Construcción de estructuras metálicas, 4ta Ed. - Pascual Urbán Brotons-FREELIBROS.ORG.pdf

CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS

Pascual Urbán Brotóns Profesor de Construcción de Estructuras de la Escuela Politécnica Superior de la Universidad de Alicante. (Arquitectura Técnica).

Construcción de Estructuras Metálicas © Pascual Urbán Brotons ISBN: 978–84–8454–997–0 e-book v.1.0

ISBN edición en Papel: 978–84–8454–917–8 Edita: Editorial Club Universitario. Telf.: 96 567 61 33 C/. Cottolengo, 25 – San Vicente (Alicante) www.ecu.fm Maqueta y diseño: Gamma. Telf.: 965 67 19 87 C/. Cottolengo, 25 – San Vicente (Alicante) www.gamma.fm [email protected]

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ÍNDICE INTRODUCCIÓN ......................................................................................... 7 TEMA 1.GENERALIDADES SOBRE LA CONSTRUCCIÓN EN ACERO. ............ 9 Introducción. .............................................................................................. 9 Normativa y disposiciones sobre la construcción metálica. ...................... 9 Características de los materiales. ............................................................. 10 Tipos de acero.......................................................................................... 16 Productos laminados................................................................................ 16 Perfiles y chapas de sección llena laminados en caliente. ..................... 17 Perfiles huecos laminados en caliente. ................................................... 17 Medios de unión....................................................................................... 18 Durabilidad de las estructuras de acero. ................................................. 18 Perfiles utilizados en estructuras metálicas.............................................. 23 Sistemas de protección del acero. ............................................................ 27 Ventajas e inconvenientes de la estructura metálica................................ 30 Soldadura ................................................................................................. 31 Uniones soldadas...................................................................................... 33 Clasificación de las soldaduras. ............................................................... 45 Sistemas de inspección en la construcción soldada: ................................ 50 Detalles constructivos: soldadura a tracción y a cortante. ....................... 53 TEMA 2.TIPOLOGIA ESTRUCTURAL EN ACERO.............................................. 57 Esquemas estructurales. ........................................................................... 57 Enlace viga-soporte. Forma de trabajo. ................................................... 59 Estructuras totalmente isostáticas (nudos articulados)............................. 61 Formas de reducir el momento al mínimo en estos nudos....................... 68 Estructuras con vigas continuas. .............................................................. 72 Estructuras de pórticos con nudos rígidos................................................ 77 Estructuras especiales. ................................................................................. 90 Estabilidad horizontal. Arriostramientos. ................................................ 91 Juntas de dilatación en estructuras metálicas......................................... 108 Prescripciones para estructuras metálicas frente al sismo. .................... 115 TEMA 3.BASES DE SOPORTES............................................................................ 117 Introducción. .......................................................................................... 117 Forma de trabajo de las bases ................................................................ 118 3

Descripción de los elementos de una base ............................................. 118 Disposiciones y recomendaciones generales de las bases. .................... 129 Tipología de bases de soportes............................................................... 135 TEMA 4.SOPORTES. SUS CLASES. ..................................................................... 145 Introducción. .......................................................................................... 145 Soportes, sus clases. ............................................................................... 145 Soportes simples de un solo perfil. ........................................................ 145 Soportes simples de varios perfiles........................................................ 148 Soportes simples acoplando perfiles y chapas. ...................................... 150 Soportes armados (de chapas yuxtapuestas). ......................................... 151 Soportes compuestos.............................................................................. 152 Refuerzo de soportes.............................................................................. 159 Soportes metálicos rellenos de hormigón..................................................... 161 Soportes mixtos. ....................................................................................... 161 Cambios de perfil. .................................................................................. 162 Detalles constructivos. ........................................................................... 168 TEMA 5.VIGAS. SUS TIPOS. ................................................................................. 171 Jácenas o vigas ....................................................................................... 171 Clasificación de las vigas....................................................................... 171 Vigas simples. ........................................................................................ 172 Vigas múltiples. ..................................................................................... 173 Vigas reforzadas (perfiles con refuerzos). ............................................. 178 Vigas o jácenas armadas. ....................................................................... 181 Vigas o jácenas aligeradas. .................................................................... 186 Disposiciones constructivas. .................................................................. 191 Brochales................................................................................................ 193 Vigas continuas. ..................................................................................... 200 Cambios de perfil. .................................................................................. 203 Empalme de vigas. ................................................................................. 203 Uniones de vigas y pilares.- detalles constructivos. ....................................... 207 TEMA 6.VIGAS DE CELOSÍA. .............................................................................. 217 Introducción. .......................................................................................... 217 Tipos de vigas de celosía. ...................................................................... 218 Principios constructivos y de cálculo de las celosías indeformables. .... 221 Elementos componentes de las vigas de celosía. ................................... 223 4

