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´PUENTE COLGANTE
Un puente colgante es un puente sostenido por un arco invertido formado por
numerosos cables de acero, del que se suspende el tablero del puente
mediante tirantes verticales. Desde la antigüedad este tipo de puentes han sido
utilizados por la humanidad para salvar obstáculos. A través de los siglos, con
la introducción y mejora de distintos materiales de construcción, este tipo de
puentes son capaces en la actualidad de soportar el tráfico rodado e incluso
líneas de ferrocarril ligeras
Los cables que constituyen el arco invertido de los puentes colgantes deben
estar anclados en cada extremo del puente ya que son los encargados de
transmitir una parte importante de la carga que tiene que soportar la estructura.
El tablero suele estar suspendido mediante tirantes verticales que conectan
con dichos cables.
Las fuerzas principales en un puente colgante son de tracción en los cables
principales y de compresión en los pilares. Todas las fuerzas en los pilares
deben ser casi verticales y hacia abajo, y son estabilizadas por los cables
principales, estos pueden ser muy delgados, como son, por ejemplo, en el
Puente de Severn, Inglaterra.
En el puente Juscelino Kubitschek, Brasilia, Brasil. Los arcos no se encuentran
en el mismo plano y los cables de suspensión forman una superficie parabólica
Asumiendo como cero el peso del cable principal comparado con el peso de la
pista y de los vehículos que están siendo soportados, unos cables de un
puente colgante formarán una parábola (muy similar a una catenaria, la forma
de los cables principales sin cargar antes de que sea instalada la pista). Esto
puede ser visto por un gradiente constante que crece con el crecimiento lineal
de la distancia, este incremento en el gradiente a cada conexión con la pista
crea un aumento neto de la fuerza. Combinado con las relativamente simples
constituidas puestas sobre la pista actual, esto hace que los puentes colgantes
sean más simples de diseñar, calcular y analizar que los puentes atirantados,
donde la pista está en compresión.
Los principios de suspensión usados en grandes puentes pueden también
aparecer en contextos menores que dichos puentes de carretera o ferrocarril.
La suspensión con cables ligeros puede servir como una solución menos cara
y más elegante para puentes peatonales que soportarlas mediante un gran
enrejado.
Donde un puente une dos edificios próximos no es necesario construir torres y
los mismos edificios pueden sostener los cables. La suspensión con cables
puede ser también aumentada con la inherente rigidez de una estructura
teniendo mucho en común a un puente tubular.
La mayoría de los puentes colgantes usan estructuras de acero reticuladas
para soportar la carretera (particularmente poseyendo los efectos
desfavorables).
Recientes desarrollos en aerodinámica de puentes han permitido la
introducción de estructuras de plataforma. Esto posibilita la construcción de
este tipo sin el peligro de que se generen remolinos de aire (cuando sopla el
viento) que hagan retorcerse al puente como ocurrió con el puente de Tacoma
Narrow.
En los puente colgantes, la estructura resistente básica está formada por los
cables principales, que se fijan en los extremos del vano a salvar, y tienen la
flecha necesaria para soportar mediante un mecanismo de tracción pura, las
cargas que actúan sobre él.
El puente colgante más elemental es el puente Catenaria, donde los propios
cables principales sirven de plataforma de paso.
Paradójicamente, la gran virtud y el gran defecto de los puentes colgantes se
deben a una misma cualidad: su ligereza.
La ligereza de los puentes colgantes, los hace más sensibles que ningún otro
tipo al aumento de las cargas de tráfico que circulan por él, porque su relación
peso propio/carga de tráfico es mínima; es el polo opuesto del puente de
piedra.
Actualmente los puentes colgantes se utilizan casi exclusivamente para
grandes luces; por ello, salvo raras excepciones, todos tienen tablero metálico.
