PROBLEMAS ESPECIALES DE ESTRUCTURAS DE ACERO Y MADERA Desventajas del acero como material estructural: Costo de mantenimiento.- La mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosión al estar expuestos al agua y al aire y, por consiguiente, deben pintarse periódicamente. Costo de la protección contra el fuego.- Aunque algunos miembros estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente durante los incendios. Además se ha comprobado que por su gran capacidad de conducir calor ha provocado la propagación de incendios, elevando la temperatura de habitaciones donde no hay flamas o chispas de ignición mas por el alto calor conducido ha logrado inflamar otros materiales usuales como madera, tela y otros Susceptibilidad al pandeo. Es decir entre más esbeltos sean los miembros a compresión, mayor es el peligro de pandeo. Como se indico previamente, el acero tiene una alta resistencia por unidad de peso, pero al utilizarse como columnas no resulta m uy económico ya que debe usarse bastante material, solo para hacer más rígidas las columnas contra el posible pandeo. Sin embargo cabe la posibilidad de usar perfiles que tengan dentro sus propiedades grandes momentos de inercia abundando a mitigar esta desventaja.
ESTRUCTURAS DE ACERO
Los principales problemas que tienen las estructuras de acero son las siguientes:
Pandeo: Probablemente la causa que con mayor frecuencia ha provocado
la falta de estructuras metálicas es el pandeo de algunos de sus elementos o de la construcción en conjunto.las secciones cada vez más esbeltas que se utilizan contribuyen a este problema y se ha presentado aún más a menudo durante el proceso de construcción de las obras. La solución con relación a este tipo de falla es por consiguiente el contraventeo.
Daños en conexiones: Los defectos en las uniones entre los elementos de
una estructura o de ésta con sus apoyos han sido causa de frecuentes fallas en construcciones metálicas. Se han debido a la omisión en planos y especificaciones de los detalles necesarios .
La corrosión: Se puede presentar en seco, a temperatura normal, la
importante es la corrosión húmeda que se presenta en presencia de líquidos, normalmente agua. los aceros resistentes a la corrosión son caros, por ellos se utilizan pinturas o compuestos asfálticos para protegerlos. La corrosión se acelera por la presencia de corrientes eléctricas y por el
contacto entre metales de distinto potencial eléctrico en presencia de humedad. En todos los casos la clave contra los efectos nocivos de la corrosión, la palabra clave es el mantenimiento.
Fuego: Los edificios de acero cuyas condiciones externas e internas no
permiten que en caso de incendio se alcancen grandes temperaturas (400° C) no requerirán en general ninguna protección y pueden considerarse resistentes al fuego. Para temperaturas grandes el acero debe aislarse terminantemente con materiales resistentes al fuego.
Sismo: Los sismos son movimientos convulsivos en el interior de la tierra y
que generan una liberación repentina de energía que se propaga en forma de ondas provocando el movimiento del terreno. Pueden provocar daños en las estructuras como vigas, armaduras, columnas y fracturas de placas de cortante.
Daños en vigas de alma abierta o armaduras: Falla por pandeo y por
fuerzas cortantes muy elevadas, que ocasionan las fallas de las diagonales y montantes de la armadura.
ESTRUCTURAS DE MADERA
Los problemas especiales encontrados en estructuras de madera son los siguientes:
La madera puede ser atacada por xilófagos cuando supera el 20% de humedad. Cuando esto ocurre, la madera es reducida por estos hongos e insectos y se va deformando a medida que la estructura va bajando. Dependiendo de si el ataque es debido a hongos o a insectos el método de reparación y/o prevención será distinto.
Acción del agua: es una de las principales causas del deterioro superficial de la madera. El problema aparece cuando hay una diferencia de humedad entre el interior de la madera (duramen) y la capa superficial (albura) que tenderá a hinchar debido a los cambios rápidos del contenido de humedad
y como consecuencia aparece la combadura. No obstante hay que recordar que la humedad es un factor indispensable para el ataque de la mayoría de los hongos de pudrición, lo que afecta a la durabilidad natural de la madera.
