ESTRUCTURACIÓN DE EDIFICIOS CON MARCOS DE ACEROPROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS II

ALUMNOS:• JUAN CARLOS HEREDIA NUÑEZ• CRISTOBAL DE JESUS LEAL ORTEGA

INDICE:

1.- ESTRUCTURACION DE MARCOS DE ACERO.

1.1 - APLICACIÓN ESTRUCTURAL DE PERFILES Y CONEXIONESMETALICAS.

1.2- USO DEL CONCRETO EN ESTRUCTURAS METALICAS.

1.3- SOLDADURAS REMACHES Y PERNOS.

1.4.- TRANSPORTACION Y MONTAJE.1.5.- PROTECCION CONTRA IMPACTO E INCENDIO.

ESTRUCTURACION DE EDIFICIOS.

MARCOS DE ACERO

El empleo de este sistema se debió al desarrollo de nuevos materiales y sistemas deconstrucción (concreto armado, acero soldado) y a nuevos métodos de análisis ydimensionamiento. El sistema convencional Losa, Trabe, Columna (Marco Rígido) ha sufridovariaciones, ejemplo: el desarrollo de la losa plana que al no contener vigas o trabes redundaen una mayor economía en cimbra, acabados, peralte, alturas de entrepisos lográndose deesta manera adicionar un entrepiso por cada 10 construidos.

Los marcos forman parte de la estructura, ya sea la queesta compuesta por columnas y trabes o la que esta

losas. los marcos nos ayudan a entender el

lógico de las cargas y como estas

compueEs por eso quefuncionamientoactúan de acuerdo factores externos como son vientos,

etc.sismos,

DIFERENTES PERFILE PARA UN MARCO RIGIDO

1.1.-

mayor nera

staeso

este sistema se debió al de

economía en cimbra, acabad

por muros y

lógico de las cargas y

nieve,

PERFILE PARA UN MARCO

Los sistemas de marcos estructurales transfieren cargas al suelo a través de suselementos horizontales (como trabes y losas) y elementos verticales (como columnas ymuros de carga) que son resistentes amomentos de reacción internos.

la flexión y al pandeo como resultado de sus

TIPOS DE MARCOS ORTOGONALES

c)DE ESPACIAMIENTOHORIZONTAL Pisos, Losas, Armaduras, vigas.

b)DE SOPORTE VERTICALColumnas y muros

a) DE SOPORTE LATERALMuros y Tirantes cruzados

FUNCIONAMIENTO DE LOS MARCOS RÍGIDOS

Los marcos formados por columnas y trabes están unidos, formando uniones rígidascapaces de transmitir los elementos mecánicos en la viga sin que haya desplazamientos lineales ó angulares entre sus extremos y las columnas en que se apoya.Sobre las vigas principales, que además de resistir las cargas verticales ayudan a resistir las cargas laterales, se apoyan en algunos casos las vigas secundarias encargadas de soportar el sistema de piso.

• Entre ejes• Es la división interna de un marco estructural

repetitivo definido por los claros de las columnas.• Columnas centrales - Mayor carga • Columnas Laterales - Media carga • Columnas esquinadas - Un cuarto de

carga

BENEFICIOS O VENTAJAS DE UTILIZAR MARCOS RÍGIDOS DE ACERO

Interior libre o espacio universalFlexibilidad en el aprovechamiento del espacio interior. Rápida construcción.Diseño flexible incomparableMenor CostoVariedad de columnasMínima pendiente de la cubierta

CARACTERISTICAS DE LOS MARCOSRÍGIDOS

Los Marcos Rígidos pueden ser diseñados con una cumbreracentrada, excéntrica o de una sola pendiente. La pendiente detecho puede ser tan baja como 2%.Los Marcos Rígidos también pueden ser usados con otrossistemastradicional laminado Opción de de

estructurales, incluyendo estructura de aceroy madera. Esta sólida red estructural de acero

en caliente, según norma ASTM.columnas rectas, semirrectas (tipo supermercado), o

secciónm. o más con

variablealturas de hombro de hasta

m.Claros24

de hasta 90

Los claros libres pueden fluctuar entre 9 y 90 metros.El Sistema de Marcos Rígidos acepta cualquier carga de viento,sismo, nieve, puente grúa o equipos propios del proyecto.PuedeColumna Columna Columna

darse cualquiersemirrecta(tipo

distribución ensupermercado)

variable recta

de sección

Coordinación modular y dimensional, losesquemas indican como se pueden coordinar dimensional y constructivamente los componentes y elementos que conforman el sistema: muros, marcos de confinamiento, entrepisos, y techos.

