Investigacion De Acero Y Madera.docx

Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño” Extensión Maturín Escuela de Ingeniería Civil

Problemas Especiales en Estructuras de Acero y Madera

Realizado Por: José Zaragoza C.I: 24.125.376

1. Problemas Especiales en Estructuras de Acero y Madera El acero es usado desde épocas muy antiguas para la construcción, inicialmente solo decorativo y para herramientas pero con el transcurrir del tiempo el hombre fue trabajando este material y aleándolo con otros, lo fue adaptando según sus necesidades para usarlo cada vez mas hasta la época del desarrollo industrial y las siderúrgicas que este material obtuvo su mayor auge en el mercado y en la actualidad existe gran variedad y diversidad de materiales constructivos de acero. Las estructuras de acero se caracterizan por su gran tenacidad, es decir, admite cualquier tipo de esfuerzo, y por su ductibilidad, sin embargo, presenta patologías las cuales el ingeniero o constructor debe de tomar en cuenta y tratar de contrarrestar, debido a que el acero presenta debilidad ante

el ataque químico ambiental

presentando corrosión y deformidad. 2. Estabilidad Es la capacidad de una estructura bajo las fuerzas que actúan sobre ella de alcanzar un estado de equilibrio mecánico. Las combinaciones de fuerzas o acciones bajo las cuales una estructura no es estable se denominan inestabilidades y pueden ser de varios tipos: 

Deslizamiento, cuando la fuerza resultante superficie de contacto entre dos sólidos excede un cierto valor y existe desplazamiento relativo entre los puntos de los dos sólidos.



Vuelco, cuando el momento de fuerzas respecto a una recta, llamado eje virtual de rotación sobre pasa un cierto valor.



Inestabilidad elástica, que se refiere a fenómenos de no linealidad como el pandeo, la abolladura, la inestabilidad de arcos, etc.

3. Conexiones Las conexiones de las estructuras metálicas suelen efectuarse mediante soldaduras y/o tornillos. Las conexiones en estructuras metálicas son laboriosas tanto en diseño como en la construcción, por lo que se debe buscar su simplicidad y eficiencia. 3.1.

Tipos de conexiones

Las conexiones resistente a momento, según el AISC, se clasifican como totalmente restringida (TR), y parcialmente restringid (PR). En México casi todas las conexiones son TR. 4. Sistemas de Conexiones: Las uniones constituyen uno de los puntos más delicados a tener en cuenta en la estructura, tanto en el proyecto como durante el proceso de ejecución. Su objetivo es dotar de continuidad a un elemento estructural que no puede construirse de una sola pieza. Son esenciales para dotar de estabilidad y seguridad a la estructura. Los defectos pueden ser según la tipología de la unión los siguientes: 

Roblonado y Atornillado: El problema más importante es la corrosión por aireación diferencial que puede surgir en los encuentros, causando una pérdida de sección útil en los roblones o tornillos. Hay que utilizar aceros de igual composición para evitar problemas de par galvánico. En las articulaciones habrá que emplear aceros de alta resistencia. Y de modo general, los elementos deben someterse a un control exhaustivo de calidad y de su colocación.



Anclajes: Los procesos patológicos mecánicos conducen a aplastamiento y cizalladura del elemento traccionado, llegando a su rotura. Suele producirse un alargamiento diferido, que habrá que cuantificar en los primeros meses de puesta en funcionamiento. Los procesos de naturaleza química se deben a corrosión por aireación diferencial.



Las uniones con pasadores teóricamente permiten la rotación, pero resisten la traslación en cualquier dirección.



Las juntas rígidas o fijas conservan la relación angular entre los elementos unidos, restringen la rotación y la traslación en cualquier dirección y suministran resistencia tanto a la fuerza como al momento.



Las uniones con rodillos permiten la rotación, pero resisten la traslación en una dirección perpendicular hacia sus caras o alejándose de ellas. No se emplean en la construcción de edificios con tanta frecuencia como las conexiones con pasadores o fijas, pero son útiles cuando una junta debe permitir que ocurra la expansión y la contracción de un elemento estructural.



Un ancla de cable permite la rotación, pero resiste la traslación solamente en la dirección del cable.

5. Soldadura La soldadura es la forma más común de conexión del acero estructural y consiste en unir dos piezas de acero mediante la fusión superficial de las caras a unir en presencia de calor y con o sin aporte de material agregado. Cuando se trabaja a bajas temperaturas y con aporte de un material distinto al de las partes que se están uniendo, como por ejemplo el estaño, se habla de soldadura blanca, que es utilizada en el caso de la hojalatería, pero no tiene aplicación en la confección de estructuras. 5.1.

