Tema 1. Estructuras de Acero

Contenido [ocultar] * 1 Generalidades * 2 Una Mirada Histórica * 3 Ventajas de las Estructuras Metálicas * 4 Donde No Construir Estructuras Metálicas o de Acero * 5 Comportamiento Estructural * 6 Estructuracion de edificios a base de acero

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.

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 del edificio. En su concepción establece de manera premonitoria la utilización del vidrio como piel principal de sus fachadas.

En esa Exposición de París de 1889, el ingeniero Ch. Duter presenta su diseño la Calerie des Machine, un edificio que descubre las ventajas plásticas del metal con una estructura ligera y mínima que permite alcanzar grandes luces con una transparencia nunca lograda antes.

Otra obra ejecutada con hierro, protagonista que renueva y modifica formalmente la arquitectura antes de despuntar el siglo XX es la famosa Torre Eiffel (París, Francia).

El metal en la construcción precede al hormigón; estas construcciones poseían autonomía propia complementándose con materiales pétreos, cerámicos, cales, etc. Con la aparición del concreto, nace esta asociación con el metal dando lugar al hormigón armado.

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.

El acero es un compuesto que consiste casi totalmente de hierro. Contiene también pequeñas cantidades de carbono,

sílice, manganeso, azufre, fosforo otros elementos. El carbono es el material que tiene mayor efecto en las propiedades del acero. La dureza y la resistencia aumentan a medida que el porcentaje de carbono se eleva, pero desgraciadamente acero resultante es más quebradizo y su soldabilidad disminuye considerablemente. En las estructuras de acero diseñadas en el pasado, y en la mayoría de las que actualmente se diseñan, se han usado y usan los llamados métodos de diseño elástico. El diseñador estima la caga de trabajo o las cargas que la estructura posiblemente deba soportar y dimensiona sus miembros. La ductibilidad del acero ha sido usada como una reserva de resistencia, y la utilización de este hecho constituye la base de la teoría conocida como el diseño plástico. En este método las cargas de trabajo se estiman y multiplican por ciertos factores y los miembros se diseñan basándose en las resistencias a la falla o al colapso. Se usan también otros nombres para este método. Aunque solo unos cuantos centenares de estructuras se han diseñado en el mundo por los métodos de diseño plástico, los profesionales se están moviendo decididamente en ese sentido. El ingeniero diseñador está bien enterado de que la mayor porción de la curva esfuerzo- deformación queda más allá del límite elástico del acero. Además, las pruebas realizadas durante años, han puesto en claro que los aceros dúctiles pueden resistir esfuerzos apreciablemente mayores que los correspondientes a su límite de fluencia, y que en casos de sobrecargas, las estructuras hiperestáticas tienen la propiedad, feliz de redistribuir las cargas debido a la ductilidad del acero. Teniendo en cuenta esta información, se han hecho recientemente muchas proposiciones de diseño plástico. Es indudable que en algunos tipos de estructuras, el diseño por plasticidad conduce a la utilización más económica del acero, que la que se logra con el diseño por elasticidad. El acero estructural puede laminarse económicamente en una variedad de formas y tamaños sin un cambio apreciable de sus propiedades físicas. Normalmente los miembros más ventajosos son aquellos que tienen grandes módulos de sección en proporción con sus áreas de sus secciones transversales. Las formas I, T, y canal, tan comúnmente usadas pertenecen a esta clase. Los perfiles de acero se identifican por la forma de su sección transversal, como ejemplos están los ángulos, tés., zetas, y placas. Es necesario por tanto establecer una clara distinción entre las vigas estándar americanas (vigas I) y las vigas de patín ancho (vigas W), ya que ambas tienen sección en I. El lado interno de los patines de una viga W, puede ser paralelo al lado externo, o casi paralelo, con una pendiente máxima de 1:20, en la superficie interior dependiendo del fabricante.

Vigas reticuladas permiten cubrir grandes luces

• Construcciones a realizar en tiempos reducidos de

ejecución.

• Construcciones en zonas muy congestionadas como centros urbanos o industriales en los que se prevean accesos y acopios dificultosos.

• Edificios con probabilidad de crecimiento y cambios de función o de cargas.

• Edificios en terrenos deficientes donde son previsibles asientos diferenciales apreciables; en estos casos se prefiere los entramados con nudos articulados.

• Construcciones donde existen grandes espacios libres, por ejemplo: locales públicos, salones.

Donde No Construir Estructuras Metálicas

No está recomendado el uso de estructuras metálicas en los siguientes casos:

• Edificaciones con grandes acciones dinámicas.

• Edificios ubicados en zonas de atmósfera agresiva, como marinas, o centros industriales, donde no resulta favorable su construcción.

• Edificios donde existe gran preponderancia de la carga del fuego, por ejemplo almacenes, laboratorios, etc.

