estructuras metálicas tecnología de los materiales
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1
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental
INFORME DE INVESTIGACION
ESTRUCTURAS METALICAS
AUTOR: Boyer Bocanegra David Arturo
Burgos Cotrina KevinMera Ruiz JimmyMillán Tasson BrendaPérez Orteaga JavierSantamaría Rivas DeiviSoto Elías Luis
Chiclayo, 07 de Noviembre del 2
[Fecha]
2
INDICEResumen……………………………………………………………... 04
Introducción…………………………………………………………..05
Objetivos…………………………………………………………….06
CAPITULO I: MARCO HISTORICO……………………………….07
1.1 El campo de acción del tecnólogo……………………………..07
1.2 Generalidades de las estructuras metálicas………………….08
1.3 Historia……………………………………………………………08
CAPITULO II: MARCO TEORICO…………………………………09
2.1 Los metales………………………………………………………10
2.2 Comportamiento estructural………………………………..…. 11
2.3 Formación de la estructura metálica…………………………..11
2.3.1 Estructura metálica principal…………………………………11
2.3.2 Estructura metálica secundaria………………………………11
2.4 Patologías en estructuras metálicas…………………………..11
2.5 Tipos y causas en deterioros de estructuras metálicas……..12
2.6 Protección contra fuego de las estructuras metálicas……….12
2.7 Diseño de estructuras metálicas ………………………………13
2.7.1 Diseño a Tensión………………………………………………14
2.7.2 Diseño a compresión………………………………………….14
2.7.3 Diseño a flexión………………………………………………..14
2.7.4 Diseño a flexo compresión……………………………………15
2.7.5 Diseño de conexiones………………………………………...15
2.8 Medios de unión de estructuras metálicas……………………16
2.8.1 Uniones…………………………………………………………16
2.8.2 Evolución histórica…………………………………………….16
3
2.8.2.1 Roblonado…………………………………………………….17
2.8.2.2 Atornillado…………………………………………………….17
2.8.2.3 Tornillos de alta resistencia…………………………………18
2.8.2.4 Soldadura…………………………………………………….18
2.9 Comportamiento de las uniones………………………………. 19
2.9.1Clasificación de uniones metálicas………………………….. 19
2.9.2Uniones viga – soporte……………………………………….. 20
2.9.3Uniones resistentes a tracción……………………………….. 21
2.9.4Uniones resistentes a compresión…………………………... 21
CAPITULO III: APLICACIÓN………………………………………. 22
CONCLUSIONES…………………………………………………… 25
PANEL FOTOGRAFICO……………………………………………. 26
BIBLIOGRAFIA……………………………………………………… 27
4
RESUMEN
En este informe se han planteado como objetivos el de realizar una valoración objetiva
del aporte de las estructuras metálicas, recopilando información sobre el gran aporte
actual que nos brinda este, así como también establecer los procedimientos a usarse
para la formulación, evaluación y control de este material. La pregunta de
investigación planteada fue: ¿Cuál es la importancia que se da en la actualidad sobre
el gran aporte de las estructuras metálicas en nuestro país?
Este trabajo es importante porque me ayudara a informar a la población sobre la
importancia de este gran material como medio construcción, en la actualidad no
muchas personas conocen lo que en realidad son las estructuras metálica; razón por
la cual no aprovechan su variedad de ventajas que ofrece este como material de
construcción.
La hipótesis planteada fue que si parte de la población conocía esta gran herramienta
pues será más accesible e entendible la información que se brinda y si no conocen ni
tienen indicios pues esta será de herramienta para la información sobre determinado
tema.
Palabras Clave: estructuras metálicas, construcción, población.
5
INTRODUCCION
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; 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.
En nuestro rubro, que es la ingeniería civil; las estructuras metálicas es un
material muy usado, por tanto, es necesario conocer los aspectos básicos de
éste, usos, aplicaciones en la construcción, ventajas y desventajas que se debe
tener en cuenta al usar este elemento como material de construcción.
El presente trabajo ha sido dividido en tres grandes capítulos los cuales
abordan contenidos de gran importancia que ayudaran a un mejor
entendimiento del tema a tratar.
El primer capítulo que trata hablar de manera general acerca de la historia en
general que cuenta esta gran herramienta: estructuras metálicas.
El segundo capítulo trata netamente el marco teórico, es decir todo lo
relacionado a este, de una manera profunda.
En el tercer capítulo se hace referencia al proceso constructivo al emplearse
las estructuras metálicas como material constructivo.
Este trabajo será de mucha importancia tanto para el futuro ingeniero como
para la población, ya que se presenta una innovadora herramienta como es la
de las estructuras metálicas.
6
OBJETIVO GENERAL:
Conocer las estructuras metálicas como material de construcción
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Realizar una valoración objetiva del aporte de las estructuras
metálicas.
Conocer la situación actual de las estructuras metálicas e
incrementar su uso.