Organización de nudos y barras. ............................................................ 224 Disposiciones constructivas de nudos.................................................... 230 Nudos de apoyo...................................................................................... 231 Detalles constructivos. ........................................................................... 233 Vigas de celosía tubulares...................................................................... 243 TEMA 7.APOYOS Y APARATOS DE APOYO..................................................... 261 Introducción ........................................................................................... 261 Apoyo de vigas. ..................................................................................... 261 Aparatos de apoyo.................................................................................. 264 Apoyos o uniones entre si, de elementos metálicos en dilatación................ 269 Apoyos en dilatación controlada en zona sísmica. ................................ 280 Apoyo en dilatación de una viga metálica inclinada en el lateral de un pilar. ....................................................................................................... 282 TEMA 8.ESTRUCTURA METÁLICA EN NAVES INDUSTRIALES. ................ 283 Introducción. .......................................................................................... 283 Elementos de una cubierta. .................................................................... 283 Disposiciones que puede adoptar la estructura de cubierta.................... 287 Correas. .................................................................................................. 295 Arriostramientos..................................................................................... 299 Entramado de naves industriales............................................................ 304 Naves industriales dotadas de puente grúa. ........................................... 322 Naves con estructura de pórticos. .......................................................... 324 Cubiertas de estructura en forma de arcos. ............................................ 331 Marquesinas. .......................................................................................... 332 Cubiertas de estructura espacial............................................................. 333 Estructuras de altillos o entreplantas...................................................... 336 TEMA 9.ESTRUCTURA METÁLICA EN EDIFICIOS DE VIVIENDAS. ........... 337 Introducción. .......................................................................................... 337 Entramados horizontales. ....................................................................... 337 Viguetas. Disposición. ........................................................................... 337 Apoyos de viguetas metálicas en muros. ............................................... 338 Apoyo de jácenas metálicas sobre muros de fábrica de ladrillo. ........... 339 Apoyo de vigas o jácenas y viguetas metálicas sobre hormigón. .......... 341 Apoyo de viguetas metálicas en jácenas o vigas.................................... 343 5

Forjados de viguetas metálicas enrasados con la parte inferior de las jácenas.................................................................................................... 362 Sección de un forjado con viguetas metálicas............................................ 363 Apoyos de viguetas de hormigón en jácenas o vigas metálicas............. 364 Uniones de jácenas metálicas con forjados empotrados de viguetas de hormigón. ............................................................................................... 368 Forjados de viguetas de hormigón apoyados en jácenas metálicas en zona sísmica. .......................................................................................... 373 Forjados de viguetas metálicas apoyados en jácenas metálicas en zona sísmica. .......................................................................................... 377 Enlace de soportes metálicos con forjados de hormigón armado. ......... 378 Disposiciones de una estructura metálica en edificios para viviendas... 384 Voladizos. Disposición y ejecución. ...................................................... 387 Escaleras. Disposiciones. ....................................................................... 395 Peldaños. ................................................................................................ 400 Uniones de jácenas metálicas y pilares de hormigón armado................ 404 Estructuras mixtas. ................................................................................. 416 Estructuras colgadas con uniones soldadas............................................ 441 Estructuras con elementos colgados sin utilizar soldadura.................... 443 Otras uniones. ........................................................................................ 459 BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................... 473

