Integrantes:
Justiniano Alvarez Valentina Tejada Gonzales Ernesto
Ventura Rojas Daniel Alcides
ESTRUCTURAS DE ACERO
Docente: Ing. Norman Lecca
El uso de hierro en la construcción se remonta a los tiempos de la Antigua GreciaEn 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
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).
Puente construido durante la Revolución Industrial
Torre Eiffel
Una Mirada Histórica
La Estructuras Metálicas son las que la mayor parte de los elementos o partes que la forman son de metal (más del 80%), normalmente acero.
Definición
Como las estructuras
están formadas por un
conjunto de partes, estas
partes deben cumplir
condiciones según
normas.
Las 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.
Ventajas
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.
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.
Donde No Construir Estructuras
Metálicas
Estas estructuras cumplen con los mismos condicionantes que las estructuras de hormigón, es decir, que deben estar diseñadas para resistir acciones verticales y horizontales.
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.
Comportamiento Estructural
Estructuras Metálicas De
puentes, Chernihov
Rigidización de Perfiles
Actualmente , para rigidizar los aceros con el fin
de optimizar su funcionamiento y hacerlo mas
económico, se diseñan perfiles de acuerdo a las
múltiples necesidades
Que sea Rígida: Que la estructura no se deforme al aplicar las fuerzas sobre ella.
Que sea Estable : Que no vuelque.
Que sea Resistente : Que al aplicarle las fuerzas, todos los elementos que la forman sean capaces de soportar la fuerza a la que se verán sometidos sin romperse o deformarse.
Condiciones que debe cumplir las estructuras
metálicas
Estructura Metálica Principal: La estructura metálica principal se compone de todos aquellos elementos que estabilizan y transfieren las cargas a los cimientos (que normalmente son de hormigón reforzado). La estructura metálica principal es la que asegura que no se vuelque, que sea resistente y que no se deforme. Normalmente está formada de los siguientes elementos:
VIGAS METALICAS: Las vigas metálicas son los elementos horizontales, son barras horizontales que trabajan a flexión. Dependiendo de las acciones a las que se les someta sus fibras inferiores están sometidas a tracción y las superiores a compresión. Existen varios tipos de vigas metálicas y cada una de ellas tiene un propósito ya que según su forma soportan mejor unos esfuerzos u otros como pueden ser:
Partes de una
Estructura
Metálica
Viguetas: Son las vigas que se colocan muy cerca unas de otras para soportar el techo o el piso de un edificio por ejemplo; cuando vemos un edificio que está sin terminar, suelen ser las vigas que vemos. o Dinteles: Los dinteles son las vigas que se pueden ver sobre una abertura, por ejemplo, las que están sobre las puertas o ventanas.
Vigas de Tímpano: Éstas son las que soportan las paredes o también parte del techo de los edificios.
Largueros: También conocidas como travesaños o carreras son las que soportan cargas concentradas en puntos aislados a lo largo de la longitud de un edificio.
PILARES METALICOS: Los pilares metálicos son los elementos verticales, todos los pilares reciben esfuerzos de tipo axil, es decir, a compresión.
También se les llama montantes.
Estructura Metálica Secundaria: Esta estructura corresponde fundamentalmente a la fachada y a la cubierta, lo que llamamos también subestructura y se coloca sobre la estructura metálica principal, y ésta puede ser metálica o de hormigón.
Las fuerzas o cargas que soportan las estructuras se van repartiendo por los diferentes elementos de la estructura, pero las cargas siempre van a ir a parar al mismo sitio, a los cimientos o zapatas. Veamos como se distribuye la fuerza del peso sobre las vigueta de un piso superior hasta llegar a los cimientos.
El peso sobre las viguetas superiores va a parar a las vigas horizontales y desde ellas se transmiten a los pilares bajando por ellos hasta llegar al final al terreno o cimientos.
Transmisión de Cargas en
Estructuras Metálicas
Estructuras
Abovedadas: Estas
estructuras son todas aquellas en las que se emplean bóvedas, cúpulas y arcos para repartir y equilibrar el peso de la estructura, como por ejemplo puede verse en las catedrales o iglesias.
Tipos de Estructuras Metálicas
Estructuras Entramadas: Estas son las más comunes ya que son las que utilizan la mayoría de los edificios que podemos ver en cualquier ciudad. Emplean una gran cantidad de vigas, pilares, columnas y cimientos, es decir, una gran cantidad de elementos horizontales y verticales para repartir y equilibrar el peso de la estructura. Estas estructuras son más ligeras.
Estructuras Colgantes: Las estructuras colgantes o colgadas son aquellas que utilizan cables o barras (tirantes) que van unidos a soportes muy resistentes (cimientos y pilares). Los tirantes estabilizan la estructura, como puede verse por ejemplo en los puentes colgantes.
Estructuras Trianguladas: Las trianguladas se caracterizan como su propio nombre indica por disponer sus elementos de forma triangular, suelen ser muy ligeras y económicas. Suelen utilizarse para la construcción de puentes y naves industriales. En estos casos hay dos formas que son las más utilizadas, la cercha y la celosía.
Estructuras
Geodésicas: Son
estructuras poco comunes que están formadas por hexágonos o pentágonos y suelen ser muy resistentes y ligeras. Son estructuras que normalmente tienen forma de esfera o cilindro.
Estructuras
Laminares: Todas aquellas
formadas por láminas
resistentes que están
conectadas entre sí y que
sin alguna de ellas la
estructura se volvería
inestable, como pueden ser
las carrocerías y fuselajes
de coches y aviones.
Por Soldadura: La soldadura es la más común en estructuras metálicas de acero y no es más que la unión de dos piezas metálicas mediante el calor.