Recopilar información sobre el gran aporte actual que nos
brindan las estructuras metálicas.
Identificar los diversos diseños y los tipos de unión de las
estructuras metálicas.
7
CAPITULO I: MARCO HISTORICO
1.1El campo de acción del tecnólogo
El tecnólogo se desempeña en dos campos primordiales que son:
Primero: como promotor y guía técnico en la construcción de viviendas y
proyectos comunitarios en el sector donde reside.
Segundo: auxiliar en obra y oficina, en empresas auxiliares y estatales.
En general, desempeña la función de asesoramiento y colaboración en las diferentes
etapas que caracterizan un proyecto de construcción.
Desde que el hombre manejo la roca se aprovechó de su servicio estructural como
arma contundente y cortante o como soporte o adorno; la piedra y la arcilla se
utilizaron siempre para monumentos, templos y viviendas.
Los cambios que ha experimentado la arquitectura a través de la historia han traído
evidentes cambios en la concepción estructural de la construcción, así como el
descubrimiento de materiales como el hierro estructural y el hormigón armado, han
determinado la necesidad de involucrar al proceso de diseño a personal apto y capaz
de interpretar, corregir y mejorar el esquema inicial de un proyecto de construcción.
Por otro lado, el desarrollo tecnológico y la división del trabajo cada vez más evidente
en la construcción, han traído como consecuencia la necesidad de personal técnico
especializado que desarrolle en forma interdisciplinaria los diferentes proyectos de
construcción.
Como sabemos, en todo proyecto estructural se establecen ciertos objetivos que es
preciso conocer, los cuales están relacionados con aspectos de seguridad,
funcionalidad y factibilidad.1
1 Martínez Murcia, José Gustavo: Estructuras. Bogotá: Universidad Santo Tomás, 2012. Pág. 24-
25
8
1.2 Generalidades de las estructuras metálicas
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, éstas poseen una gran capacidad resistente por el
empleo de acero; al ser sus piezas prefabricadas, y con medios de unión de gran
flexibilidad, se acortan los plazos de obra significativamente.
Una estructura metálica es cualquier estructura donde la mayoría de las partes que la
forman son materiales metálicos, normalmente acero. Las estructuras metálicas se
utilizan por norma general en el sector industrial porque tienen excelentes
características para la construcción, son muy funcionales y su coste de producción
suele ser más barato que otro tipo de estructuras. Normalmente cualquier proyecto de
ingeniería, arquitectura, etc. utiliza estructuras metálicas.
Para que una estructura funcione bien tiene que ser estable, resistente y rígida.
Estable para que no vuelque, resistente para que soporte esfuerzos sin romperse y
rígida para que su forma no varíe si se le somete a esfuerzos, como por ejemplo el
propio peso y el de las personas.2
1.3 Historia
El uso de hierro en la construcción se remonta a los tiempos de la Antigua Grecia; se
han encontrado algunos templos donde ya se utilizaban vigas de hierro forjado. 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.
Por otro lado, en la exposición de París de 1889, el ingeniero Ch. Duter presenta su
diseño la Galerie 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).
2 Troglia, Gabriel R.: Estructuras metálicas: proyecto por estados límites: con especificaciones
CIRSOC 301/EL, CIRSOC 308. Buenos Aires: Jorge Sarmiento, 2010. Pag 1-3
9
“El metal en la construcción precede al hormigón; estas construcciones poseían
autonomía propia complementándose con materiales pétreos, cerámicos, cales, etc.” 3
Con la aparición del concreto, nace esta asociación con el metal dando lugar al
hormigón armado.
Por su parte, el Ingeniero francés Gustave Eiffel Inicialmente presento este proyecto
en Barcelona pero desistieron al ver que era una construcción costosa y rara que no
encajaría con la ciudad.
3 Martínez Murcia, José Gustavo: Estructuras. Bogotá: Universidad Santo Tomás, 2012. Pág. 225
Figura N° 01: Los metales
Figura N°02: Constitución del hierro
10
CAPITULO II: MARCO TEORICO
2.1 Los metales
Un material es adecuado en construcción, cuando posee las cualidades necesarias
para satisfacer las exigencias que la construcción impone.
Las cualidades que han decidido que los metales desempeñen un papel importante en
la construcción son:
Los metales se encuentran entre los materiales más duros y resistentes a los
distintos esfuerzos.
Mediante el calor, los metales adquieren una naturaleza, plástica o
semipastosa, en la cual admiren las formas más variadas, recobrando al
enfriarse sus propiedades de dureza y resistencia.
Su elasticidad es suficiente para soportar deformaciones considerables, recobrando su
forma primitiva al cesar los esfuerzos que producían la deformación.