Comportamiento Estructural

Estas estructuras cumplen con los mismos condicionantes que las estructuras de 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

Estructuras De Acero Para Edificios • Comienza en el siglo XIX, revoluciono la industria de la construcción por que ofrece una enorme cantidad de posibilidades para el diseño. • VENTAJAS se construyen con gran rapidez, el montaje es independiente de las condiciones climáticas, los entramados de acero se pueden reforzar, la gran resistencia de los perfiles de acero permite que la sección de pilares jácenas sea mínima, las estructuras de acero son especialmente rentables para grandes claros. • DESVENTAJAS el riesgo de corrosión, la escasa resistencia en caso de incendio. • PROPIEDADES se clasifican en tres grupos, el grupo 1 cumple los requisitos generales respecto a la soldadura, grupo 2 para requisitos más elevados, grupo 3 previsto para requisitos especiales. • Los materiales utilizados en la construcción de estructuras de acero suelen ser aceros de carbono sin aleaciones. COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL Y DE TRABAJO DEL ACERO • PROPIEDADES MECANICAS: alta resistencia ala flexión y a la compresión. • Coeficientes y esfuerzo de trabajo. • RESISTENCIA DL ACERO: 2531 KG/CM2 • FACTOR DE REDUCCION: 0.9 • MODULO DE ELASTICIDAD: 2000000 KG/CM2 • ACERO UTILIZADO EN NUETRO PAIS: A.S.T.M. A-36 • ESFUERZO DE FLUENCIA MINIMO: 2531 KG/CM2 • ESFUERZO MINIMO DE ROPTURA: 4078 A 5625 KG/CM2. • DEFORMACION DEL ACERO: se diseñan estructuras con capacidad de deformarse y después regresar a su forma original. • PERFILES ESTRUCTURALES: IPS, PTC, PTR, ángulos los acero Z Y T, perfiles compuestos, armaduras, cables, mallas. • CRITERIOS PARA ESTRUCTURA: 1.- la estructura debe ser económica y segura, 2.- rigidez inherente en conexiones, 3.- menor peso = menor costo, 4.- menor empleo de mano de obra en la fabricación y montaje = menor costo. • CARGAS SOBRE ESTRUCTURA: muerte, viva, nieve, fuerzas

dinámicas, recipientes de almacenamiento, fuerzas por cambio de temperatura, fuerzas por empuje de tierra.

Aleaciones. Aleación se entiende la unión íntima de dos o más metales en mezclas homogéneas. Es muy raro encontrar aleaciones al estado natural; se las obtiene por fusión, mediante el aumento de la temperatura, al estado sólido. Las aleaciones tienen por objeto modificar en un sentido determinado las condiciones de los metales, tratando de mejorar bajo el punto de vista utilitario, ya sea su aspecto o su resistencia mecánica. Pero el número de aleaciones empleadas en construcción es grande, y algunas de ellas, como el bronce y el latón, datan de muy antiguo. Las aleaciones resultan a veces verdaderas combinaciones químicas, pero en la mayoría de los casos son simplemente mezclas bastante homogéneas, También se llama aleaciones a las combinaciones de los metales con los metaloides. Al alearse un metal con otro, queda afectado el punto de fusión de cada uno de ellos. Aunque la proporciónsea el 50% de cada metal, rara vez es la que pueda calcularse matemáticamente el punto de fusión de la aleación entre el cobre (punto de fusión 1088oC) y el níquel (punto de fusión 1454oC), cuya aleación al 50% resulta con un punto de fusión próximo a la media aritmética de esas dos temperatura. Aleaciones de acero. Comúnmente conocidos como aceros especiales, son aceros al carbono, aleados con otros metales o metaloides, resultantes de la búsqueda del mejoramiento de sus características. Los elementos añadidos corrientemente son: el níquel, el cromo, vanadio, molibdeno, magnesio, silicio, tungsteno, cobalto, aluminio, etc. Aceros inoxidables. Los aceros inoxidables son los resistentes a la acción de los agentes atmosféricos y químicos. Los primeros que se fabricaron fueron para la cuchillería, con la proporción de 13 a 14% de cromo. Otros aceros fueron destinados a la fabricación de aparatos de cirugía, con la proporción de 18 a 20% de cromo y 8 a 10% de níquel; son también resistentes a la acción del agua de mar. Un acero de gran resistencia a la oxidación en caliente es el que tiene 20 a 30% de cromo y 5% de aluminio.

Aceros anticorrosivos. Estos son aceros soldados de alta resistencia y bajo tenor de sus componentes de aleación: carbono, silicio, azufre, manganeso, fósforo, níquel o vanadio, cromo y cobre. A la intemperie se cubren de un óxido que impide la corrosión interior, lo que permite se los pueda utilizar sin otra protección. Como resultado de ensayos efectuados por algo más de diez años, se ha establecido que su resistencia a los agentes atmosféricos es de cuatro a ocho veces mayor que los del acero común al carbono. escala los que tienen 0,3 a 0,4% de carbono y 1% de cromo.

BIBLIOGRAFIA

http://www.arqhys.com/construccion/metalicas-estructuras.html

http://www.construmatica.com/construpedia/Estructuras_Met%C3%A1licas

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero