tornillo es un sujetador conrosca externa que, por lo general, se ensambla en un orificio roscado ciego. Un perno es un sujetadorcon rosca externa que se inserta a través de orificios en las partes y se asegura con una tuerca en el ladoopuesto.
  21. 21. Existen distintos tipos de cabezas para los tronillos y los pernos, entre estos destacan los de la siguientefigura: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. Fig 1. 2) Los sujetadores roscados prisioneros son sujetadores con rosca que han preensamblado permanentemente a una de las partes que se van a unir. Fig 2.
  22. 22. REMACHES Y OJILLOS Los remaches son sujetadores que se utilizan ampliamente para obtener una unión permanente en formamecánica. 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 ladoopuesto.
  23. 23. Los ojetes u ojillos son sujetadores tubulares de paredes delgadas con un reborde en un extremo. Se usanpara producir una unión empalmada permanente entre dos (o más) partes planas.PROTECCION CONTRA INCENDIOLos objetivos fundamentales de la seguridad contra incendio son: minimizar el riesgo de vida y reducirpérdidas patrimoniales. Entiéndase como riesgo devida la exposición severa a humos o calor de losusuarios de edificios y, a menor nivel, el desprendimiento y la caída de elementos constructivos sobrelos habitantes o los equipos de combate de incendio. La principal causa de muerte en incendios es laexposición 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 yno requieren que se verifique la seguridad contra incendio de la estructura. Pero los edificios de grantamaño que presentan dificultades para evaluar el tiempo de evacuación y en que un eventualdesprendimiento puede afectar al vecindario o al equipo de combate, exigen mayor seguridad yverificación del comportamiento de la estructura frente a incendios. La pérdida patrimonial es ladestrucción 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 económicastambién es necesario evaluar la magnitud del daño que puede ser considerado tolerable a fin deoptimizar los costos mediante dispositivos de seguridad.Un proyecto completo debe seguir todas las etapas que se describen a continuación, aunque el problemapuede ser analizado en forma parcial realizando tan sólo algunas de esas etapas. La decisión la debetomar 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
  24. 24. 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.Es sabido desde el siglo XIX cuando comenzaron a construirse edificios de pisos múltiples en acero, queel acero sufre una reducción de su resistencia con el aumento de la temperatura. En esa época se usaba elconcreto como material de revestimiento del acero sin función estructural pero con mucho espesor, yaque el concreto no era un aislante ideal. Años más tarde, el concreto además de revestimiento tambiénera aprovechado como elemento estructural, trabajando conjuntamente con el acero para resistiresfuerzos.Entonces surgieron las estructuras mixtas de acero y concreto. Más tarde se inició la construcción deedificios de pisos múltiples de hormigón armado. Al comienzo no se suponía que el concreto armadotambién podría tener problemas a altas temperaturas. Morch (1948), en un artículo interesante advirtiósobre la necesidad de estudiar las estructuras de hormigón armado incendiadas y asociadas solamentecon la armadura en su interior. Hoy se sabe que la capacidad de resistencia del concreto (EC2, 2004), delacero (EC3, 2005), de estructuras mixtas (EC4, 2005), de madera (EC5, 2004), de mamposteríaestructural (EC6, 2005) y de aluminio (EC9, 1998) en situación de incendio se reduce por degeneraciónde las propiedades mecánicas de los materiales o por la reducción del área resistente. El acero y elaluminio sometidos a altas temperaturas sufren una reducción de su resistencia y de su módulo deelasticidad. 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 quese evapora y al comportamiento diferencial de los componentes del concreto. En concretos de altaresistencia 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. Variación de la resistencia de los materiales en función de la temperatura Aço = acero
  25. 25. Variación del modulo de elasticidad de los materiales en función de la temperatura aço = aceroEl acero disminuye sus propiedades mecánicas con la temperatura.