Las propiedades más interesantes de los materiales metálicos empleados en la
construcción son:
1. Propiedades mecánicas:
Resistencia a la ruptura
Dureza
Deformabilidad
Soldabilidad
Forjabilidad
2. Propiedades Térmicas:
Conductividad térmica
Dilatación.4
4 Ídem
11
2.2 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. 5
Las barras de las estructuras metálicas trabajan a diferentes esfuerzos de compresión
y flexión.
2.3 Formación de la estructura metálica
2.3.1 Estructura metálica principal:
La estructura metálica principal está formada por marcos portantes y elementos
estabilizadores que garantizan la estabilidad de las instalaciones y que transfieren las
cargas a cimientos de hormigón reforzado. Está protegida con un revestimiento básico
y el revestimiento final se aplica en el proceso de producción o durante el montaje.
2.3.2 Estructura metálica secundaria:
La estructura metálica secundaria es la subestructura de los cerramientos (fachada y
cubierta) y se coloca sobre la principal bien sea metálica o de hormigón.
2.4 Patologías en estructuras metálicas.
Aunque las estructuras metálicas tienen una reciente implantación apoyada en una
fuerte tecnología, también son susceptibles de sufrir lesiones que ponen en peligro
tanto la integridad constructiva como la seguridad del edificio.
Estos procesos patológicos pueden derivarse de causas propias de la naturaleza del
material, especialmente su debilidad al ataque químico ambiental y la solución
constructiva adoptada en proyecto y ejecución.
Debido a este motivo, es necesario analizar las patologías sirviéndose de las técnicas
de inspección adecuadas. Sólo de esta manera podrá intervenirse correctamente para
5 Idem
12
realizar su reparación, siendo igualmente necesario establecer las medidas de
prevención pertinentes. 6
2.5 Tipos y causas de deterioros en estructuras metálicas:
Los cinco tipos fundamentales son:
A.- Corrosión. Se la define como la transformación de metales en compuestos
diversos, bajo fenómenos naturales. Los defectos son distinguibles. Los síntomas son:
superficie picada, oxidada, dejando aparecer placas o escamas de oxido que se
desprenden con facilidad, de un color rojo oscuro típico. La superficie de la sección se
reduce, y ante el aumento de tensiones, disminuyen la resistencia. Afecta
especialmente a elementos ocultos, exteriores o de difícil acceso, próximos a bajantes
o instalaciones de hidráulicas (presentan fugas, condensaciones, etc.) o con escaso
revestimiento protector contra condensaciones, filtraciones, humedad capilar o lluvia.
B.- Erosión por abrasión. Se aprecia en la secciones de acero por el aspecto
desgastado y liso de las superficies. Está relacionada con el trabajo de partes móviles
en contacto o en elementos que sufren acción por el oleaje o partes sumergidas en
líquidos.
C.-Juego de las uniones. Es la causa de los deslizamientos en los nudos, provoca la
deformación de la estructura, crea zonas de acumulación de tensiones muy elevadas y
acrecienta la posibilidad de rotura por fatiga. Eso lleva a que se requirieran
inspecciones regulares y la reparación inmediata en caso de ser necesario.
D.-El efecto de la fatiga. Se define como la rotura de un elemento bajo esfuerzos
repetidos y variables que producen tensiones iguales o inferiores a las consideradas
como admisibles al proyecto. Los síntomas son pequeñas estrías perpendiculares a la
dirección de las tensiones y son un grave peligro porque son difíciles de prever. Puede
provocar el hundimiento de la obra sin aviso previo.
6 Leyton, Galvis, Reyes & otros. Patologías de las estructuras del concreto y estructuras metálicas. Santiago de Cali. 2014. Obtenido en:
http://es.slideshare.net/jpgalvis/patologias-de-las-estructuras-de-concreto-y-metalicas..Pag 23
13
E.- El efecto del impacto. Se caracterizan por deformaciones localizadas en los
elementos afectados, ondulaciones de débil longitud. Hay que tener especial cuidado
de no confundirse con el aspecto que presentan los elementos afectados por
tensiones de pandeo trabajando a compresión ya que ambos se manifiestan de
manera muy similar pero mientras el pandeo es señal de efectos más profundos. Si se
presentan deformaciones de aspecto de cresta de gallos o en elementos trabajando a
tracción, se trata de un problema de impacto, mientras que el pandeo se manifiesta en
forma de curva en S en ambos lados del eje del elemento.
La ventaja principal de las estructuras metálicas es que las reparaciones, excepto en
casos extremos, suele ser sencilla mediante la incorporación de nuevas chapas o
perfiles atornillados, soldados a los dañados, previa verificación de la compatibilidad
de aceros y recubrimientos de los electrodos.7
2.6 Protección contra fuego en las estructuras metálicas
Dentro de los sistemas de protección de las estructuras metálicas existen distintas
formas de protección de las superficies indicadas para atenuar el efecto del calor
sobre el material.
Cuando los materiales metálicos se encuentran cerca de focos de calor, rápidamente
incrementan su temperatura provocando una alteración de su comportamiento
mecánico.