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INTRODUCCIÓN

El objetivo que se pretende alcanzar con esta publicación es la exposición, de forma sencilla y detallada, de un conjunto de criterios sobre el funcionamiento de las estructuras de acero, enfocado estrictamente hacia su construcción, sin entrar en el estudio de los cálculos. El libro se ha adaptado, en los apartados que ha sido posible, a la Instrucción EA-95, a la Instrucción EAE, al Eurocódigo 3, a la Instrucción EHE y a la Norma Sismorresistente NCSE-O2, y se ha concebido pensando en los estudiantes de Arquitectura Técnica, sin olvidar la posible utilidad para otros estudios relacionados con la Construcción de Edificios. Para resolver con acierto la estabilidad estructural de un edificio, es imprescindible entender el funcionamiento de su estructura, conocer la disposición estructural, las solicitaciones que le llegan y el material utilizado, con el fin de elegir los detalles y disposiciones constructivas más adecuados, así como resolver los puntos singulares de la misma. El acero es el material estructural por excelencia para grandes alturas, puesto que resuelve con éxito los planteamientos estructurales de: soportar el peso con pilares de dimensiones reducidas, resistir el empuje ante el vuelco y evitar movimientos debidos a la acción del viento, auxiliado en ocasiones por algún núcleo de hormigón armado. En el contenido del libro se incluyen gran número de perspectivas y detalles constructivos que, unidos al texto escrito, ayudan a comprender el funcionamiento de la estructura y con ello tener la oportunidad de elegir las opciones idóneas para resolver cada encuentro, de acuerdo a las exigencias estructurales. Se analiza la estructura completa del edificio, tanto si se trata de un edificio industrial como si es para uso administrativo o de viviendas. Se estudia el encuentro del edificio con la cimentación, las placas de anclaje, pilares, jácenas, forjados, vigas de celosía, cubiertas con estructura metálica, analizando y detallando las uniones y arriostramientos, completando su contenido con un amplio apartado sobre estructuras mixtas. Para completar el programa de contenidos del mismo se han utilizado algunas ideas, dibujos y conceptos, similares a los existentes en libros de reconocida prestigio y solvencia relacionados en la Bibliografía y especialmente de las Instrucciones EAE y EA-95, de Estructuras de Acero, de Ramón Arguelles y otros, de Biblioteca de Detalles Constructivos de CYPE y Los pilares: criterios para su proyecto, cálculo y reparación, de Florentino Regalado. A todos ellos quiero expresar mi 7

Introducción

especial agradecimiento, ya que sin la valiosa ayuda proporcionada por sus excelentes textos, no hubiese sido posible completar el presente libro. Mi sincero agradecimiento a los alumnos de la Escuela de Arquitectura Técnica de Alicante que han colaborado en la informatización de los dibujos. No puedo dejar de agradecer a mi familia por el tiempo que les he robado, dedicándolo a escribir estas páginas. Finalizo con la esperanza de que este libro pueda serle útil, además de a los estudiantes de Arquitectura Técnica, a los Profesionales, Técnicos y estudiosos, interesados en el atractivo campo del conocimiento técnico. Es mi modesta aportación a su progreso. Gracias a todos. Alicante, febrero de 2006. Pascual Urbán Brotóns

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TEMA 1.GENERALIDADES SOBRE LA CONSTRUCCIÓN EN ACERO.

INTRODUCCIÓN. Las estructuras metálicas, al igual que los prefabricados de hormigón, presentan un buen porvenir, ya que a medida que aumenta el nivel de vida de un país, van siendo más económicas las técnicas que requieren menor cantidad de mano de obra. Las construciónes ejecutadas con estructuras metálicas permiten luces mayores, especialmente interesante para locales comerciales, industrias, donde se requieran edificios sin pilares intermedios, así como para edificios de grandes alturas, sin pilares excesivamente gruesos, evitando ocupar espacios importantes. El mercado de estructuras está muy diversificado, siendo muy importantes los capítulos de edificación en altura, naves industriales y cubiertas, estructuras para los grandes bienes de equipo (centrales térmicas y nucleares, soportes de hornos y de silos), etc.

NORMATIVA Y DISPOSICIONES SOBRE LA CONSTRUCCIÓN METÁLICA. Norma Básica de la Edificación NBE EA-95 “Estructuras de acero en edificación” (Aprobada por Real Decreto 1929/1995). Norma Española Experimental. Eurocódigo 3: Proyecto de estructuras de acero. Instrucción de Acero Estructural EAE (en trámite de aprobación definitiva), que posiblemente elimine la normativa anterior. Esta instrucción es aplicable a las estructuras y elementos de acero estructural de edificios y obras de ingeniería civil. Expresamente se excluyen del campo de aplicación de esta instrucción: 1.- Las estructuras realizadas con aceros especiales tales como los aceros de alto límite elástico, superior a 46º N/mm2., salvo en elementos de unión (tornillos, bulones, etc.) y los aceros provenientes de aleaciones especiales como el acero inoxidable.