El puente colgante es, igual que el arco, una estructura que resiste gracias a su
forma; en este caso salva una determinada luz mediante un mecanismo
resistente que funciona exclusivamente a tracción, evitando gracias a su
flexibilidad, que aparezcan flexiones en él.El cable es un elemento flexible, lo
que quiere decir que no tiene rigidez y por tanto no resiste flexiones. Si se le
aplica un sistema de fuerzas, tomará la forma necesaria para que en él sólo se
produzcan esfuerzos axiles de tracción; si esto lo fuera posible no resistiría. Por
tanto, la forma del cable coincidirá forzosamente con la línea generada por la
trayectoria de una de las posibles composiciones del sistema de fuerzas que
actúan sobre él. Esta línea es el funicular del sistema de cargas, que se define
precisamente como la forma que toma un hilo flexible cuando se aplica sobre él
un sistema de fuerzas. La curva del cable de un puente colgante es una
combinación de la catenaria, porque el cable principal pesa, y de la parábola,
porque también pesa el tablero; sin embargo la diferencia entre ambas curvas
es mínima, y por ello en los cálculos generalmente se ha utilizado la parábola
de segundo grado.El cable principal es el elemento básico de la estructura
resistente del puente colgante. Su montaje debe salvar el vano entre las dos
torres y para ello hay que tenderlo en el vacío. Esta fase es la más complicada
de la construcción de los puentes colgantes. Inicialmente se montan unos
cables auxiliares, que son los primeros que deben salvar la luz del puente y
llegar de contrapeso a contrapeso.
La mayoría de los grandes puentes colgantes están situados sobre zonas
navegables, y por ello permite pasar los cables iniciales con un remolcador;
pero esto no es siempre posible.Como el sistema de cargas de los puentes es
variable porque lo son las cargas de tráfico, los puentes colgantes en su
esquema elemental son muy deformables. Este esquema elemental consiste
en el cable principal, las péndolas, y un tablero sin rigidez, o lo que es lo
mismo, con articulaciones en los puntos de unión con las péndolas. En la
mayoría de los puentes colgantes, las péndolas que soportan el tablero son
verticales.
El esquema clásico de los puentes colgantes admite pocas variaciones; los
grandes se han hecho siempre con un cable principal en cada borde del
tablero.
¿Cómo intervienen las fuerzas en la construcción de un puente colgante?
Fuerza de tracción
Fuerza de compresión
Fuerza gravitatoria
Fuerza cortante
Fuerza de tracción:
La fuerza de tracción es el esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la
aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo.
En un puente colgante la fuerza de tracción se localiza en los cables
principales.
Un cuerpo sometido a un esfuerzo de tracción sufre deformaciones positivas
(estiramientos) en ciertas direcciones por efecto de la tracción.
La fuerza de tracción es la que intenta estirar un objeto (tira de sus extremos
fuerza que soportan cables de acero en puentes colgantes, etc.)
El hecho de trabajar a tracción todos los componentes principales del puente
colgante ha sido causa del escaso desarrollo que ha tenido este tipo de puente
hasta el pasado siglo; así, ha permanecido en el estado primitivo que aun se
encuentra en las zonas montañosas de Asia y América del Sur (simples
pasarelas formadas por trenzados de fibras vegetales) hasta que se dispuso de
materiales de suficiente resistencia y fiabilidad para sustituirlas.
Cada material posee cualidades propias que definen su comportamiento ante
la tracción. Algunas de ellas son:
elasticidad
plasticidad
ductilidad
fragilidad
Fuerza de compresión
La fuerza de compresión es la resultante de las tensiones o presiones que
existe dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque
tiende a una reducción de volumen o un acortamiento en determinada
dirección.
La fuerza de compresión es la contraria a la de tracción, intenta comprimir un
objeto en el sentido de la fuerza.
La fuerza de compresión es un estado de tensión en el cual las partículas se
aprietan entre sí. Una columna sobre la cual se apoya una carga, se halla
sometida a una solicitación a la compresión.
Compresión es el estado de tensión en el cual las partículas se "aprietan" entre
sí. Una columna sobre la cual se apoya un peso se halla sometido a
compresión, por ese motivo su altura disminuye por efecto de la carga.
Las deformaciones provocadas por la compresión son de sentido contrario a
las producidas por tracción, hay un acortamiento en la dirección de la
aplicación de la carga y un ensanchamiento perpendicular a esta dirección,
esto debido a que la cantidad de masa del cuerpo no varía. Las solicitaciones
normales son aquellas fuerzas que actúan de forma perpendicular a la sección;
por lo tanto, la compresión es una solicitación normal a la sección ya que en las
estructuras de compresión dominante la forma de la estructura coincide con el
camino de las cargas hacia los apoyos, de esta forma, las solicitaciones actúan
de forma perpendicular provocando que las secciones tienden a acercarse y
"apretarse".