Ante el calor se produce un incremento de su deformabilidad, una reducción del
módulo de elasticidad y una disminución de su resistencia (apreciable con
temperaturas de más de 500ºc).
7 Op. Cit. P.24
14
2.7 Diseño de estructuras metálicas
Hoy en día, los aceros estructurales son uno de los materiales de construcción de
mayor importancia a nivel mundial. Por muchas características deseables, los aceros
estructurales han llevado a que se utilicen en una gran variedad de aplicaciones.
Tienen un módulo de elasticidad muy alto, de manera que las deformaciones bajo
cargas son muy pequeñas. Además, los aceros estructurales poseen una gran
ductilidad; tienen una relación esfuerzo-deformación unitaria en forma lineal. Por tanto,
el comportamiento de los aceros estructurales bajo cargas de trabajo puede predecirse
de forma “exacta” por medio de la teoría elástica.
2.7.1 DISEÑO A TENSION:
Este diseño es el más fácil, ya que al no presentarse el problema del pandeo solo se
necesita calcular la fuerza factorizada que debe tomar el miembro y dividirla entre un
esfuerzo de diseño para obtener el área de la sección transversal necesaria.8
2.7.2 DISEÑO A COMPRESION
Una columna es un miembro que soporta una carga de compresión axial. Esta carga
puede ser concéntrica, es decir, aplicada a lo largo del eje centroidal, o excéntrica,
cuando la carga es aplicada paralelamente al eje del miembro centroidal, pero a cierta
distancia del mismo.
Las diferencias entre los elementos a tensión y a compresión son:
1. Las cargas de tensión tienden a mantener rectos los miembros, en tanto que las
cargas de compresión tienden a flexionarlos hacia fuera del plano de las cargas
(pandeo).
2. La presencia de agujeros para tornillos en los elementos a tensión, reduce las
áreas disponibles para resistir las fuerzas; en los miembros a compresión se supone
que los tornillos llenan los agujeros y las áreas están disponibles para resistir las
cargas.
2.7.3 DISEÑO A FLEXION
Las vigas son miembros estructurales que soportan cargas transversales a su eje
longitudinal. Entre los tipos de vigas están: viguetas, dinteles, largueros y vigas de
8 Troglia, Gabriel R.: Estructuras metálicas: proyecto por estados límites: con especificaciones CIRSOC 301/EL, CIRSOC 308. Buenos Aires: Jorge Sarmiento, 2010.p.256
15
piso, etc. El término trabe denota una viga grande a la que se conectan otras vigas de
menor tamaño.
Los perfiles W son por lo general, las secciones más económicas para usarse como
vigas. Se usan canales como largueros en cubiertas aligeradas y cuando los claros
que tiene que cubrir no son muy grandes. Los perfiles W tienen una mayor cantidad de
acero concentrado en sus patines que las vigas S, por lo que poseen mayores
momentos de inercia (teorema de los ejes paralelos) y momentos resistentes para un
mismo peso, además de que son relativamente anchos y tienen una rigidez lateral
considerable. De hecho, el AISC-LRFD toma muy poco en cuenta a los perfiles S. Otro
tipo de vigas utilizada comúnmente para soportar losas de piso y techo son las
armaduras ligeras de cuerdas paralelas
2.7.4 DISEÑO A FLEXOCOMPRESION
Los miembros flexo comprimidos son elementos estructurales sometidos a la acción
simultanea de fuerzas normales de compresión y momentos flexionantes, que pueden
actuar alrededor de uno de los ejes centroidales y principales de sus secciones
transversales o tener componentes según los dos ejes principales. Su importancia es
fundamental, ya que los elementos en compresión axial pura no existen prácticamente
nunca en estructuras reales en las que, debido a principalmente a la continuidad entre
los diversos miembros que lo componen, la compresión se presenta acompañada por
flexión.9
2.7.5 DISEÑO DE CONEXIONES
El comportamiento de las conexiones es muy complejo, ya que en muchos casos es
imposible describirse por medio de fórmulas ya sean sencillas o complejas. De hecho,
las formulas obtenidas de manera analítica debe ser adecuadas con pruebas con
pruebas experimentales para tener resultados más seguros y satisfactorios. En
función, de la rigidez que transmiten, las conexiones se clasifican en simples, en
donde el momento resistente que se desarrolla en la conexión es prácticamente cero;
las conexiones rígidas, donde se toma en cuenta la presencia de momento en la
conexión y las conexiones semi rígidas que es una combinación de las dos anteriores.
9 Troglia, Gabriel R.: Estructuras metálicas: proyecto por estados límites: con especificaciones CIRSOC 301/EL, CIRSOC 308. Buenos Aires: Jorge Sarmiento, 2010.p.257
16
2.8 Medios de unión de estructuras metálicas
2.8.1 Uniones
En todo tipo de construcción metálicas, y más concretamente en el caso de las
estructuras metálicas de edificación resulta necesario enlazar entre si perfiles simples
para formar barras compuestas, como también es necesario fijar las barras, ya sean
simples o compuestas, en su posición definitiva dentro del conjunto de la construcción.