1.1.1..- APLICACIONES DE PERFILES Y CONEXIONES METALICAS.

Definición

Por múltiples ventajas y rapidez de construcción, durabilidad y bajo costo, el acero es cada día másutilizado en edificaciones de diversos estilos, como también en la construcción de complejas estructuras, como elemento decorativo o bien cumpliendo ambas funciones.

Para la fabricación deestos perfiles, debido a lafunción estructural quevan a cumplir, se utilizaacero estructural soldable(A42-27ES, A37-24ES),el cual garantiza cifrasmecánicasresistencia

para laPerfiles Tubulares

Esta familia de perfiles está constituida por Rectangulares, Cuadrados y Tubos Redondos.

a la tracción,límite de fluencia, yalargamiento, además devalores de composición química máximos, lo cual da como resultado unaexcelente soldabilidad ydoblabilidad en caso deser necesarios.

Tubulares Cuadrados Tubulares RectangularesTubulares Redondos

http://www.registrocdt.cl/fichas%20especificas/listado_fichas/fichas/c11/CINTAC_perfiles_acero_estructural_industrial/index.htm

Perfiles Abiertos

Los perfiles abiertos estructurales "costanera", "canal" y " ángulo" son fabricados con acerolaminado en caliente estructural soldable, el que garantiza y asegura propiedades mecánicas,además de un rango de composición químico mínimo y máximo, para efectos de brindar unproyecto estructural eficiente en cuanto a su peso y seguro en lo que se refiere a su soldabilidad yesfuerzos mecánicos.

Perfiles Costaneras Perfiles Canales Ángulos

Doble contacto

Estos perfiles son fabricados

Marcos y Tapas

con acerosoldados, norma

laminado en frío,Estosfabricados laminado

perfilescon en

sonacero

frío,

de acuerdo a,CINTAC

comercializados en largosconformados en frío; deestándar de 6 metros y sin

recubrimiento. acuerdo a norma CINTAC.Son comercializados enlargo estándar de 6 metros,sin recubrimiento.

Los marcos rígidos de acero son una excelente opción para estructurar una edificación que requiera deespacios versátiles, universales o flexibles, espacios interiores de grandes dimensiones. Y Esto actualmente es muy útil y más cuando las necesidades son cambiantes.Además este sistema estructural permite cubrir luces o grandes claros por lo que se puede utilizar en muchastipologías arquitectónicas.Otro punto importante es que los marcos rígidos de acero pueden ser utilizados para expresararquitectónicamente formas interesantes y a la vez dar sensaciones espaciales únicas. Esto mediante la repetición de los mismos, un diseño de ellos que generen movimiento en la cubierta, etc.

Y por ultimo mencionar que este sistema estructural es muy sencillo en cuanto a su funcionamiento y porende, que se utilice para cualquier tipo de edificación. Por lo que siempre será recomendable conocer todos los posibles sistemas de estructuración para proponer al cliente cual es la mejor solución a sus necesidades sabiendo ponderar el limite de elección entre la conveniencia de dos sistemas.

1.2.- USO DEL CONCRETO EN ESTRUCTURAS METALICASAcero de refuerzo

El uso del acero de refuerzo ordinario es común en elementos de concreto pres forzado. Este acero es muy útil para ar ductilidad

ar resistenciaesfuerzos de tensión y compresióncortantetorsión

Restringir agrietamientoformaciones a largo plazo

r el concreto

El acero de refuerzo suplementario convencional (varillas de acero) se usa comúnmente en la región de altos esfuerzosde compresión en los anclajes de vigas pos tensadas. Tanto para miembros pos tensados como pretensados es

usuallos de varillas de acero longitudinal para controlar las grietas de contracción y temperatura. Finalmente, a menudo es ente incrementar la resistencia a la flexión de vigas pres forzadas empleando varillas de refuerzo longitudinales

suplementarias (Referencia 13). Las varillas se pueden conseguir en diámetros nominales que van desde 3/8 pulg. hasta 13/8pulg., con incrementos de 1/8 de pulg. y también en dos tamaños más grandes de más o menos 13/4 y 21/4 pulg de diámetro.