  26. 26. El riesgo de un incendio depende del uso del edificio, ubicación, tamaño, número de ocupantes, diseño ytipo de construcción.En general, mientras más grande sea el edificio, mayor será el riesgo de las vidas de sus ocupantes y dela propiedad. Un factor vital de reducir este riesgo es crear barreras físicas ante la propagación del fuegoen el edificio, sectorizándolo mediante compartimentos como muros, tabiques y losas resistentes alfuego. La protección de los elementos estructurales, el sellado y protección de aberturas verticales yhorizontales, la protección efectiva de penetraciones de instalaciones de servicio, el uso de materialesincombustibles en revestimientos y alhajamiento son aspectos importantes a tener en cuenta.Todas estas consideraciones se refieren a la protección pasiva contra el fuego, sistema que no requierede energía o agua para operar en la eventualidad de un incendio. Dar las facilidades necesarias a losservicios contra incendios, un adecuado mantenimiento, una buena administración, tener debidamenteseñalizadas y expeditas las vías de escape y contar con elementos de protección activa, como alarmas dehumo y rociadores, completa un conveniente paquete de protección.La seguridad de las estructuras de acero en situación de incendio se logra mediante protecciónantitérmica, como sigue:• auto-protección: el elemento estructural aislado sin revestimiento contra fuego es dimensionado pararesistir las altas temperaturas de un incendio. Esta es por lo general la manera menos económica pararesolver el problema.• barreras antitérmicas: el elemento de acero es forrado en mampostería o concreto o revestido conmateriales de revestimiento contra fuego de baja densidad, baja conductividad térmica y bajo calorespecífico. El espesor de estos materiales es calculado con medios analíticos o experimentales.• integración del acero a otros elementos de construcción, constituyendo estructuras mixtas o estructurasintegradas. Las estructuras mixtas de acero y de concreto son aquellas en que ambos materiales trabajanen forma solidaria para resistir los esfuerzos externos. En situación de incendio hay transferencia decalor entre los elementos estructurales. Así se tienen, por ejemplo, vigas, losas o pilares mixtos de aceroy concreto. Estructuras integradas son aquellas en que el acero a altas temperaturas transfiere calor alconcreto o a la mampostería, pero sin solidaridad estructural. Estructuras mixtas de acero y concreto
  27. 27. Aspecto final después de uno de los incendios experimentales en CardingtonFORMAS DE PROTECCIÓN SUPERFICIAL CONTRA EL FUEGOPinturas IntumescentesEstas pinturas se aplican como capa intermedia entre la primera de imprimación y la de acabado. Es unasolución que no modifica las dimensiones ni la geometría de los elementos protegidos, no obstante,presenta el problema de no ser muy eficaz ya que las estructuras sometidas al fuego por más de 50minutos, pierden su estabilidad. Por esta razón su uso es muy limitado.Morteros IgnífugosEstos morteros son proyectables compuestos por ligantes hidráulicos, áridos ligeros del tipo devermiculita o lana mineral, y aditivos especiales. Permiten una estabilidad al fuego llegando hasta cuatrohoras de exposición al calor de las llamas. El espesor del revestimiento se realiza según el tiempo deestabilidad al fuego que se considere; la superficie de acabado puede hacerse alisada o rugosa.Placas Rígidas de RevestimientoEsta protección se basa en paneles de silicato cálcico; son livianos y fácil de manejar, permiten crearalojamientos estancos en su interior donde queda el perfil. El espesor y la cantidad de capas de lospaneles determinan el tiempo de estabilidad al calor de las llamas. El tiempo máximo comprobado seencuentra alrededor de las 3 horas de exposición al fuego.