Denominamos uniones, o costuras de fuerza, a las que tienen por misión fundamental
la transmisión de cargas de un perfil a otro, o de una barra a otra, y uniones o costuras
de simple acoplamiento a aquellas cuya misión principal es la de mantener unidos
entre si los perfiles que forman una barra compuesta. 10
Los empalmes empleados en las uniones de barras o perfiles en prolongación se
consideran, a todos los efectos, como uniones de fuerza. Cualquier unión es siempre
un punto delicado en una estructura metálica y por ello es necesario preverlas todas
en el proyecto, no autorizando durante su ejecución más empalmes y uniones que
aquellos que se especifiquen, y en los sitios que se hayan definido. 11
Como es natural, esta recomendación es fundamental para los empalmes, ya que las
uniones entre barras, dan lugar a los nudos y estos siempre deben tener una situación
clara y perfectamente definida.12
2.8.2 Evolución histórica
Los medios de unión han marcado, de manera importante, el avance que ha
experimentado la construcción de estructuras metálicas desde que se empezó a
utilizar el acero laminado en 1856 hasta nuestros días. El primer medio de enlace que
aparece es el roblón, elemento que trabaja a cortadura y aplastamiento.
En la actualidad es muy raro, por no decir que imposible, encontrar esta técnica de
unión en construcción de estructuras. Ha quedado apartada a causa de los
inconvenientes que presenta; mala distribución tensional en la junta, mal
10 Troglia, Gabriel R.: Estructuras metálicas: proyecto por estados límites: con especificaciones
CIRSOC 301/EL, CIRSOC 308. Buenos Aires: Jorge Sarmiento, 2010.p.33
11 Op.Cit. p.3412 Rodríguez Borlado, Ramiro: Prontuario de estructuras metálicas. Madrid: CEDEX, Centro de
Estudios y Experimentación de obras públicas, 2002. P.258
17
aprovechamiento de los materiales en piezas fraccionadas, poca seguridad de rigidez
en las uniones, ya que los roblones pueden quedar "sueltos" e imposibilidad de
realizar un cálculo exacto, así como medios de construcción costosos.
En la actual construcción metálica los tornillos de alta resistencia constituyen el medio
más extendido de unión en obra, junto con la soldadura. Su técnica está bastante
estudiada y sigue en experimentación continua, pero como ya se ha dicho, es una
técnica de enlace solo "relativamente" nueva.13
2.8.2.1 Roblonado
Los roblones que se utilizaban normalmente en la construcción de estructuras
metálicas son los de cabeza semiesférica. Los agujeros para el roblonado deben ser
de 1 mm mayor que el diámetro nominal del remache. Esto es una regla general para
el dimensionado de los agujeros.
Ejecución: En el proceso de roblonado, en primer lugar se calientan los remaches en
un hornillo de hasta que se alcanza una temperatura correspondiente al rojo cereza
claro. Antes de introducir el remache en el agujero se le libera de la cascarilla que se
haya podido formar sobre su superficie. Durante el roblonado propiamente dicho, se
mantiene la cabeza de asiento sujeta mediante la sufridera, mientras que el doile o
estampa, accionado casi siempre por aire comprimido, recalca primero la espiga para
que así rellene todo el agujero, y después forja la cabeza de cierre. Todo el proceso ha
de realizarse muy rápidamente, ya que al terminar la operación, la temperatura debe
conservarse en la correspondiente al rojo sombra. 14
Forma de trabajo: Los roblones constituyen medios de unión puntuales que están
solicitados por cortadura o esfuerzo cortante y por aplastamiento, o sea, por la
compresión de la espiga contra las paredes de los agujeros.
2.8.2.2 Atornillado
Para formar uniones desmontables, así como para lograr una mayor velocidad de
ejecución de las uniones, se utilizan los tornillos. Se distinguen tres clases de tornillos:
13 Troglia, Gabriel R.: Estructuras metálicas: proyecto por estados límites: con especificaciones
CIRSOC 301/EL, CIRSOC 308. Buenos Aires: Jorge Sarmiento, 2010.p.33
14 Op. Cit. p.37
18
Los ordinarios o tornillos negros; los calibrados o ajustados y los de alta
resistencia, que tienen su estudio separado, ya que producen una unión
diferente a los dos primeros. La forma de trabajar de los tornillos es análoga a
la de los roblones, de ahí que el cálculo de las costuras atornilladas, así como
su morfología, sean las mismas y se puedan estudiar de manera conjunta.