Acero

El uso Aument Aument Resistir Resistir Resistir Restrin Reducir Confina

El acer locales proveer conveni suplem pulg.,

de

form

compde varil

El sistema combina las propiedades de la lamina de acero galvanizada con las del concreto. El conjunto actúa como una vigaque esta compuesta de acero como elemento estructural y concreto de relleno. La lamina sirve como cimbra para el colado y junto con una malla que actúa por temperatura forma el armado del conjunto que actuará por compresión y rellenará los canales dentados para proporcionar un firme horizontal.

Cuando hay necesidad de ductos de instalaciones pueden ser hechos y reforzados en una dimensión máxima de 30x30 cm. Aligual que pueden hacerse cortes para adaptaciones en columnas y elementos estructurales secundarios.Alguna de las obras en que se ha empleado esta técnica son:

La torre del Instituto Mexicano del Petróleo, Centro de convenciones de Acapulco, Sala Nezahualcoyotl; Basílica de Guadalupey ampliación de las salas del aeropuerto de la Ciudad de México

Losacero

Ventajas de pesoUna de las características que más destacan los usuarios de las láminas es la decisiva reducción de tiempo en la etapa de construcción. Alfonso Fernández cuenta cómo la empresa quedirige pudo recuperar tiempo en una obra muy importante: “Hicimos un edificio en la ciudadde México, al cual se le ven 18 niveles pero tiene 10 hacia abajo. El sistema era el Top Down, en el que se escarba y se construye simultáneamente hacia arriba y hacia abajo. La naturaleza del suelo dificultó la excavación y retrasó el proyecto. Decidimos instalar el entrepisometálico en los 18 pisos superiores, sin añadir el concreto para evitar peso que comprometiera lo que se hacía en el fondo. Posteriormente, cuando los sótanos se terminaron, sólo añadimos el concreto a las losas y recuperamos el tiempo perdido.”STEEL DECK,

Conformado por planchas preformadas hechas de acero estructural con protección galvánica, las cuales después del proceso de preformado logran inercias considerables, permitiendo soportar cargas muy altas durante el proceso de construcción; cumpliendo tres funciones principalmente:

1)2)3)

Plataforma de trabajo para todas las instalaciones de la futura losa;2) Refuerzo de acero positivo; y3) Encofrado perdido del concreto.

1.3.- SOLDADURAS, REMACHES Y PERNOS.Soldadura: Es unir dos metales de idéntica o parecida composición por la acción delcalor, directamente o mediante la aportación de otro metal también de idéntica o parecidacomposición. Durante el proceso hay que proteger al material fundido contra los gasesnocivos de la atmósfera, principalmente contra el oxígeno y el nitrógeno.

PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURA.La norma EA−95 autoriza para uniones de fuerza en estructuras de edificación los siguientes procedimientos:1.−Soldeo eléctrico manual; por arco descubierto con electrodo fusible revestido.2.−Soldeo eléctrico semiautomático o automático; por arco en atmósfera gaseosa con alambre electrodofusible.3.−Soldeo eléctrico automático; por arco sumergido con alambre electrodo fusible desnudo.4.−Soldeo eléctrico por resistencia.

TIPOLOGÍA DE LAS UNIONES SOLDADAS EN ÁNGULO.1.−Uniones soldadas planas: Son aquellas en la que los diferentes cordones están contenidos en el mismo plano o las que permite abatir todas las secciones de garganta sobre un mismo plano.2.−Uniones soldadas espaciales: Aquellas en la que no es posible abatir sobre un mismo plano todas lassecciones de garganta de los distintos cordones que las componen.3.−Uniones mixtas: Aquellas uniones constituidas por soldaduras de ángulo y soldaduras a tope.

http://www.arquitecturaenacero.org/index.php?option=com_content&view=article&id=41&Itemid=31

TENSIONES A CONSIDERAR EN UNA SOLDADURA DE ÁNGULO.Tenemos el cordón de soldadura y dijimos que el plano de garganta era el que definía el bisector del triánguloisósceles.Dentro de ese plano definimos ; y= Tensión normal al plano de garganta.= Tensión tangencial normal a la arista.= Tensión tangencial paralela a la arista.Si nos referimos a los planos que componen la soldadura.n: Es la tensión normal que actúa en el plano de cada una de las caras de soldadura.tn: Tensión tangencial normal a la arista y contenida en el plano de cada una de las caras de la soldadura. ta: Tensión tangencial paralela a la arista; contenida en el plano de una de las rectas de soldadura.