El hormigón es un material que resiste fuertemente a compresión, pero es muy
frágil a esfuerzos de tracción.
Fuerza gravitatoria
La gravitación es la fuerza de atracción mutua que experimentan los cuerpos
por el hecho de tener una masa determinada. La existencia de dicha fuerza fue
establecida por el matemático y físico inglés Isaac Newton en el siglo XVII,
quien, además, desarrolló para su formulación el llamado cálculo de fluxiones
(lo que en la actualidad se conoce como cálculo integral).
Bien aplicando la Tercera Ley de Newton: (por cada fuerza que actúa sobre un
cuerpo, éste realiza una fuerza igual pero de sentido opuesto sobre el cuerpo
que la produjo. Dicho de otra forma: Las fuerzas siempre se presentan en
pares de igual magnitud, sentido opuesto y están situadas sobre la misma
recta.)
En un puente colgante deberá soportar el peso, a través de los cables, y habrá
una tensión y deberá ser mayor del otro extremo, al del peso del puente en los
anclajes (contraria sino el puente se va para abajo). El viento también se toma
en cuenta.Si ya has visto fuerzas vectoriales, es ahí donde se aplican los
principios básicos. Un ejemplo si no te hundes en el piso, es porque existe una
fuerza de igual dirección y magnitud, pero de sentido contrario.
Las principales fuerzas son la carga que tiene que soportar el puente y el peso
propio del puente (por supuesto ahí es donde interviene la gravedad).Después
tienes la acción de los vientos, del agua si está construido sobre ella,
etc.Digamos que el aspecto principal a tener en cuenta es que el puente debe
soportar su propio peso y la carga transmitiéndolo a los cimientos a través de
las columnas.
Se utilizan cables para soportar los tramos horizontales y de esta manera el
peso es transmitido a la columna.La ley formulada por Newton y que recibe el
nombre de ley de la gravitación universal, afirma que la fuerza de atracción que
experimentan dos cuerpos dotados de masa es directamente proporcional al
producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la
distancia que los separa (ley de la inversa del cuadrado
de la distancia). La ley incluye una constante de
proporcionalidad (G) que recibe el nombre de constante de la gravitación
universal y cuyo valor, determinado mediante experimentos muy precisos, es
de:
Fuerza de cortante
La tensión cortante o tensión de corte es aquella que, fijado un plano, actúa
tangente al mismo. Se suele representar con la letra griega tau En piezas
prismáticas, las tensiones cortantes aparecen en caso de aplicación de un
esfuerzo cortante o bien de un momento torsor .
En piezas alargadas, como vigas y pilares, el plano de referencia suele ser un
paralelo a la sección transversal (i. e., uno perpendicular al eje longitudinal). A
diferencia del esfuerzo normal, es más difícil de apreciar en las vigas ya que su
efecto es menos evidente.
El puente colgante mas grande del mundo :
Una de las construcciones más asombrosas que existe en el mundo son los
Puentes Colgantes. Desde sus inicios siempre se pensó en esta tecnología
como una alternativa para atravesar ríos o estrechos, y desde la tragedia del
Tacoma Narrows se ha trabajado constantemente en aumentar la seguridad en
este tipo de puentes.
Akashi-Kaikyo, entre Kobe y Naruto Japón
Año de terminación: 1998
Longitud: 1991m
El puente de Akashi-Kaikyo es considerado el puente colgante más largo del
mundo, su costo estimado es de 5 billones de dólares y circulan
aproximadamente 23,000 vehículos por día.
Ventajas y desventajas de un puente colgante:
Ventajas
El vano central puede ser muy largo en relación a la cantidad de material
empleado, permitiendo comunicar cañones o vías de agua muy anchos
Pueden tener la plataforma a gran altura permitiendo el paso de barcos
muy altos.
No se necesitan apoyos centrales durante su construcción, permitiendo
construir sobre profundos cañones o cursos de agua muy ocupados por
el tráfico marítimo o de aguas muy turbulentas.