Tornillos calibrados; se exige para los diámetros del agujero y de la espiga un
ajuste H 11/ h 11. Para estructuras, y para tornillos de diámetros entre 20 y 30
mm, se admite una holgura de 0,3 mm entre espiga y agujero.
Tornillos ordinarios; los tornillos que no cumplen las condiciones indicadas
anteriormente para los tornillos calibrados se designan como tornillos negros u
ordinarios.
Arandelas; es obligatorio su uso, para evitar que la rosca o su terminal
penetren en el agujero y se produzcan tensiones adicionales a las calculadas
por aplastamiento. 15
2.8.2.3Tornillos de alta resistencia
Una característica importante de los tornillos de alta resistencia es que se introducen
con una pequeña holgura en las piezas a unir, para luego tensarlos mediante
apretadura de la tuerca o cabeza, para así producir una presión importante entre las
superficies en contacto.
El esfuerzo, orientado perpendicularmente al vástago o espiga del tornillo, se transmite
entre los elementos por el rozamiento estático de las superficies, mientras que el
vástago del tornillo queda solicitado por tracción axil y por torsión, como consecuencia
del momento de apretadura que se aplica.16
2.8.2.4Soldadura
Soldar es unir dos piezas de igual o distinta naturaleza mediante una perfecta unión
entre ellas, casi siempre con la aportación de calor, con o sin aplicación de presión, y
con o sin empleo de material de aportación, pudiendo tener este la misma o distinta
composición que los metales a unir.
15 Rodríguez Borlado, Ramiro: Prontuario de estructuras metálicas. Madrid: CEDEX, Centro de
Estudios y Experimentación de obras públicas, 2002. P.259
16 Troglia, Gabriel R.: Estructuras metálicas: proyecto por estados límites: con especificaciones CIRSOC 301/EL, CIRSOC 308. Buenos Aires: Jorge Sarmiento, 2010.p.40
19
El procedimiento de soldadura más antiguo entre los conocidos es el de soldadura por
forja, que consiste en calentar las piezas a unir hasta su punto de fusión, para luego
unirlas entre sí por presión.
Actualmente la soldadura se realiza de diversas maneras; aprovechando el calor
generado por la combustión de un gas, generalmente acetileno, en una atmósfera de
oxígeno; por el generado por el paso de una corriente eléctrica aprovechando el efecto
Joule o el producido por el calor desarrollado en un arco eléctrico.17
2.9 Comportamiento de las uniones
El análisis de las uniones, posiblemente, sea la parte más difícil de la construcción
metálica. En ellas hay una concentración de esfuerzos muy importantes y la
evaluación de las tensiones y deformaciones que se presentan solamente pueden
obtenerse mediante el análisis experimental, o utilizando métodos numéricos en el
campo elastoplástico.
De los resultados obtenidos se desprenden procedimientos simplificados que son los
que normalmente se utilizan en la práctica. El estudio de una determinada unión
comprende su diseño, el análisis de los esfuerzos que ha de resistir y, en función de
éstos, el cálculo de los elementos y medios de unión que la componen, tales como
cartelas, casquillos, cordones de soldadura o tornillos.
2.9 .1Clasificación de uniones metálicas
En función de su capacidad de resistencia tenemos:
Uniones de resistencia total, en las que su capacidad de carga es igual o
superior a la del elemento más débil de la unión.
Uniones de resistencia parcial, aquellas que su capacidad de carga es inferior
a la del elemento más débil de la unión pero, lógicamente, superior a los
esfuerzos de cálculo.
Las uniones resistentes a esfuerzo de flexión podemos clasificarlas como:
Rígidas, las que mantienen los ángulos que forman entre sí las piezas
enlazadas. El giro del nudo es igual al de las barras a él unidas.
17 Rodríguez Borlado, Ramiro: Prontuario de estructuras metálicas. Madrid: CEDEX, Centro de
Estudios y Experimentación de obras públicas, 2002. P.262
20
Semirrígidas, son las uniones flexibles en las que se produce un giro relativo
entre las barras enlazadas en el nudo, pero existiendo una transmisión de
momentos. Para modelizar este tipo de enlace se unen las barras a los nudos
mediante muelles que coartan el giro.
Simples, son enlaces que se comportan como uniones articuladas, en los que
la barra se une al nudo sin coartar sus giros.18
2.9.2Uniones viga – soporte
Son las uniones que se producen entre un elemento estructural, trabajando a flexión y
cortadura, que transmite sus cargas a otro, sometido principalmente a compresión.
En función de su rigidez:
Nominalmente articuladas; son aquellas en las que no se desarrollan
momentos significativos que puedan afectar a los miembros de la estructura.
Tienen que ser capaces de transmitir las fuerzas y de soportar los giros de
cálculo.
Rígidas; aquellas cuya deformación no tiene influencia significativa sobre la
distribución de esfuerzos en la estructura, ni sobre su deformación global.
Tienen que ser capaces de transmitir las fuerzas y momentos de cálculo.