Acción de radiación solar: la madera expuesta a la radiación solar se oscurece adquiriendo en primer lugar un color marrón que luego toma un color grisáceo, esto es debido a la acción de los rayos ultravioletas sobre la lignina (componente de la pared celular de la madera).
Cambios climáticos bruscos: estos puede ser causa de un gran deterioro en las características resistentes de los elementos constructivos en madera, ya que en ocasiones la madera no puede adaptarse adecuadamente a los cambios rápidos en el tiempo lo que puede dar lugar al origen de fendas, entre otras lesiones.
Cargas y duración: compresión, tracción, flexión y cortante o cizalla son los cuatro esfuerzos a los que podemos hacer trabajar una estructura de madera. La madera se comporta muy bien antes los esfuerzos de compresión siempre que éstos se produzcan en sentido paralelo al de las fibras. Así mismo trabaja satisfactoriamente ante los esfuerzos de tracción por tener una estructura de fibras organizada en fajos. En cambio cuando los esfuerzos son de flexión se crea una zona comprimida y otra traccionada, entonces la resistencia va a ser máxima cuando la fuerza es perpendicular al eje y mínima cuando esta fuerza es paralela. De todos modos la madera se comporta muy bien cuando sobrepasa el límite elástico por flexión. Cuando el esfuerzo cortante aparece en dirección paralela al eje se produce el deslizamiento (cizalla). Lo ideal es que la madera trabaje a compresión y/o flexión. Según la duración de la carga y de la clase de servicio, se establece un coeficiente de reducción de la tensión admisible de la madera.
Contaminantes atmosféricos: las deposiciones ácidas que producen estos contaminantes pueden ocasionar deterioros de muy distinto grado en la madera como la degradación superficial de ésta.
Fuego: junto con la acción del agua se considera uno de los principales agentes agresores de la madera, pudiendo producir el fallo total estructural. Pero a pesar de que la madera es un material combustible, tiene muy baja conductividad térmica.
Los fallos característicos o problemas en los entramados de madera se clasifican en tres tipos: Como introducción, se establecen las lesiones más frecuentes producidas por diversas causas, que posteriormente se desarrollará desde el punto de vista de cada pieza estructural. Las lesiones que podemos encontrar en una estructura de madera pueden tener principalmente tres orígenes:
Problemas de origen biótico, relacionadas con los organismos xilófagos, y que pueden producir alteraciones en las propiedades de la madera, cambios de color y, más importante, pérdidas de masa y, en consecuencia, de resistencia.
Problemas de origen abiótico, consecuencia de la exposición a la intemperie, produciéndose decoloraciones, fendas, posible merma de las facultades mecánicas y envejecimiento de la madera; o consecuencia del fuego, cuyo resultado será la carbonización de la madera y pérdida de resistencia.
Problemas de origen estructural, relacionadas con un dimensionado defectuoso o simplemente por el paso del tiempo, produciéndose deformaciones y desgastes por rozamiento, y pérdidas de resistencia.
La localización de estos problemas requiere una inspección que puede ser en obra, en laboratorio o en oficina técnica. Estos fallos o lesiones pueden ser en cierta medida evitados con una adecuada prevención actuando sobre la fase de diseño, la fase de ejecución y conservación y mantenimiento. En ocasiones cuando estas ténicas no se llevan a cabo es necesaria la reparación del entramado de madera acogiéndose a cinco tipo de actuaciones dependiendo del tipo
de
fallo
o
lesión:
estabilización,
liberalización
consolidación/solidarización, protección paliativa y sustitución.