Siendo relativamente flexible, puede flexionar bajo vientos severos y
terremotos, donde un puente más rígido tendría que ser más fuerte y
duro.
son una manera de comunicarse países, comunidades y estados de una
manera mas rápida y eficaz de esa forma personas que viven alejadas
pueden convivir aunque vivan en diferentes rumbos
hace más cortos las distancias y es mas rápido llegar de un lugar a otro
se conectan países y así es más barato por las cortas distancias o los
materiales que se emplean para elaborarlos
Si se producen infiltraciones de agua, es muy difícil que se moje el
aislamiento.
La cámara de aire permite que el vapor de agua sea evacuado. Evita
condensaciones intersticiales.
Evacuación del aire caliente.
Se favorece la independencia de movimientos (no aparecen fisuras)
Permite corregir variaciones de espesor y permite aplomar y nivelar la
hoja exterior.
Impide que cualquier rotura estropee el aislante (la cámara de aire).
Se reduce el peso de los claros, se puede aprovechar más la altura de
estos con respecto al nivel del piso y sobre todo que con estos puentes
se puede alcanzar distancias de claros muy grandes.
Con otro tipo de puentes, es necesario colocar armaduras, lo cual
aumentan el peso, se deben colocar pilotes para sostenerlo pero se
reduce el espacio por debajo del puente.
Más largos tramos principales son alcanzables que con cualquier otro
tipo de puente
Menos material puede ser necesario que otros tipos de puentes, incluso
en tramos que pueden lograr, dando lugar a una reducción de costes de
construcción
Excepto para la instalación de los cables temporal inicial, poco o ningún
acceso desde abajo se requiere durante la construcción, por ejemplo,
permitiendo una navegación a permanecer abierta mientras se
construya el puente por encima de
Puede ser más capaces de resistir terremotos movimientos que pueden
y más rígida puentes más pesado
Desventajas
Al faltar rigidez el puente se puede volver intransitable en condiciones de
fuertes vientos o turbulencias, y requeriría cerrarlo temporalmente al
tráfico. Esta falta de rigidez dificulta mucho el mantenimiento de vías
ferroviarias.
Bajo grandes cargas de viento, las torres ejercen un gran momento
(fuerza en sentido curvo) en el suelo, y requieren una gran cimentación
cuando se trabaja en suelos débiles, lo que resulta muy caro
Problemas en encuentro con carpinterías, arranque y coronación de la
fachada.
Requiere mano de obra especializada. Es mucho más cara.
A veces es más ancha que el muro a la capuchina.
A falta de rigidez en el puente puede quedar inutilizable en condiciones
de viento fuerte y turbulento y así lo exigen el cierre temporal al tráfico.
Ser flexible en respuesta a cargas concentradas la estructura general no
se utilizan para trenes regionales cruces, que se concentran al máximo
"en vivo" de la carga en la ubicación de la locomotora .
Bajo carga de viento fuerte, las torres ejercen un gran par de fuerza en
el suelo, y por lo tanto requieren muy caro base de trabajo en la
construcción en terreno blando.
Comparación con otros tipos de puentes:
Rigidez considerable o de perfiles aerodinámicos pueden ser necesarias
para evitar la cubierta del puente vibrando bajo fuertes vientos.
La cubierta de la rigidez relativamente baja en comparación con otros
(no suspensión) tipos de puentes hace que sea más difícil de llevar
ferrocarril de tráfico donde las altas cargas vivas se producen
concentrados.
Algunos de acceso a continuación pueden ser necesarias durante la
construcción, para levantar los cables iniciales o para levantar las
unidades de la cubierta. Este acceso se puede evitar en el puente
atirantado de la construcción.
1 Protocolo de habilitación del acero:
Definición:
Se denomina acero a aquellos productos ferrosos cuyo porcentaje de Carbono
está comprendido entre 0,05 y 1,7 %.
El acero es uno de los materiales de fabricación y construcción más versátil y
adaptable. Ampliamente usado y a un precio relativamente bajo, el acero
combina la resistencia y la trabajabilidad , lo que se presta a fabricaciones
diversas. Asimismo sus propiedades pueden ser manejadas de acuerdo a las
necesidades específicas mediante tratamientos con calor, trabajo mecánico, o
mediante aleaciones.