Semirrígidas; las que no son rígidas ni nominalmente articuladas.
En ausencia de análisis precisos se pueden considerar como:
Articuladas; las uniones “por soldadura” del alma de una viga metálica en doble
T sin unión de las alas al pilar.
Rígidas; Las uniones “soldadas” de vigas en doble T a soportes en las que se
materialice la continuidad de las alas a través del soporte mediante
rigidizadores de dimensiones análogas a las de las alas.
Otra clasificación, como he indicado, es en función de su resistencia:
Nominalmente articuladas; aquellas capaces de transmitir los esfuerzos
obtenidos en el análisis global de la estructura y su resistencia de cálculo a
flexión no es mayor de la cuarta parte del momento resistente plástico de
cálculo de la pieza de menor resistencia unida y siempre que exista una
capacidad de giro suficiente.
18 Troglia, Gabriel R.: Estructuras metálicas: proyecto por estados límites: con especificaciones CIRSOC 301/EL, CIRSOC 308. Buenos Aires: Jorge Sarmiento, 2010.p.50
21
Totalmente resistentes o de resistencia completa; su resistencia es igual o
superior que la de los elementos que conecta.
Parcialmente resistentes; su resistencia es inferior que la de los elementos
unidos, pero siempre debe ser capaz de transmitir las fuerzas y momentos
obtenidos en el análisis de la estructura.
2.9.3Uniones resistentes a tracción
En estos tipos de enlaces a tracción es preferible el uso de los empalmes soldados,
debido a que las uniones atornilladas pueden fallar frágilmente a lo largo de la sección
neta.
2.9.4Uniones resistentes a compresión19
Para las uniones sometidas a estos esfuerzos, el Código Técnico indica que se
admitirá la transmisión por contacto en elementos comprimidos únicamente si las
superficies en cuestión se han preparado para resultar suficientemente planas y se
evita toda posibilidad de desplazamiento en cualquier situación de dimensionado. En
este caso, el empalme asegurará la continuidad de rigidez. 20
Si los elementos no se han preparado para transmitir los esfuerzos por contacto, se
dimensionarán los elementos de empalme para que sean capaces de transmitir las
fuerzas y momentos existentes en la sección de la unión. Se mantendrá la alineación
de los extremos enfrentados mediante platabandas u otros medios.21
19 http://www.bdigital.unal.edu.co/5923/1/9589322891.pdf.p.4720 Op.Cit. P.5121 Troglia, Gabriel R.: Estructuras metálicas: proyecto por estados límites: con especificaciones CIRSOC 301/EL, CIRSOC 308. Buenos Aires: Jorge Sarmiento, 2010.p.52
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CAPITULO III: APLICACIÓNLímites de Aplicabilidad
1) Tipos de Construcción
Tres son los tipos de construcciones aceptables bajo los alcances de la normal E.090:
- Tipo 1 : Comúnmente denominado pórtico rígido (pórtico continuo), el cual asume que las conexiones entre vigas y columnas son suficientemente rígidas para mantener sin cambios los ángulos entre elementos que se interceptan.
- Tipo 2:Conocido como pórtico simple (no restringido), que asume una condición de apoyo simple en sus extremos mediante conexiones solo por corte y que se encuentran libre de rotar por cargas de gravedad.
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- Tipo 3:Denominado pórtico semirrígido (parcialmente restringido) que asume que las conexiones entre elementos poseen cierta capacidad conocida de rotación, que se encuentra entre la conexión rígida del Tipo 1 y la conexión simple del Tipo 2.
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El diseño de las conexiones debe ser consistente con lo asumido en cada tipo de sistema estructural, y debe plasmarse en los plano de diseño.
Las construcciones de edificios del Tipo 2 deben cumplir que:
1.-Las conexiones y los elementos conectados serán adecuados para resistir las cargas de gravedad como vigas simplemente apoyadas.
2.-Las conexiones y elementos conectados serán adecuados para resistir las cargas laterales.
3.-Las conexiones tendrán una adecuada capacidad de rotación inelástica que evite sobrecargar a los conectores o soldaduras frente a la acción combinada de fuerzas horizontales y de gravedad
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EN OBRA:
- OBRA:
“CONSTRUCCIÓN DEL PUENTE CARROZABLE MAURO, DE LA CARRETERA PITIPO- BATANGRANDE, SECTOR MAURO, EN EL DISTRITO DE PITIPPO,
PROVINCIA DE FERREÑAFE, DEPARTAMENTO DE LAMBAYEQUE”
- MONTO:
$/. 3´318,847.23
- MODALIDAD DE EJECUCIÓN:
CONVENIO SP.2014-052
- TIEMPO DE EJECUCIÓN:
180 DÍAS CALENDARIOS
- INICIO:
6 DE AGOSTO DEL 2015
- FINALIZA:
19 DE DICIEMBRE DEL 2015
- EJECUTA:
SIMA PERÚ
- INSPECCIÓN:
GOBIERNO REGIONAL DE LAMBAYEQUE
- SUPERVISOR A CARGO: ING. MARCO ZAPATA
- RENDIMIENTO DE LA OBRA (ENROCADO):
100 m3 EN UNA SEMANA
- NO ADICIONALES DE OBRA
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EN SU TOPOGRAFIA:
- Topógrafo: Justo- Topografía Inicial: Estación Total- Cota: 50 aprox.