de
acciones,
ESTABILIDAD DE ESTRUCTURAS DE ACERO Y MADERA
Existen varias formas en las cuales una estructura o elemento estructural puede volverse inestable dependiendo de la geometría estructural y de las caracteristicas de las cargas. La geometría estructural comprenden: la geonetría espacial, los materiales y sus propiedades, tipo de conexiones y el tipo de soportes. Las caracteristicas de las cargas son: la distribucion espacial de las cargas, el comportamiento de las cargas (si son afectadas por la deformacion de la estructura) y/o el sistema de fuerzas es conservativo. En la mayoia de las estructuras o elementos estructurales, la perdida de estabilidad está asociada con la tendencia de la configuracion de pasar de un patrón de deformación a otro, por ejemplo una columna larga y esbelta cargada axialmente, en una condición crítica, pasa de la configuración vertical (compresión pura) al estado combinado de compresión y flexión. Esta caracteristica ha sido reconocida por muchos años y ha sido usada para resolver problemas de estabilidad de estructuras elásticas. Este método permite reducir el problema a un problema de valor eigen (valor propio), muchos nombres se han dado a este enfoque como el método clásico o el método de bifurcación.
CONEXIONES EN ESTRUCTURAS DE ACERO Y MADERA
CONEXIONES EN ESTRUCTURAS DE ACERO
Hay diferentes tipos de conexiones entre elementos en estructura metálica que deben cumplir algunos requerimientos básicos entre ellos: o
Que garanticen una unión eficiente durante el izaje.
o
Que permitan ajustarse.
o
Que puedan ejecutarse de una manera simple sin permitir bamboleos.
Las conexiones son muy importantes en el sentido de que del tratamiento que se les dé durante su fabricación e izaje de la estructura, depende en parte la economía del sistema. Existen diferentes tipos de conexión entre los elementos de composición del sistema:
Conexión columna - columna
La limitación en las longitudes de los perfiles, el transporte, el almacenamiento y el montaje hacen que sea indispensable conectar y empalmar las columnas ó pilares del edificio metálico, consiguiendo con ello la continuidad del elemento a compresión ó formando una articulación. Para el caso de columnas con trabajo a compresión, se recomiendan básicamente tres sistemas de empalme: placa de tapa, tapajuntas, soldadura al tope.
Placa de tapa: En este caso, sean ó no de igual tamaño los perfiles a conectar, las tapas se unen mediante soldadura en el taller a cada uno de los elementos y posteriormente en obra si los perfiles son de igual dimensión se colocan tornillos de fijación, en caso de que no sean del mismo tamaño se colocan rigidizadores prolongando las alas del perfil de sección menor como un elemento de transición.
Tapajuntas: En este caso se usan láminas planas por las alas exteriores ó por el alma de los perfiles, las cuales se pueden unir por medio de soldadura ó atornillando la lámina tapajuntas a los perfiles. Cuando los perfiles no sean de la misma dimensión deberá colocarse una calza que irá soldada al perfil de menor dimensión para ser atornillado posteriormente al tapajuntas que ligará los dos perfiles principales.
Soldadura al tope: Este tipo de conexión se usa cuando los perfiles son de igual dimensión y en este caso se utilizará una soldadura de cordón corrido en todo el perímetro de los perfiles que se van a empalmar.
Por razones de tipo constructivo los empalmes deberán quedar por encima de las losas, siendo el lugar ideal el tercio medio entre las placas de la estructura y nunca deberá ubicarse en la longitud de desarrollo de la placa.
Conexión columna - viga
En las conexiones columna-viga encontramos diferentes formas de conectar:
Conexión soldada: Consiste en conectar la viga a la columna por medio de un cordón de soldadura en el alma y los patines, reforzando con rigidizadores colocados en la columna.
Conexión simple: Consiste en una pletina en forma de ángulo que hace la función de camisa, soldada a la columna, sobre la cual se atornilla la viga. En este caso la conexión es excéntrica.
Conexión doble: Consiste en una doble pletina en forma de ángulo que hace la función de camisa, atornillada a la columna, sobre la cual se atornilla la viga.
Conexión tipo culata: Consiste en una pletina plana soldada en forma de culata en el extremo de la viga y ésta a su vez soldada a la columna, reforzada con rigidizadores para dar continuidad.
Conexión compuesta: Consiste en una conexión doble complementada con una repisa en ángulo, atornillada, sobre la cual se apoya la viga que se atornilla también a las piezas anteriores.