Resulta más resistente que el Hierro, pero es más propenso a la corrosión.
Posee la cualidad de ser maleable, mientras que el hierro es rígido.
Los aceros estructurales utilizados hoy en día comenzaron a ser producidos
hace tan solo unos pocos años. Fueron los avances de la metalurgia logrados
a mediados del siglo XX los que permitieron desarrollarlos, y su aplicación
inicialmente se suscribió a la construcción de puentes y grandes edificios, dado
que no eran comerciales ni aparecían mencionados en los códigos. Con el
tiempo se fueron incorporando a las especificaciones y los ingenieros
comenzaron a usarlos masivamente. En los Estados Unidos por ejemplo, el
AISC incluyó en su Manual de Construcción de Acero, los aceros de alta
resistencia, solo hasta 1961. En ese país, las características de los aceros
están codificadas por la Sociedad Americana para Ensayos y Materiales.
Las estructuras de acero, al igual que las prefabricadas de concreto, presentan
un buen porvenir, ya que medida que aumenta el nivel de vida de un país, van
siendo más económicas las técnicas que requieren menor cantidad de dinero
invertido en mano de obra.
Las construcciones ejecutadas con estructuras de acero, permiten luces
mayores, especialmente interesante para para locales comerciales, industriales
en donde se requieran edificios sin columnas de por medio, así como para
edificios de grandes alturas, sin columnas excesivamente gruesas, evitando
ocupar espacios importantes.
El mercado de estructuras esta muy diversificado, siendo este muy importante
en elementos tales como edificación en altura, naves industriales y cubiertas,
estructuras para los grandes bienes y equipos (centrales térmicas y nucleares,
soporte de hornos y de silos), entre otros.
Debido a la importancia de este tipo de estructuras, se presenta la necesidad
de elaborar un protocolo que sirva como guía para el mantenimiento de este
tipo de estructuras, ya que las mismas necesitan la aplicación de tratamientos
anticorrosivos que la protejan de la acción corrosiva de la atmosfera,
Dimensiones nominales:
Composición química:
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 7.850kg/m-3.
En función de la temperatura el acero se puede encoger, estirar o derretir.
El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación. El de su
componente principal, el hierro es de alrededor de 1510ºC, sin embargo el
acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de los
1375 ºC (2500 ºF). Por otra parte el acero rápido funde a 1650ºC
Su punto de ebullición es de alrededor de 3000 ºC (5400ºF).
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 lamina de acero, de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor,
recubierta, generalmente de forma electrolítica, por estaño, zin.
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.
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 temple, 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,
con escalas definidas.
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 3x106 S m-1. En las líneas aéreas de alta tensión se
utilizan con frecuencia conductores de aluminio con alma de acero
proporcionando éste último la resistencia mecánica necesaria para incrementar
los vanos entre la torres y optimizar el coste de la instalación.
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 pegan los imanes, pero al acero inoxidable
austenítico no se le pegan debido a que en su composición hay un alto
porcentaje de cromo y níquel.
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 es de aproximadamente 1,2x10-5 (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.
Almacenamiento:
Las láminas, tuberías y perfiles, si no son tratadas y almacenadas
adecuadamente son sujetas a corrosión.
Un periodo prolongado de almacenamiento, puede causar la acumulación de
humedad entre los paquetes, causando la filtración de agua en los mismos,
causando desprendimientos de la pintura y la corrosión del metal.
La corrosión en el almacenamiento puede prevenirse; Reduciendo el tiempo de
almacenamiento y almacenando el producto en un lugar seco y ventilado.
Si el agua ya está presente en los paquetes se debe separar las unidades una
a una y secarlas con un trapo suave y limpio. Luego, deben apilarse dejando
un espacio entre cada unidad para que exista circulación de aire que pueda
completar el proceso de secado.
Almacenamiento a la intemperie:
Si el acero es almacenado a la intemperie, es necesario considerar las
siguientes precauciones adicionales:
1. Se deben cubrir con plásticos u otro material impermeable, atando los
extremos del cobertor de manera que permita el flujo de aire, y así
minimizar la condensación de agua proveniente del piso.