Aplicaciones de la soldadura

Aunque muchas aplicaciones de la soldadura se llevan a cabo en ambientes controlados como fábricas y talleres de reparaciones, algunos procesos de soldadura se usan con frecuencia en una amplia variedad de condiciones, como al aire abierto, bajo el agua y en vacíos. En usos al aire libre, tales como la construcción y la reparación en exteriores, la soldadura de arco de metal blindado es el proceso más

común. Los procesos que emplean gases inertes para proteger la soldadura no pueden usarse fácilmente en tales situaciones, porque los movimientos atmosféricos impredecibles pueden dar lugar a una soldadura fallida. La soldadura de arco de metal blindado a menudo también es usada en la soldadura subacuática en la construcción y la reparación de naves, plataformas costa afuera, y tuberías, pero también otras son comunes, tales como la soldadura de arco con núcleo de fundente y soldadura de arco de tungsteno y gas. 6. Cargas en las estructuras de acero y madera 6.1.

Cargas Actuantes en las Estructuras de Acero

Se distinguen dos tipos de fuerzas actuando en un cuerpo: las externas y las internas. 

Las externas son las actuantes o aplicadas exteriormente y las reacciones o resistentes que impiden el movimiento.



Las internas son aquellas que mantienen el cuerpo o estructura como un ensamblaje único y corresponden a las fuerzas de unión entre sus partes.



Las actuantes son aquellas cargas a las que se ve sometida la estructura por su propio peso, por la función que cumple y por efectos ambientales. En primera instancia se pueden subdividir en cargas gravitacionales, cargas hidrostáticas y fuerzas ambientales (sismo, viento y temperatura).



Las gravitacionales son aquellas generadas por el peso propio y al uso de la estructura y se denominan gravitacionales porque corresponden a pesos. Entre ellas tenemos las cargas muertas y las cargas vivas.

Otra clasificación de las cargas es por su forma de aplicación: dinámicas y estáticas.



Las cargas dinámicas son aquellas aplicadas súbitamente y causan impacto sobre la estructura.



Las cargas estáticas corresponden a una aplicación gradual de la carga. 6.2.



Cargas actuantes en las estructuras de madera

Tracción: Cuando las fuerzas que actúan sobre la pieza tienden a estirarla. Este es el tipo de esfuerzo al que está sometido un cable del que cuelga un peso.



Compresión: Cuando las fuerzas que actúan sobre la pieza tienden a aplastarla.



Flexión o pandeo: Cuando las fuerzas que actúan sobre la pieza tienden a doblarla. Este es el tipo de esfuerzo que soporta la balda de una estantería.



Torsión: Cuando las fuerzas que actúan sobre la pieza tienden a retorcerla. Este es el tipo de esfuerzo al que están sometidos los ejes y las manivelas.



Corte o cizalladura: Cuando las fuerzas que soporta la pieza tienden a cortarla. Esto sucede cuando la fuerza provoca que dos o más parte del material se deslicen en sentido opuestos

7. Factores de Seguridad para las Estructuras de Acero y Madera Si se tiene que evitar una falla estructural, las cargas que una estructura es capaz de soportar deben ser mayores que las cargas a las que se va a someter cuando este en servicio. Como la resistencia es la capacidad de una estructura para resistir cargas, el criterio anterior se puede replantear como sigue: la resistencia real de una estructura debe ser mayor que la resistencia requerida. La relación de la resistencia real entre al resistencia requerida se llama factor de seguridad “n”:

𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑆𝑒𝑔𝑢𝑟𝑖𝑑𝑎𝑑 "n" =

𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑅𝑒𝑎𝑙 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑅𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎

Naturalmente, el factor de seguridad debe ser mayor que 1.0 para evitar falla. Dependiendo de las circunstancias, los factores de seguridad varian desde un poco mas que 1.0 hasta 10. La determinación de un factor de seguridad también debe tener en cuenta asuntos tales como los siguientes: probabilidad de sobrecarga accidental de la estructura, debido a cargas que excede las cargas de diseño; tipos de cargas (estáticas o dinámica); si las cargas se aplican una vez o se repiten; la exactitud con que se conozcan las cargas; posibilidad de falla por fatiga; inexactitudes de construcción: variabilidad en la calidad de la mano de obra: variaciones en las propiedades de los materiales: deterioro debido a corrosión u otros efectos ambientales; exactitud de los materiales de los métodos de análisis; el que la falla sea gradual (advertencia suficiente) o repentina (sin advertencia): consecuencia de la falla (daños menores o catástrofe mayor), y otras consideraciones parecidas. Si el factor de seguridad es muy bajo, la probabilidad de falla será alta, y la estructura será inaceptable; si el factor es muy grande, la estructura será muy costosa y quizá no sea adecuada para su función