Las posiciones de soldadura típicasson: plana, vertical, horizontal y sobre cabeza; y expresan parcialmente las dificultades de la soldadura enterreno

Soldadura

La soldadura es la forma máscomún de conexión del aceroestructural y consiste en unir dospiezas de acero mediante lafusión superficial de las caras aunir en presencia de calor y con o sin aporte de material agregado.Cuando se trabaja a bajas

de un partes

temperaturas y con aportematerial distinto al de lasque se están uniendo, como porejemplo el estaño, se habla de soldadura blanca, que es utilizada en el caso de la hojalatería, perono tiene aplicación en laconfección de estructuras.

Los tipos de conexiones de perfiles y planchas por soldadura son lassiguientes:

Por su parte, los tipos de soldaduras que se pueden practicar se detallan enel siguiente esquema:

A su vez, hay diferentes formas de practicar los biseles en los perfiles o planchas a soldar:

Entre los variados tipos de soldadura se pueden mencionar:Soldadura Oxiacetilénica, en que la temperatura se logra encendiendo una mezcla de gases de oxígenoy acetileno en el soplete capaz de fundir los bordes de las planchas a unir a la que se le agrega el materialde aporte proveniente de una varilla con la que se rellena el borde a soldar. El principio de la soldaduracon mezcla de oxígeno y acetileno se emplea también en el corte de planchas.Soldadura al Arco, los procesos más utilizados hoy son la soldadura por arco eléctrico en que se generaun arco voltaico entre la pieza a soldar y la varilla del electrodo que maneja el operador que producetemperaturas de hasta 3.000ºC. Los materiales que revisten el electrodo se funden con retardo, generando una protección gaseosa y neutra en torno al arco eléctrico, evitando la oxidación del materialfundido a tan alta temperatura. Este proceso puede ser manual, con electrodo revestido o automática conarco sumergido.

calidad a la soldadura.

Soldadura por Electrodo ManualRevestido (Stick Metal Arc Welding)

Soldadura por arco sumergido(Submerged Arc Welding) Para la soldadura de arco sumergido se emplea un equipo compuesto de un alambre de acero desnudo, asociado a un dispositivo inyector de fundente. Al generarse el arco eléctrico, el alambre se funde soldando las partes y el fundente es depositado sobre la soldadura, protegiéndola.

Consiste en un alambre de acero,consumible, cubierto con un revestimiento que se funde bajo la acción del arco eléctrico generado entre su extremo libre y la pieza a ser soldada. El alambre soldado constituye el metal de relleno, que llena el vacío entre las partes, soldándolas.

El proceso de arco sumergido, esun proceso industrial que al ser automático le confiere mayor

Conexiones apernadas

Otra forma frecuente de materializar uniones entre elementos de una estructura metálica es mediantepernos. Hoy, el desarrollo de la tecnología haestas uniones logran excelentes resultados.

permitido fabricar pernos de alta resistencia, por lo que

Ha sido generalmente aceptado que es mejor que las uniones soldadas se realicen en taller omaestranza, en que se puede trabajar en un ambiente controlado, en forma automatizada (soldadurade arco sumergido, por ejemplo) o con los operadores en posiciones suficientemente cómodas para garantizar un buen cordón de soldadura. Asimismo, en taller es mucho más factible el someter las soldaduras a un exigente control de calidad, que incluye la certificación mediante rayos-x o ultrasonido de las soldaduras, lo que en terreno frecuentemente es costoso y a veces imposible de realizar.