2. Ubicarlos fuera del camino de otras actividades de la construcción para
minimizar moverlos, golpearlos o ensuciarlos.
3. Coloque una cubierta (lona) para dar sombra al paquete protegiéndolo
de la luz solar directa y además actuar como regulador de temperatura.
Precauciones generales:
Los soportes de madera se deben colocar sobre una superficie plana. La parte
superior de los mismos debe estar nivelada y a la misma altura. Esto evita que
el producto se arquee.
No coloque las unidades en donde pueda estar expuesta a arena o polvo que
puedan dañar la pintura o la capa de zinc.
Acero Para Uso En La Construcción (Estructural):
Acero estructural se conoce como el resultado de la aleación de hierro,
carbono y pequeñas cantidades de otros elementos como silicio, fósforo, azufre
y oxígeno, que le tributan características específicas. El acero laminado en
caliente, fabricado con fines estructurales, se denomina como acero estructural
al carbono, con límite de fluencia de doscientos cincuenta (250) mega pázcales
(2•549 Kg. /cm2).
El acero estructural puede laminarse económicamente en una variedad de
formas y tamaños sin un cambio apreciable de sus propiedades físicas.
Normalmente los miembros mas ventajosos son aquellos que tienen grandes
módulos de sección en proporción con sus áreas de sus secciones
transversales. Las formas I o W, T, y canal, tan comúnmente usadas
pertenecen a esta clase.
Los perfiles de acero se identifican por la forma de su sección transversal,
como
Ventajas y Desventajas del Acero como Material de Construcción:
Ventajas:
Alta resistencia.
La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será poco el peso
de las estructuras, esto es de gran importancia en para el diseño de vigas de
grandes,claros.
Uniformidad.
Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo como es
el caso de las estructuras de concreto reforzado.
Durabilidad.
Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran
indefinidamente.
Ductilidad.
La ductilidad es la propiedad que tiene un material de soportar grandes
deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión. La naturaleza dúctil de
los aceros estructurales comunes les permite fluir localmente, evitando así
fallas prematuras.
Tenacidad.
Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y ductilidad.
La propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades se
denomina,tenacidad.
Otras ventajas importantes del acero estructural son:
-Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de
conectores como son la soldadura, los tornillos y los remaches.
-Posibilidad de prefabricar los miembros de una estructura.
-Rapidez de montaje.
-Gran capacidad de laminarse y en gran cantidad de tamaños y formas.
-Resistencia a la fatiga que el concreto.
-Posible reutilización después de desmontar una estructura.
Desventajas:
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 mas por el alto calor conducido ha logrado
inflamar otros materiales usuales como madera, tela y otros
Susceptibilidad al pandeo.
Es decir entre más esbeltos sean los miembros a compresión, mayor es el
peligro de pandeo. Como se indico 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.
2. Protocolo del pavimento:
El comportamiento de los pavimentos de puentes puede ser poco satisfactorio
si no se considera entre las soluciones adoptadas el comportamiento
estructural del puente. El pavimento del puente debe proteger al tablero de la
acción directa de la intemperie. Se enumeran los factores que inciden en su
diseño. La impermeabilización del tablero del puente se puede llevar a efecto
con un tratamiento in situ o con laminas prefabricadas. Entre los materiales no
bituminosos utilizados como técnica in situ para la impermeabilización de
tableros, se pueden citar las resinas epoxi, los poliuretanos, y los poliésteres.
Los tratamientos con laminas prefabricadas se pueden realizar con laminas
bituminosas, laminas bituminosas casi protegidas, laminas elastomericas,
plásticas, de betún altamente modificado con polímeros. La carpeta de
rodadura del puente puede ser bituminosa o de hormigón. El pavimento de
hormigón puede clasificarse como pavimento incorporado, adherido o
independiente. Los deterioros en los pavimentos de hormigón pueden
manifestarse como: descascarillado, despegue, desgaste, y figuración. En los
pavimentos bituminosos, los deterioros son del tipo: ampollas, deslizamiento, y
degradaciones de origen térmico
.
