UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÒNOMA DE MÈXICO FACULTAD DE ARQUITECTURA
Taller: Antonio Garcia Gayou Hernandez Brito Luis Francisco Construccion 6 Exposicion 1
Estructuración de edificios en marcos de acero
INDICE: 1.-ESTRUCTURACION DE MARCOS DE ACERO. 1.1 - APLICACIÓN ESTRUCTURALDE PERFILES YCONEXIONES METALICAS. 1.2 -USO DELCONCRETO EN ESTRUCTURAS METALICAS. 1.3 - SOLDADURAS REMACHES YPERNOS. 1.4.- TRANSPORTACION YMONTAJE. 1.5.- PROTECCION CONTRAIMPACTO EINCENDIO.
ESTRUCTURACION DE MARCOS DE ACERO. El empleo de este sistema se debió al desarrollo de nuevos materiales y sistemas deconstrucción (concreto armado,acerosoldado) y a nuevos métodos de análisis y dimensionamiento. El sistema convencional Losa,Trabe,Columna (Marco Rígido) ha sufrido variaciones, ejemplo: el desarrollo de la losa plana que al no contener vigas o trabes redunda en una mayor economía en cimbra, acabados, peralte, alturas de entrepisos lográndose de esta manera adicionar un entrepiso por cada 10 construidos. Losmarcosformanpartedelaestructura,yasealaqueestacompuestaporcolumnasytrabesolaqueestacom puestapormurosylosas.Esporesoquelosmarcosnosayudanaentenderelfuncionamientológicodelascarg asycomoestasactúandeacuerdofactoresexternoscomosonvientos,sismos,nieve,etc.
PERFILES PARA MARCOS RÍGIDOS Los marcos forman parte de la estructura, y ase a la que esta compuesta por columnas y trabes o la que esta compuesta por muros y losas. Es por eso que los marcos nos ayudan a entender el funcionamiento lógico de las cargas y como estas actúan de acuerdo factores externos como son vientos, sismos, nieve, etc.
Los sistemas de marcos estructurales transfieren cargas al suelo através de sus elementos horizontales (comotrabesylosas) y elementos verticales (como columnas y muros decarga) que son resistentes a la flexión y al pandeo como resultado de sus momentos de reacción internos.
MARCO ORTOGONALES
a) DE SOPORTE LATERAL Muros y Tirantes cruzados
b)DE SOPORTE VERTICAL Columnas y muros
c)DE ESPACIAMIENTO HORIZONTAL Pisos, Losas, Armaduras, vigas.
FUNCIONAMIENTO DE LOS MARCOS RÍGIDOS
Los marcos formados por columnas y trabes están unidos, formando uniones rígidas capaces 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 universal Flexibilidad en el aprovechamiento del espacio interior. Rápida construcción. Diseño flexible incomparable Menor Costo Variedad de columnas Mínima pendiente de la cubierta
CARACTERISTICAS DE LOS MARCOS RÍGIDOS
Los Marcos Rígidos pueden ser diseñados con una cumbrera centrada, excéntrica o de una sola pendiente. La pendiente de techo puede ser tan baja como 2%. Los Marcos Rígidos también pueden ser usados con otros sistemas estructurales, incluyendo estructura de acero tradicional y madera. Esta sólida red estructural de acero laminado en caliente, según norma ASTM. Opción de columnas rectas, semirrectas (tipo supermercado), o de sección variable Claros de hasta 90m. O más con alturas de hombro de hasta 24m. 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. Puede darse cualquier distribución en Columna semirrecta (tiposu permercado) Columna de sección variable Columna recta.
APLICACIONES DE PERFILES Y CONEXIONES METALICAS. Definición Por múltiples ventajas y rapidez de construcción, durabilidad y bajo costo, el acero es cada día más utilizado en edificaciones de diversos estilos, como también en la construcción de complejas estructuras, como elemento decorativo o bien cumpliendo ambas funciones.
Esta familia de perfiles está constituida por Rectangulares, Cuadrados y Tubos Redondos.
Para la fabricación de estos perfiles, debido a la función estructural que van a cumplir, se utiliza acero estructural soldable, el cual garantiza cifras mecánicas para la resistencia a la tracción,l ímite de fluencia, y alargamiento, a demás de valores de composición química máximos, lo cual da como resultado una excelente soldabilidad y doblabilidad en caso de ser necesarios.
PERFILES ABIERTOS
Los perfiles abiertos estructurales "costanera", "canal“ y“ ángulo“ son fabricados con acero laminado 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 un proyecto estructural eficiente en cuanto a su peso y seguro en lo que se refiere a su soldabilidad y esfuerzos mecánicos.