CARACTERISTICAS DEL PUENTE:
- Puente de doble vial reticulado (es más económico)- Puente Prefabricado que viene cada 3 m. de extensión.- Llegada del puente: Noviembre (se arma en un mes)- Une Pítipo y Batangrande - Ancho del Carril: 7.20x3.60 m.- Luz: 35m.- Luz Libre: 34.60 APROX.- Carga Máxima: 40 ton- Resistencia a la Compresión: 210 Kg/cm2
- No posee pilares- Posee estribos con aletas perpendiculares de 1’’, ¾’’ y 5/8’’.- Actualmente cuanta con un 53% de avance.
EN SU CIMENTACIÓN
- Nivel de Cimentación: 8.40 m.- Zapata: 6.30x14.20 m.- Peralte de la Zapata: 1.20 m.- Ensayos de Suelo: Ya viene en el expediente técnico.- Tipo de Suelo: Limoso- El suelo no presenta aguas subterráneas- Capacidad Portante del Terreno: 1.14 Kg/cm2 (Normal)- Tipo de Cemento: Cemento Pacasmayo-Tipo I- Materiales Suministrados: Fue por la empresa “Gamarra”- No aditivos en diseño de mezcla- Curado: Zeta Membrana (Aditivo)
CARACTERISTICAS DEL RIO
- Rio Primario: Rio Taymi- Rio Secundario: Rio Viejo - Máximo Caudal del Rio: 1.5 m.- Actualmente: Canal seco-Alternativo- En defensa Rivereña: Canto Rodado
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- Diámetro del Canto Rodado: 6 (Mínimo)
CONCLUSIONES
Con este informe se logró los objetivos, los cuales eran el de recopilar información sobre el gran aporte actual que nos brinda este, así como también establecer los procedimientos a usarse para la formulación, evaluación y control.
En la sociedad que vivimos dejamos de lado los materiales como las estructuras metálicas, debido a la falta de conocimiento que se ve sobre el tema, si tuviéramos presente la gran importancia y la gran utilidad que se le puede dar a esta herramienta, nuestro país evolucionaria mucho más e incrementaría así las nuevas herramientas.
Debemos promover al crecimiento, puesto que ofrece multivariedades de herramientas para los nuevos profesionales de hoy, al traer esta nueva herramienta en el mundo laboral podría ser de mucho provecho.
Con esta investigación se quiere llegar a lograr una valoración rápida y eficaz de esta útil herramienta de la construcción puesto que esta alcance de todos; los futuros ingenieros deben optar por nuevos instrumentos innovadores que benefician tanto al profesional como a la población.
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PANEL FOTOGRAFICO
Aquí se muestra el techo de una casa, elaborado de material metálico, el cual al ser soldado y unido forma una estructura metálica muy buena
Aquí podemos notar el esqueleto de una casa, hecha completamente de elementos metálicos.
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BIBLIOGRAFIA
Ashby, M. F.: Materiales para ingeniería. Barcelona: Reverté, 2008-
2009.
Benito Olmeda, Jesús Luis: Principios básicos de estructuras
metálicas. Madrid: Delta Publicaciones, 2010.
Leyton, Galvis, Reyes & otros. Patologías de las estructuras del concreto
y estructuras metálicas. Santiago de Cali. 2014. Obtenido en:
http://es.slideshare.net/jpgalvis/patologias-de-las-estructuras-de-
concreto-y-metalicas.
Martínez Murcia, José Gustavo: Estructuras. Bogotá : Universidad Santo
Tomás, 2012.
Reglamento Nacional de Edificaciones. 2, Estructuras / Instituto de la
Construcción y Gerencia. Lima: ICG, 2014.
Rodríguez Borlado, Ramiro: Prontuario de estructuras metálicas.
Madrid: CEDEX, Centro de Estudios y Experimentación de obras
públicas, 2002.
Troglia, Gabriel R.: Estructuras metálicas: proyecto por estados límites:
con especificaciones CIRSOC 301/EL, CIRSOC 308. Buenos Aires:
Jorge Sarmiento, 2010.
LINKOGRAFIA: http://www.areatecnologia.com/estructuras/estructuras-metalicas.html http://www.bdigital.unal.edu.co/5923/1/9589322891.pdf https://composicionarqdatos.files.wordpress.com/2008/09/apuntes-de-
estructuras-metalicas.pdf