Control del suministro. recepción del hormigón:
-Asignación de un técnico para permanecer a pié de obra durante todo el
periodo de ejecución.
-Coordinación con la planta de hormigón: cubicajes, frecuencia de camiones,
conos de vertido, dosificaciones, temperaturas.
-Comprobación de los parámetros de diseño: espesores finales, ubicación de
juntas, refuerzos puntuales, solución de zonas conflictivas.
-Control de las dosificaciones de fibras y fluidificantes en obra: tiempos de
amasado, cantidades por m³.
-Elaboración de hoja de control diaria: tiempos de llegada a obra y de vertido,
volúmenes, temperaturas, dosificaciones, ensayos in situ de laboratorio
Control de ensayos in situ:
Se dispondrá de un laboratorio de control a disposición de la obra durante el
Tiempo de ejecución de la solera.
Comprobación del cono de Abrams del hormigón a su llegada a obra. Un
segundo testeo después de añadir la dosificación de fibra metálica antes del
vertido.
Comprobación de la temperatura del hormigón a todos los camiones.
Toma de series de 5 probetas cilíndricas a compresión simple 15x30 cm, antes
de la dosificación de fibras metálicas. Una serie cada 50m³ vertidos.
Ensayos de contenido en fibra mediante ensayo normalizado. Un ensayo cada
100 m³.
Control de nivel de acabado durante la ejecución
Comprobación posterior de planimetría y altimetría
Comprobación de regularidad superficial, para ejecuciones a GRAN PANEL,
mediante para la obtención de números FF y FL según normativa (ASTM E
1155)
TIPOS DE ARMADURAS:
Introducción:
Análisis estructuralAnálisis estructural se refiere al uso de las ecuaciones de la resistencia de materiales para encontrar los esfuerzos internos, deformaciones y tensiones que actúan sobre una estructura resistente, como edificaciones o esqueletos resistentes de maquinaria. Igualmente el análisis dinámico estudiaría el comportamiento dinámico de dichas estructuras y la aparición de posibles vibraciones perniciosas para la estructura.
Métodos de análisis estructuralDeterminación de esfuerzos
El tipo de método empleado difiere según la complejidad y precisión requerida por los cálculos:
Métodos clásicos, para estructuras muy sencillas entre los que se encuentran la teoría de vigas de Euler-Bernoulli es el método más simple, es aplicable sólo a barras esbeltas sometidas a flexión y esfuerzos axiales. Naturalmente no todas las estructuras se dejan analizar por este método. Cuando existen elementos estructurales bidimensionales en general deben emplearse métodos basados en resolver ecuaciones diferenciales.
Métodos programables: o Así para determinar esfuerzos sobre marcos o pórticos se usa frecuentemente
el método matricial de la rigidez basado en el modelo de barras largas, que modeliza los elementos resistentes como elementos unidimensionales sometidos predominantemente a flexión
o Cuando se trata de analizar elementos más pequeños o con forma irregular donde pueden producirse concentraciones de tensiones se usan métodos numéricos más complejos como el Método de los elementos finitos.
Determinación de resistencia y rigidez
A partir de los esfuerzos se pueden calcular directamente los desplazamientos y las tensiones. En el caso del método de los elementos finitos se suele determinar
directamente el desplazamiento sin necesidad de calcular los esfuerzos internos. Una estructura correctamente diseñada además de ser funcional y económica debe cumplir obligatoriamente dos criterios razonables de seguridad:
1. El criterio de resistencia, consistente en comprobar en que en ninguno de sus puntos el material sobrepasa unas tensiones admisibles máximas.
2. El criterio de rigidez, consistente en comprobar que bajo las fuerzas y solicitaciones actuantes los desplazamientos y deformaciones de la estructura no sobrepasan un cierto límite. Dicho límite está relacionado con criterios de funcionalidad, pero también de estabilidad o de aplicabilidad de la teoría de la elasticidad lineal.1
Modelos materiales
Dentro del análisis estructural es importante modelizar el comportamiento de los materiales empleados mediante una ecuación constitutiva adecuada. Los tipos modelos de materiales más frecuentes son:
Modelo elástico lineal e isótropo, el más usado, ya que el teorema de Rivlin-Ericksen permite establecer que para deformaciones suficientemente pequeñas todo sólido elástico es asintóticamente lineal e isótropo.