Tornillos

Los tornillos son conexiones rápidas utilizadas en estructuras de acero livianas, para fijar chapas o para perfiles conformados debajo espesor (steel framing). Las fuerzas que transfieren este tipo de conexiones son comparativamente bajas, por lo que normalmente se tienen que insertar una cantidad mayor de tornillos (hay que tener presente que los tornillos deben ser utilizados preferentemente para unir chapas delgadas). Los tornillos pueden ser autorroscantes o autoperforantes (no necesitan de perforación guía y se pueden utilizar para metales más pesados). Entre las ventajas de estas conexiones hay que destacar que son fáciles de transportar, existe una gran variedad de medidas, largos, diámetros y resistencia; y finalmente, que son fáciles deremover, factor importante para el montaje y desmontaje de los componentes de la estructura.

Diseño de Uniones

Un aspecto importante en el diseño de uniones y conexiones es la determinación, que se debe hacer en laetapa de proyecto de estructura, del tipo de conexión que se diseña: si es rígida o articulada (flexible). Se llaman conexiones rígidas aquellas que conservan el ángulo de los ejes entre las barras que se están conectando, en tanto serán articuladas o flexibles, aquellas que permitan una rotación entre los elementos conectados (aunque en la realidad no existan conexiones 100% rígidas ni 100% flexibles). Ambas se pueden ejecutar por soldadura o apernadas, pero será determinante el diseño, el uso de elementos complementarios(ángulos,holguras

barras de conexión, nervaduras de refuerzo, etc.), las posición de los elementos de conexión y lasotro.y/o los elementos que permitan la rotación relativa de un elemento respecto del

Uniones Rígidas: Reliance Control factory, Swindon (1967) Richard

Rogers

Uniones articuladas o flexibles: AeropuertoStansted

1.4.- TRANSAPORTACION Y MONTAJETRANSAPORTACION

Es el proceso que consiste en seleccionar las piezas previamente designadas por elorden marcado en el programa de transportacion, cargandoque llevarán esta carga a la obra.

con ellas los transportes

Características:

Seguimiento de una secuencia lógica para entrega de material

Conocimiento de las dimensiones y geometría de las piezas por enviar

Programación de los transportes necesarios

Conocimiento de las vias de comunicación entre la planta y la obra

Conocimiento de los horarios en que es posible entregar el material

Conocimiento de las restricciones viales para transportes de carga

Manejo cuidadoso y con dispositivos apropiados para la carga del material

MONTAJE

Es la unión o ensamble ordenado en el sitio deelementos estructurales prefabricados para formar completa.

la obra de losuna estructura

Etapas:

1 Recopilación de información y antecedentes:Datos del clienteContrato celebrado (alcances y sanciones) Localización de la obraPrograma de obra Tonelaje de la obra Datos de la supervisión Planos de montaje

MONTAJE

2 Conocimiento y evaluación de la obra:Identificación de accesos

AreasAreas

Areas

de desembarco de estructura

de almacenamiento de estructura

disponibles para zona de oficinas y

almacénTomas de corriente eléctricaDeterminación de horarios de desembarco

Eliminación de obstrucciones para maniobras de montaje

y desembarco

Orden y avance de los trabajos de cimentación

Planeación del montaje

1 Reconocimiento topográfico del lugar

Verificación del banco de nivel Verificación de distancia entre ejes Ratificación y en su caso rectificación dados de cimentación

la distribución de anclas y

2 Selección del método de montaje

Los métodos usados en el montajevarían según:

Tipo y tamaño de estructura Condiciones del lugar Disponibilidad del equipo Preferencia del montador

de estructuras de acero

Tiempo para la ejecución de la obra Dificultades de montaje

3 Selección del equipo de montaje

El equipo empleado para el montaje de una obra requiereanálisis de los siguientes puntos:

Método de montaje empleado Versatilidad, maniobrabilidad, capacidad de carga

Velocidad de operación Seguridad para la realización de maniobras de montaje Economía

Elaboración del programa de embarque

del

4

Parte medular para el proceso de construcción de cualquierestructura metálica Sentido común, la experiencia del montador y la visualización de los posibles problemas para su montaje. Elaboraciónque deben de

de una lista que involucra el orden y los tiempos enser recibidas las piezas en campo.

Montar con agilidad y seguridad, de manera que se puedagarantizar la ejecución ordenada e integral de la obra, entregandoáreas terminadas.