Perfiles Costaneras Ángulos
Perfiles Canales
Doble contacto
Estos perfiles son fabricados con acero laminado en frío, soldados, de acuerdo a norma CINTAC, comercializados en largos estándar de 6 metros y sin recubrimiento
Marcos y Tapas Estos perfiles son fabricados con acero laminado en frío, conformados en frío; de acuerdo a norma CINTAC. Son comercializados en largo estándar de 6 metros, sin recubrimiento.
CONCLUSIONES Los marcos rígidos de acero son una excelente opción para estructurar una edificación que requiera de espacios 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 muchas tipologías arquitectónicas. Otro punto importante es que los marcos rígidos de acero pueden ser utilizados para expresar arquitectónicamente 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 por ende, 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.
USO DEL CONCRETO EN ESTRUCTURAS METALICAS
Acero de refuerzo el uso del acero de refuerzo ordinario es común en elementos de concreto pres forzado. Este acero es muy útil para Aumentar ductilidad Aumentar resistencia Resistir esfuerzos de tensión y compresión Resistir cortante Resistir torsión Restringir agrietamiento Reducir deformaciones a largo plazo El acero de refuerzo suplementario Confinar el concreto
convencional (varillas de acero) se usa comúnmente en la región de altos esfuerzos locales de compresión en los anclajes de vigas postensadas. Tanto para miembros postensados como pretensados es usual proveerlos de varillas de acero longitudinal para controlar las grietas de contracción y temperatura . Finalmente, a menudo es conveniente incrementar la resistencia a la flexión de vigas presforzadas empleando varillas de refuerzo longitudinal es suplementaria Referencia Las varillas se pueden conseguir en diámetros nominales que van desde 3/8 pulg. Hasta 13/8 pulg., con incrementos de 1/8 de pulg. Y también en dos
LOSACERO
El sistema combina las propiedades de la lamina de acero galvanizada con las del concreto. El conjunto actúa como una viga que 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. Al igual 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 Guadalupe y ampliación de las salas del aeropuerto de la Ciudad de México
Ventajas de peso
Una 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 que dirige pudo recuperar tiempo en una obra muy importante: “Hicimos un edificio en la ciudad de 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 entrepiso metálico 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.”
STEELDECK, 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)Plata forma de trabajo para todas las instalaciones de la futura losa; 2) Refuerzo de acero positivo; y 3) Encofrado perdido del concreto.
SOLDADURAS, REMACHES Y PERNOS Soldadura: Es unir dos metales de idéntica o parecida composición por la acción del calor, directamente o mediante la aportación de otro metal también de idéntica o parecida composición. Durante el proceso hay que proteger al material fundido contra los gases nocivos 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 electrodo fusible. 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 las secciones de garganta de los distintos cordones que las componen. 3.−Uniones mixtas: Aquellas uniones constituidas por soldaduras de ángulo y soldaduras a tope.
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 triángulo isósceles. 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 típicas son: plana, vertical, horizontal y sobre cabeza; y expresan parcialmente las dificultades de la soldadura en terreno Soldadura Las oldadura 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 aunir 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.
Los tipos de conexiones de perfiles y planchas por soldadura son las siguientes:
Por su parte, los tipos de soldaduras que se pueden practicar se detallan en el 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 oxígeno y acetileno en el soplete capaz de fundir los bordes de las planchas a unir a la que se le agrega el material de aporte proveniente de una varilla con la que se rellena el borde a soldar. El principio de la soldadura con 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 genera un arco voltaico entre la pieza a soldar y la varilla del electrodo que maneja el operador que produce temperaturas 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 material fundido a tan alta temperatura. Este proceso puede ser manual, con electrodo revestido o automática con arco sumergido.
Soldadura por Electrodo Manual Revestido (StickMetal ArcWelding) 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.
Soldadura por arco sumergido (SubmergedArcWelding) 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.El proceso de arco sumergido, es un proceso industrial que al ser automático le confiere mayor
Conexiones apernadas Otra forma frecuente de materializar uniones entre elementos de una estructura metálica es mediante pernos. Hoy, el desarrollo de la tecnología ha permitido fabricar pernos de alta resistencia, por lo que estas uniones logran excelentes resultados.
Ha sido generalmente aceptado que es mejor que lasu niones soldadas se realicen en taller o maestranza, en que se puede trabajar en un ambiente controlado, en forma automatizada (soldadura de arco sumergido, por ejemplo) o con los operadores en posiciones suficientemente cómodas para garantizar un buen cordón desoldadura. Asi mismo, en taller es mucho más factible el someter las soldaduras a un exigente control de calidad, que incluye la certificación mediante rayos- x o ultra sonido 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 de bajo espesor (steelframing). 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 de remover, 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 la etapa 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, barras de conexión, nervaduras de refuerzo, etc.), las posición de los elementos de conexión y las holguras y/o los elementos que permitan la rotación relativa de un elemento respecto del otro.