Modelo elástico lineal ortotrópico, constituye una modificación de modelo isótropo para materiales cuya resistencia y comportamiento depende de la dirección, laminados, elementos de madera, etc., requieren modelos ortótropos para ser adecuadamente modelizados.
Modelos de plasticidad y viscoplasticidad. Los metales a partir de ciertos valores de tensión experimentan deformaciones plásticas irreversibles, así como otras no linealidades. El cálculo plástico a costa de complicar las leyes materiales dan una predicción más exacta de las cargas de colapso o fallo de las estructuras, así como un ahorro en material al poder tener en cuenta el rango de trabajo de los materiales en el que estos están experimentando transformaciones irreversibles pero sin alcanzar las cargas de fallo o colapso.
Modelos de daño.
Análisis de armaduras isostáticasMétodo de los nodos
El método de los nodos o método de los nudos, consiste en el planteamiento de equilibrio mecánico de cada uno de los nodos o nudos de una armadura simple. Un nodo es cada uno de los puntos donde concurren dos o más barras. El equilibrio global de la estructura implica que el equilibrio local de cada uno de los nodos. Para que el método de los nodos se aplicable a una estructura concreta deben cumplirse algunas condiciones geométricas entre ellas:
1. Que la estructura tenga nodos articulados o se comporte de manera similar a una estructura de nodos articulados.
2. Que el número de barras sea inferior a una cierta cantidad dada por el número de barras:
o Para armaduras bidimensionales con fuerzas de trabajo sobre su plano el número de nodos y el número de barras debe satisfacer: . Si el número de barras es inferior se tiene un mecanismo para le cual pude no
existir equilibrio, y si el número de barras es superior el número de esfuerzos incógnita supera al de ecuaciones de la estática linealmente independientes.
o Para una estructura tridimensional, la relación es .
Elementos de fuerza cero
El análisis de armaduras por el método de nodos se simplifica de manera considerable si podemos identificar primero aquellos elementos que no soportan carga. Esos elementos de fuerza cero se usan para incrementar la estabilidad de la armadura durante la construcción y proporcionar soporte adicional si se modifica la carga aplicada. Por lo general, los elementos de fuerza cero de una armadura se pueden encontrar por inspección de cada uno de sus nodos, haciendo un diagrama de cuerpo libre a la armadura y haciendo una sumatoria de fuerzas. Por lo general, los elementos de fuerza cero se pueden determinar de las siguientes formas:
Si solo dos elementos forman una armadura y no se aplica ninguna carga extra o reacción de soporte al nodo, los dos elementos deben ser elementos de fuerza cero.
Si tres elementos forman un nodo de armadura en el cual dos de los elementos son colineales, el tercer elemento es un elemento de fuerza cero siempre que no se aplique ninguna fuerza exterior o reacción de soporte al nodo.1
Análisis de estructuras hiperestáticasArtículo principal: Hiperestaticidad
Este tipo de estructuras no pueden ser analizadas únicamente mediante las ecuaciones de la estática o de equilibrio, ya que éstas últimas proporcionan un número insuficiente de ecuaciones. Los problemas hiperestáticos requieren condiciones adicionales usualmente llamadas ecuaciones de compatibilidad que involucran fuerzas o esfuerzos internos y desplazamientos de puntos de la estructura. Existen varios métodos generales que pueden proporcionar estas ecuaciones:
Método matricial de la rigidez Teoremas de Castigliano Teoremas de Mohr Teorema de los tres momentos
Análisis dinámico de estructuras
Otra área importante del diseño de maquinaria, análisis de vibraciones y diseño sísmico de edificios es el análisis dinámico. En este tipo de análisis se buscan las respuestas máximas de ciertos parámetros (aceleraciones, desplazamientos, esfuerzos, etc.) que se producen en una estructura bajo cargas dinámicas o variables con el tiempo. Eso en general requiere el uso de ecuaciones diferenciales. Algunos aspectos frecuentes del análisis dinámico incluyen:
Análisis modal Determinación de frecuencias propias Determinación de fenómenos de resonancia