5 Recepción y almacenamiento de estructura

Debe de contar con un método que le permita registrar y organizarel material recibido. Debe de permitirle observar la desviación del programa original,así como la identificación de defectos en los elementos recibidos. Debe hacerse adecuadamente para evitary acceso, así como dobles maniobras. Debe hacerse con cuidado y limpieza

obstruir vias de tránsito

6 Verificación del programa de avance de obra

Este es un método de control que nos permite identificar elcumplimiento de las expectativas planteadas o su desviación, parala toma oportuna de acciones preventivas o correctivas.

SUPERVISION

Es un proceso cuya finalidad es mantenerseguridad y el correcto desarrollo de losde la obra.

el control de calidad, latrabajos para la ejecución

Características:

Debe ser

Requiere

Requiere proceso

Se debe

oportuna, ordenada, controlada y programada

especial vigilancia en la geometría de la estructuradel estricto cumplimiento de las normas que rigen cada

tener plena consciencia de la participación humana comoconstante de dicho proceso

Es de vital importancia contar con un laboratorio externo además de ladivisión interna dedicada a esta función

ConexionesEl diseño y la fabricación de las conexiones tiene por objeto

eficiente

laytransmisión de cargas, fuerzas

segura.

Soldadas

y momentos de manera

Sencillas y económicasRequieren menos trabajo en Mayor supervisión en obra Mano de obra calificada

taller

Dificultad en la inspección visualAplicación de calor durante el proceso

AtornilladasProceso en fríoRápida instalaciónMenor mano de obra especializada Facilidad en la inspección visual Reposición de piezas dañadas Requiere de precisión en la fabricación Manejo de piezas pequeñas

de las conexiones

Vigilancia y organización en almacén tanto de obra como de planta

1.5.- PROTECCION CONTRA INTERPERIE E INCENDIO.

Resistencia al fuego1. Presentación del problemaEl riesgo de incendio es una constante en todo tipo de edificaciones y depende de una gran variedad de

aspectos, entre otros, lacontenido del edificio y construcción considerado

estructura y sus materiales predominantes, la forma y la ventilación, ella carga combustible que representa. Siendo el acero un material de“no combustible” presenta, sin embargo algunas características que hacen

necesaria su protección frente a la acción del fuego. En general, toda la legislación relativa a laprotección de las estructuras frente al fuego, responde a los siguientes criterios:

Proteger la vida de los ocupantes, lo que usualmente se traduce en normativas relacionadas a laevacuación y salvamento de ellos.Proteger las construcciones y permitir el eficaz combate del incendio.Proteger las edificaciones vecinas y el espacio público.

Existen dos tipos de protección al fuego que corresponden a dos conceptos diferentes que son recogidoscon diversa profundidad en las reglamentaciones de cada país, por lo que se deberá siempre, consultar la normativa específica del lugar de emplazamiento del proyecto. Ellas son:

•Protección activa, conformada por sistemas y dispositivos de detección (de humo, temperatura, etc.) que activansistemas de alarmas y combate del fuego, como rociadores de agua, espumas, gases, etc. Su eficacia radica en que permiten la detección y combate temprano del conato de incendio.•Protección pasiva, basada en elementos de construcción que, por sus condiciones físicas, aíslan la estructura de un edificio de los efectos del fuego durante un determinado lapso de tiempo. En general, las reglamentaciones vigentes especifican un determinado tiempo de resistencia al fuego a diferentes elementos constitutivos de una edificación, tiempo que se mide en minutos (15; 30; 60; 120; 120; 150 y 180)

Protección Sólida: rodear el elemento estructural con hormigón corriente o de baja densidad, asumiendo que elhormigón no cumple función estructural sino sólo aporta resistencia al fuego. El espesor del recubrimiento de hormigón dependerá de la resistencia al fuego requerida para el elemento estructural.

Ventajas: se logra alta resistencia al fuego(dependiendo del recubrimiento); con unaadecuada faena de encofrados se puedecoordinar el avance de montaje yDesventajas: peso y volumen.

protección.

Esta solución también es posible de aplicar dejando loselementos de acero parcialmente expuestos (por ejemplo aplicando hormigón sólo en el interior de las alas, lo que reduce el uso de encofrados o moldajes.