UnionesRígidas: Reliance Control factory, Swindon(1967) Aeropuerto Stansted Richard Rogers
Uniones articuladas o flexibles:
TRANSAPORTACION Y MONTAJE
TRANSAPORTACION Es el proceso que consiste en seleccionar las piezas previamente designadas por el orden marcado en el programa de transportación, cargando con ellas los transportes que llevarán esta carga a la obra. 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 vías 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 de la obra de los elementos estructurales prefabricados para formar una estructura completa. Etapas: 1 .- Recopilación de información y antecedentes:
Datos del cliente Contrato celebrado(alcances y sanciones) Localización de la obra Programa de obra Tonelaje de la obra Datos de la supervisión Planos de montaje
MONTAJE 2 .- Conocimiento y evaluación de la obra:
Identificación de accesos Areas de desembarco de estructura Areas de almacenamiento de estructura Areas disponibles para zona de oficinas y almacén Tomas de corriente eléctrica Determinación 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 la distribución de anclas y dados de cimentación
2 .-Selección del método de montaje
Los métodos usados en el montaje de estructuras de acero varían según:
Tipo y tamaño de estructura
Condiciones del lugar
Disponibilidad del equipo
Preferencia del montador
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 requiere del análisis 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 4 .- Elaboración del programa de embarque
Parte medular para el proceso de construcción de cualquier estructura metálica
Sentido común, la experiencia del montador y la visualización de los posibles problemas para su montaje.
Elaboración de una lista que involucra el orden y los tiempos en que deben de ser recibidas las piezas en campo.
Montar con agilidad y seguridad, de manera que se pueda garantizar la ejecución ordenada e integral de la obra, entregando áreas terminadas.
5 .- Recepción y almacenamiento de estructura
Debe de contar con un método que le permita registrar y organizar el 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 evitar obstruir vias de tránsito y acceso, así como dobles maniobras.
Debe hacerse con cuidado y limpieza 6 .-Verificación del programa de avance de obra
Este es un método de control que nos permite identificar el cumplimiento de las expectativas planteadas o su desviación, para la toma oportuna de acciones preventivas o correctivas.
SUPERVISION
Es un proceso cuya finalidad es mantener el control de calidad, la seguridad y el correcto desarrollo de los trabajos para la ejecución de la obra. Características: Debe ser oportuna, ordenada, controlada y programada Requiere especial vigilancia en la geometría de la estructura Requiere del estricto cumplimiento de las normas que rigen cada proceso Se debe tener plena consciencia de la participación humana como constante de dicho proceso Es de vital importancia contar con un laboratorio externo además de la división interna dedicada a esta función
Conexiones
El diseño y la fabricación de las conexiones tiene por objeto la transmisión de cargas, fuerzas y momentos de manera eficiente y segura.
Soldadas
Sencillas y económicas
Requieren menos trabajo en taller
Mayor supervisión en obra
Mano de obra calificada
Dificultad en la inspección visual
Aplicación de calor durante el proceso
Atornilladas
Proceso en frío
Rápida instalación
Menor mano de obra especializada
Facilidad en la inspección visual
Reposición de piezas dañadas
Requiere de precisión en la fabricación de las conexiones
Manejo de piezas pequeñas
Vigilancia y organización en almacén tanto de obra como de planta
PROTECCION CONTRA INTERPERIE E INCENDIO.
Resistencia al fuego
1. Presentación del problema
El riesgo de incendio es una constante en todo tipo de edificacion es y depende de una gran variedad de aspectos, entre otros, la estructura y sus materiales predominantes, la forma y la ventilación, el contenido del edificio y la carga combustible que representa. Siendo el acero un material de construcción considerado “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 la protección 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 la evacuación 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 recogidos con 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 ,con formada por sistemas y dispositivos de detección (de humo, temperatura, etc.) que activan sistemas 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;3 0; 60; 120; 120; 150 y 180)
Protección Sólida: Rodear el elemento estructural con hormigón corriente o de baja densidad, asumiendo que el hormigón no cumple función estructural si no 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 una adecuada faena de en cofrados se puede coordinar el avance de montaje y protección. Desventajas: peso y volumen.
Esta solución también es posible de aplicar dejando los elementos de acero parcialmente expuestos (por ejemplo aplicando hormigón sólo en el interior de las alas, lo que reduce el uso de encofrados o moldajes.