  28. 28. PREPARACIÓN Y PROTECCIÓNLas piezas metálicas que deban transportarse requieren una preparación utilizando para ello mediosauxiliares tales como: cunas traviesas, perfilería, almohadillas de serrín y otros. Estos recursos impidenque las piezas sufran desplazamientos durante el transporte; además se las protege para que no sedeformen, no sufran torsiones o abolladuras o cualquier deterioro para que no sean rechazadas almomento de su montaje en obra. Si ésto sucede, la pieza rechazada se marca en forma indeleble.Puede también que la pieza no se rechace sino que los deterioros sufridos permitan ser reparados. Dadoeste caso, se levanta un acta de los daños y se propone la reparación y procedimiento a seguir. Luego laspiezas afectadas serán inspeccionadas en las partes dañadas.TRANSPORTE PROGRAMADOLos transportes de piezas se programan según el avance de la obra y la secuencia de montaje con sustiempos establecidos. La obra deberá indicar al taller los tiempos de envíos en el orden establecido.Si las piezas superan un ancho de 4 m. o una longitud de 18 m., debe utilizarse coche deacompañamiento (por normativa de tráfico). Se evitarán los transportes próximos a fines de semana oferiados pues pueden sufrir retrasos o paradas.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 cuentael orden de montaje, se disponen las piezas con su correspondiente identificación a la vista, ya marcadacon anterioridad en el taller.-La manipulación de piezas requiere de mucho cuidado, deben protegerse cada uno de los elementos entodas las zonas donde se coloquen cadenas, ganchos, estrobos o cualquier accesorio que se emplee paraelevación y manipulación de las piezas de la estructura.-Cada estación previa al montaje involucra un riesgo, por ello si se puede, conviene eliminar pasosintermedios en la obra y pasar directamente del camión que viene del taller a su posición final.TAREAS PREVIASAntes de comenzar con la fabricación , deberán estar confeccionados los planos de taller.Previamente al montaje de la estructura metálica, estará ejecutada la cimentación correspondiente,respetando todas las cotas de proyecto y provista ésta de sus correspondientes elementos de unión con laestructura (chapas de anclaje, cajetines, etc.)
  29. 29. REPLANTEOComprobar en obra las cotas de replanteo de la estructura para la realización de los planos de taller, paradefinir completamente todos los elementos de la estructura.Estos planos deberán contener:a) Las dimensiones necesarias para la definición de todos los elementos integrantes de la estructura.b) Las contraflechas de vigas, cuando se hayan previsto.c) La disposición de las uniones, inclusive todas las provisionales de armado, distinguiendo las dosclases de unión: de fuerza y de atado.d) El diámetro de los agujeros de tornillos, con indicación de la forma de mecanizado.e) Las clases y diámetros de los tornillos empleados.f) La forma y dimensiones de las uniones soldadas, la preparación de los bordes, el procedimiento,métodos usados en cada caso y posiciones de soldeo, los materiales de aportación y el orden deejecución.g) Las indicaciones sobre mecanizado o tratamiento de los elementos que lo precisen.h) Todo plano de taller debe indicar tipo de perfiles, clases de aceros usados, los pesos y marcas de cadauno de los elementos de la estructura representados en él.Proceso ConstructivoEn la ejecución de una estructura metálica hay que distinguir dos fases:Fabricación en TallerMontaje en ObraFabricación en TallerLos trabajos a realizar en taller conllevan un proceso en el orden siguiente:RECEPCIÓN, ALMACENAMIENTO Y MANIPULACIÓNTodos los elementos de la estructura deben tener sus marcas de identificación. El almacenamiento ydepósito de los elementos que integran la obra se debe hacer guardando un orden estricto y en formasistemática, a fin de no generar demoras o errores en el montaje. Las manipulaciones para la carga,descarga, transporte, almacenamiento a pie de obra y montaje deben efectuarse con el cuidado suficientepara no producir solicitaciones excesivas en ningún elemento de la estructura y para no dañar las piezaso la pintura.Deben protegerse las partes sobre las que hayan de fijarse las cadenas, ganchos o cables que se utilicenen la elevación o sujeción de las piezas de la estructura.Antes de realizar el montaje, se deberá corregir con cuidado cualquier abolladura, torcedura o combaque haya aparecido durante las operaciones de transporte. Si el defecto no se puede corregir, o sepresume que después de corregido puede afectar la resistencia o estabilidad de la estructura, se rechazala pieza marcándola debidamente para dejar constancia de ello.MONTAJESobre las cimentaciones previamente ejecutadas se apoyan las bases de los primeros pilares o pórticos.Estas bases se nivelan con cuñas de acero. Es conveniente que la separación esté comprendida entre 40 y80 mm. Después de acuñadas las bases, se procede a la colocación de vigas del primer forjado y luego sealinean y aploman los pilares y pórticos.Los espacios entre las bases de los pilares y la cimentación deben limpiarse y luego se rellenan porcompleto con mortero u hormigón de cemento portland y árido; el árido no podrá tener una dimensiónmayor que 1/5 del espesor del espacio que debe rellenarse, y su dosificación no menor que ½.
