Estructuras Metalicas.docx

INTRODUCCION Las estructuras de acero vienen utilizándose desde hace años los países con un desarrollo industrial aceptable debido a las múltiples ventajas que presentan las estructuras hechas con este material: plazo de ejecución, coste de los materiales y de la mano de obra... Por otro lado la utilización del acero, con gran capacidad resistente, en las estructuras nos permite dar fácil solución a gran variedad de problemas, desde los más complejos (como grandes luces o problemas con las cargas) a los más sencillos como son su realización en breves períodos de tiempo por la existencia de multitud de piezas prefabricadas y de elementos de unión. 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. UNA MIRADA HISTORICA 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 COMO MATERIAL ESTRUCTURAL El acero es una aleación que consiste principalmente en hierro (más del 98%). Contiene también pequeñas cantidades de carbono, vanadio, columbio, silicio, manganeso, azufre, fósforo, aluminio y otros elementos. El carbono es el elemento que tiene la mayor influencia en las propiedades del acero. Las propiedades del acero pueden cambiarse en gran medida variando las cantidades presentes de carbono y añadiendo otros elementos como silicio, níquel, manganeso y cobre. Un acero que tenga cantidades considerables de estos últimos elementos se denominará acero aleado. Aceros de alta resistencia y baja aleación (A.R) Estos aceros obtienen sus altas resistencias y otras propiedades por la adición, aparte del carbono y manganeso, de uno o más agentes aleantes como el columbio, vanadio, cromo, silicio, cobre, níquel y otros. El término baja aleación se usa para describir arbitrariamente aceros en los que el total de elementos aleantes no excede el 5% de la composición total. Se caracterizan por poseer una elevada ductilidad, estructura de grano fino y bajo contenido en carbono.

Aceros estructurales de alta resistencia, baja aleación y resistentes a la corrosión atmosférica Cuando los aceros se alean con pequeños porcentajes de cobre, se vuelven más resistentes a la corrosión. Cuando se exponen a la atmósfera, las superficies de esos aceros se oxidan y se les forma una película impermeable adherida (conocida también como "patina") que impide una mayor oxidación y se elimina así la necesidad de pintarlos. Para que se logre formar esta capa, el material debe estar expuesto a un ambiente alterno entre seco y húmedo en un lapso de 2 años aproximadamente. Aceros Inoxidables Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos períodos a temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para cápsulas espaciales. Ventajas del acero:     

Alta resistencia Uniformidad Elasticidad Ductilidad Ampliaciones de estructuras existentes.

Desventajas del acero:   

Costo de protección contra incendio Costo de mantenimiento Susceptibilidad al pandeo.

Proceso de la estructura  

Planeación.-Elegir la forma de la estructura, especificar cargas y materiales. Análisis.-Idealización de la estructura, soporte e idealización de la conexión entre si de los elementos que conforman la estructura. Determinando las fuerzas internas y los desplazamientos.  Diseño.-Las dimensiones de los elementos, dependerán de la magnitud de las fuerzas internas, satisfaciendo los criterios de: o Resistencia o Estabilidad y o Deflexión.  Construcción.-Ordenar los diversos componentes de la estructura y planear las actividades que implica el montaje real de ésta. A éste respecto, todas las fases de la construcción deben inspeccionarse para garantizar que la estructura está siendo construida de acuerdo a los planos y análisis realizado. Tipos de cargas De acuerdo a su permanencia, se pueden clasificar en:

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Permanentes Variables Accidentales o instantáneas

De acuerdo a la forma de aplicarse:    

Puntuales o concentradas. (Ton.) Distribuidas: uniformemente o variable. (ton/m). De superficie. (Ton/m2). De volumen. (Ton/m3).

VENTAJAS DE CONSTRUIR CON ESTRUCTURAS METALICAS     

Plazos de ejecución muy reducidos Buena adaptación a terrenos con asientos diferenciales apreciables Posibilidad de ampliación y cambio de función o cargas Salva grandes luces con pequeños espesores Utilización de secciones reducidas en soportes con grandes cargas

DONDE NO SE DEBE CONSTRUIR ESTRUCTURAS METALICAS 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. NECESIDAD DE RIGIDIZACIÓN Para la realización de estructuras de acero se hacen combinaciones de perfiles que para soportar los esfuerzos a los que están sometidos demandan la existencia de elementos rigidizadores como los que aparecen a continuación: Las estructuras de nudos rígidos presentan poca aceptación ya que ante efectos de cargas

horizontales (viento por ejemplo) se produce un pandeo de la estructura, lo que lleva a un mal funcionamiento del sistema, y además, este efecto se va incrementando cuanto mayor sea la altura

La manera más eficaz de rigidizar es mediante triangulación con cruz de San Andrés, ya que resuelve los efectos de pandeo absorbiendo las tensiones.

EDIFICIOS REALIZADOS CON ESTRUCTURAS DE METÁLICAS

PUENTE LUPU (CHINA)

BURJ KHALIFA (EMINATOS ARABES UNIDOS)

BURJ AL ARAB (EMINATOS ARABES UNIDOS)