Conexión ménsula: La conexión columna -viga mediante una ménsula es un procedimiento utilizable en edificaciones de una planta, generalmente de uso industrial. Esta utilización específica es debida a que este tipo de uniones no puede resistir empujes horizontales.
Conexión viga-viga
En las conexiones viga-viga, con continuidad, se pueden usar básicamente los mismos sistemas usados para el empalme de columnas, así:
Tapajuntas: En este caso se usan láminas planas por las alas exteriores ó por el alma de los perfiles, las cuales se pueden unir por medio de soldadura ó atornillando la lámina tapajuntas a los perfiles.
Placa de tapa: En este caso, sean ó no de igual tamaño los perfiles a conectar, las tapas se unen mediante soldadura en el taller a cada uno de los elementos y posteriormente en obra si los perfiles son de igual dimensión se colocan tornillos de fijación, en caso de que no sean del mismo tamaño se colocan rigidizadores prolongando las alas del perfil de sección menor como un elemento de transición.
Soldadura al tope: Este tipo de conexión se usa cuando los perfiles son de igual dimensión y en este caso se utilizará una soldadura de cordón corrido en todo el perímetro de los perfiles que se van a empalmar.
En las conexiones viga-viga, sin continuidad, solo las fuerzas de cortante de la viga secundaria deben trasmitirse a la viga primaria.
Conexión sencilla: Consiste en una pletina vertical soldada a la viga principal y la secundaria atornillada a la pletina.
Conexión doble: Consiste en dos pletinas verticales atornilladas a la viga principal en las cuales va atornillada el alma de la viga secundaria.
Conexión culata soldada: Consiste en una pletina plana soldada sobre la viga principal sobre la cual va soldada la viga secundaria.
Conexión membrana soldada: Consiste en soldar la membrana de la viga secundaria al alma de la viga principal; caso en el cual la soldadura debe hacerse alrededor de toda la zona de tensión.
Conexión superpuesta. (Solo para cortante). Las vigas secundarias se apoyan directamente sobre la viga principal y se conectan allí. En este
caso se deben colocar rigidizadores soldados en las almas de los perfiles en los puntos de apoyo.
Viga profunda - viga
Conexión viga secundaria de menor sección que viga principal: En este caso se usa una conexión básica de pletina doble donde el alma de la viga secundaria va atornillada a la de la viga principal.
Conexión paredes de sección igual: En este caso se usa una conexión de pletina sencilla y la viga secundaria se cajea en los dos patines superior ó inferior, dependiendo de su colocación.
Viga - viga, para cortante y momento flector
Conexión viga secundaria continua sobre viga principal: En este caso solo se deben usar pernos para ligar una pletina sobrepuesta sobre la viga secundaria y colocar rigidizadores soldados en el plano vertical de las almas de las vigas. También puede usarse un cordón de soldadura en toda la extensión de la pletina sobrepuesta.
Vigas de igual sección, enrasadas al mismo nivel: Deben cajearse los dos patines superior e inferior y reforzarse con pletinas atornilladas en los dos costados cajeados.
Conexión soldada para vigas de diferente sección: Se ejecutan soldando todas las paredes en contacto, colocando rigidizadores entre la viga de menor sección y la principal.
CONEXIONES EN ESTRUCTURAS DE MADERA
Bibliografía -Martínez Lasheras, R. (1984): PATOLOGÍA DE LAS ESTRUCTURAS METÁLICAS Y MIXTAS. CURSO DE REHABILITACIÓN. TOMO 5. LA ESTRUCTURA. Colegio Oficial de Arquitectos de Madrid, Madrid, 1985. https://www.monografias.com/docs/causas-principales-de-falla-en-estructuras-de-FKWQE4JBZ https://es.wikibooks.org/wiki/Patolog%C3%ADa_de_la_edificaci%C3%B3n/Entramados_de_mader a/Entramados/Problem%C3%A1tica https://es.slideshare.net/dolfaso/estabilidad-estructural-cperez2015 http://www.bdigital.unal.edu.co/3609/1/8220216.2004.pdf