Tipos de
Uniones en las Estructuras
Metálicas
Por Tornillo: Los tornillos son
conexiones rápidas que
normalmente se aplican a
estructuras de acero ligeras, como
por ejemplo para fijar chapas o
vigas ligeras.
EJEMPLOS DE ESTRUCTURAS METÁLICAS
LA TORRE EIFFEL: La Torre Eiffel de París es una estructura metálica
triangulada. EL EMPIRE STATE: El edificio Empire State Building es un rascacielos de Nueva York que tiene estructura metálica entramada.
EL PUENTE GOLDEN GATE: El
famoso puente Golden Gate de San Francisco es una estructura metálica colgante.
EL MUSEO GUGGENHEIM: El
famoso museo Guggenheim de Bilbao es una mezcla de estructura metálica abovedada y geodésica ya que
combina elementos cilíndricos y abovedados.
A fin de rigidizar la estructura, se procede a la triangulación,
reservando las pantallas para los núcleos interiores pertenecientes a cajas de escaleras y ascensores.
Solucione s
Las estructuras metálicas se realizan con la utilización de barras, elaboradas industrialmente y cuyos Perfiles
responden a diferentes tipos, por ejemplo: perfil T, perfil doble T, de sección redonda, o cuadrada, etc.
Existen piezas metálicas especiales, de diferentes tipos que sirven
como Medios de Unión de los perfiles.
Los productos utilizados en la Construcción en acero son los siguientes:
Perfiles laminados
Tubos sin costura
Cables
Perfiles soldados
Perfiles conformados
Tubos con costura: todos estos elaborados a partir de chapas de acero.
Secciones huecas estructurales. (HSS:
Hollow structural sections)
Productos siderúrgicos para la Construcción
en Acero
Tipos de materiales usados
Estructuras
En América Latina las calidades más usadas son las de tipo A36 ( de 240/250 MPa de fluencia) o A
572 Grado 50 ( de 340 / 350 MPa de fluencia) Otras calidades de
mayores resistencias no se utilizan frecuentemente debido al reducido tamaño del mercado y a la dificultad consecuente de mantener
existencias muy diversificadas. Techo de acero galvanizado
Los principales corresponden a las Coberturas sean superiores
(techados) o laterales (cierres):
Los materiales más usados son las chapas conformadas a partir de laminados en frío galvanizadas
(revestidas en zinc o zincaluminio) Un material más sofisticado es el acero inoxidable(acero con aleaciones de niquel, cromo , etc) cuyo costo es de 3 a 5 veces mayor a los galvanizados y que se utilizan en edificios iconos,de alto costo, o en áreas limitadas de los mismos.
Hall de entrada al edificio de la Mutual de Ciudad del Cabo con utilización de acero inoxidable
Materiales complementarios
Los elementos usados en la construcción en acero son:
Columnas de alma llena
Columnas compuestas
Vigas de alma llena
Vigas alveolares
Vigas en Celosía
Vigas Vierendeel
Losas
Arriostramientos
Conexiones apernadas y soldadas
Elementos para la construcción en acero
El tema de la integración de las distintas etapas de la construcción se ha comenzado a plantear en las últimas décadas, debido a la
estandarización y a la significativa proporción que se realiza en taller . Es posible en la
actualidad integrar las etapas de diseño- ingeniería básica (cálculo) –detallamiento
-fabricación de estructuras y montaje mediante la integración de las soluciones informáticas de cada etapa. O sea determinada la necesidad de un elemento (columna) se puede seguir todo el proceso que sufrirá hasta su instalación en la obra.
Constructibilid
ad
Sismos
El bajo peso propio de una estructura de acero frente a otros materiales le permite tener mejores
propiedades frente a las solicitaciones sísmicas. Pero en el diseño de las mismas debe considerarse
especificaciones especiales para minimizar ese
riesgo . Asimismo en forma paralela se comenzó a trabajar con los criterios de diseño por desempeño.
Ejemplo: ausencia de daño para sismos frecuentes, preservación de la vida para los sismos de nivel de diseño y ausencia de colapso para sismos mayores.
Para compartir las investigaciones acerca del
comportamiento de las estructuras en acero frente a los distintos sismos se ha formado una asociación
internacional de científicos estudiosos del tema en STESSA.4
Riesgo
s
Bajo determinadas condiciones atmosféricas el
acero sufre fenómenos de corrosión. Las formas de evitarla es mediante:
Protección de las estructuras
mediante Galvanización a fuego ( por inmersión) Uso de aceros resistentes a la corrosión,
denominados patinables, del tipo Corten o
similares, con un contenido de cobre que forma una pátina ( capa de óxido externa que inhibe la
corrosión ulterior)
Mediante el uso de productos ya revestidos
en zinc o zinc-aluminio: perfiles conformados en frío a partir de chapas galvanizadas, Corresponden a
materiales de menor espesor relativo usado en construcciones livianas..
Aplicación de pinturas anti-óxido.
Corrosión
Los experimentos de incendios de escala real realizados en la última década del siglo pasado ( ejemplo: ensayos de Cardington)permitieron un enfoque más flexible a la naciente Ingeniería de
Protección de Incendios. Esto ha permitido considerar todas las variables que participan en un incendio
( tales como carga de combustible, plazos para la evacuación). A partir de esos nuevos desarrollos
aparecen casos en que solo las columnas deben ser protegidas, pudiendo quedar sin protección ciertas vigas, lo que mejora el carácter estético del edificio, aprovechando la vistosidad de las estructuras de
acero a la vista. Lamentablemente ese estado de arte no ha sido incorporado a muchas de los
reglamentos de los países de América Latina, lo que implica incurrir en mayores costos en la
construcción .