  30. 30. Las sujeciones provisionales de los elementos durante fase de montaje se aseguran para resistir cualquieresfuerzo que se produzca durante los trabajos. En el montaje se realiza el ensamble de los distintoselementos, a fin de que la estructura se adapte a la forma prevista en los planos de taller con lastolerancias establecidas. No se comienza el atornillado definitivo o soldeo de las uniones de montajehasta haber comprobado que la posición de los elementos de cada unión coincida con la posicióndefinitiva. Las uniones atornilladas o soldadas seguirán deben realizarse según las especificaciones de lanormativa en vigor.CRITERIOS DE MEDICIÓNSe calcula por Peso: kg. de estructura realmente montada.Control de CalidadDicho control se llevará a cabo en las dos fases del proceso:Fabricación en Taller y Montaje en Obra.Fabricación en TallerControl de las dimensiones de piezas y elementos: se realizar el control en el plantillaje, marcado, corte,perforación y soldadura.ArmadoSe harán las siguientes comprobaciones:Identificación y disposición de elementos.Situación de los ejes de simetría.Situación de las zonas de sujeción a elementos contiguos.Ausencia de alabeos y abolladuras.SoldaduraSe realizan los ensayos definidos en el correspondiente pliego, líquidos penetrantes, partículasmagnéticas, radiografías y/o ultrasonidos.Se realiza siempre una inspección visual donde no se admiten los defectos.PinturaDeben realizarse las siguientes comprobaciones:Revisión de certificados de pintura.Inspección visual de la preparación de superficies.Ensayo de adherencia.Control de espesor eficaz.Atornillado o SoldaduraEn el atornillado se verificará el par de apriete y en la soldadura realizada en obra se aplicará lo mismoque para las realizadas en taller (ver C.E. 02.06.02 Uniones soldadas y 02.06.03 Uniones atornilladas).Control de los MaterialesTodos los materiales recibidos serán objeto de Recepción y Ensayo.El fabricante debe garantizar las características mecánicas y la composición química de los materialesque suministra, es decir, garantizar que se cumplen las condiciones especificadas en la normativa NBE-EA-95.Todos los materiales deben llevar las siglas de la fabrica, el tipo de acero y la denominación delproducto, marcados debidamente.Hay que definir el tipo de acero de la estructura, así como las operaciones y sus tolerancias tanto de la"fabricación en taller" como del "montaje en obra".
  31. 31. Medios NecesariosMaterialesDesignación de AcerosTodos los aceros utilizados en la fabricación de estructuras deben estar de acuerdo con las normas ycalidades 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, A42bAceros de alta resistencia utilizados: A52bPerfiles : 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 lanormativa 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 lanormativa correspondiente.La serie de productos utilizados puede ser: en placas: onduladas, grecadas, nervadas y agrafadas.d. Tornillos, tuercas y arandelasClase T: tornillos ordinarios según NBE-EA95Clase TC: tornillos calibrados según NBE-EA95Clase TR: tornillos de alta resistencia según NBE-EA95Los tornillos ordinarios se emplean conproductos 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.

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