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Generalidades sobre la construcción en acero

2.- Los elementos estructurales mixtos de acero estructural y hormigón y, en general, las estructuras mixtas de acero y otro material de distinta naturaleza con función resistente. 3.- Los elementos estructurales de hormigón que formen parte de una estructura metálica de acero, como por ejemplo: forjados, núcleos y muros. Dichos elementos deberán ser dimensionados y comprobados de acuerdo con lo que prescribe la Instrucción de Hormigón Estructural (EHE) y la Instrucción para el proyecto y la ejecución de forjados unidireccionales de hormigón estructural realizados con elementos prefabricados (EFHE). En obras especiales, tales como algunas estructuras industriales, pórticos grúa, etc. se adoptarán las medidas derivadas de las características de la propia obra y de su utilización. Con el fin de no detener el avance de la tecnología del acero y permitir la adaptación de la obra a circunstancias y condicionantes de carácter local, la Instrucción permite que el Autor del Proyecto y la Dirección de obra, que están obligados a conocer y tener en cuenta las prescripciones de la presente Instrucción, en uso de sus atribuciones puedan, bajo su personal responsabilidad y previa justificación de que no se reducen los niveles de prestaciones, emplear sistemas de cálculo o disposiciones constructivas diferentes. En el ámbito de esta Instrucción sólo podrán utilizarse los productos de construcción (acero, productos de acero, etc.) legalmente comercializados en países que sean miembros de la Unión Europea o bien que sean parte del Acuerdo sobre el Espacio Económico Europeo. Dichos productos deberán estar en posesión del marcado “CE” y deberán disponer del correspondiente certificado de conformidad “CE”.

CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES. Metales empleados en estructuras metálicas. Los metales que se emplean en estructuras metálicas son principalmente el acero ordinario, el acero autopatinable, el acero inoxidable y el aluminio. El Acero Ordinario Es el más empleado. Existen los sigiuentes tipos (según la norma EN 10027): 10

Construcción de estructuras metálicas

S235JR S275JR S355JR

S235J0 S235J2 S275J0 S275J2 S355J0 S355J2 S355K2 La primera sigla es una “S” (de 'steel' acero en lengua inglesa) La siguiente cantidad numérica es el límite elástico en MPa. en elementos cuyo espesor no supere los 16mm. En espesores superiores la resistencia de cálculo es menor. Las últimas siglas indican su sensibilidad a la rotura frágil y su soldabilidad. JR para construciónes ordinarias. J0 cuando se requiere alta soldabilidad y resistencia a la rotura frágil. J2 cuando se requiere exigencias especiales de resilencia, resistencia a la rotura frágil y soldabilidad. Con objeto de que no sean excesivamente frágiles, uno de los parámetros que se exige a estos aceros es que su alargamiento de rotura sea superior al 15%. En España, excepto el S275JR todos los demás se suministran bajo pedido. Las normas EN 10113 y EN 10137 establecen otros aceros de mayor resistencia: S420 y S460 de raro uso en nuestro país. Los aceros autopatinables Los aceros autopatinables tienen la misma nomenclatura y composición que los aceros ordinarios y tienen como característica que en su composición entra una pequeña cantidad de cobre. También se sirven bajo pedido. Observaciones: Estos aceros tienen un buen comportamiento ante la corrosión atmosférica, dado que se produce en su superficie una capa de óxido que es la que los protege. Por tanto hay que procurar que a lo largo de su vida útil no estén en contacto con elementos que les produzcan roces y limpien esta capa. Así mismo en zonas de circulación de personas son susceptibles de manchar a los transeúntes con dicho óxido.

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Generalidades sobre la construcción en acero

Los Aceros Inoxidables Se emplean en estructuras sometidas a ambientes agresivos. En edificación se emplean los siguientes tipos:

Nomenclatura europea Nomenclatura en EEUU (EN 10088.2)

Resistencia Resistencia de cálculo Coeficiente de cálculo fleje o de chapa fleje dilatación laminado laminado térmica en frio en caliente Alargamiento (10-6 / ºC) de rotura (MPa) (MPa)

Tipo

Composición Fe+Cr+Ni

230

210

1.4301

AISI 304

austenítico

1.4307

AISI 304L

austenítico

Fe+Cr+Ni

220

1.4401

AISI 316

austenítico

Fe+Cr+Ni+Mo

240

1.4404

AISI 316L

austenítico

Fe+Cr+Ni+Mo

austenítico

Fe+Cr+Ni+Ti

1.4541

AISI 321

1.4571

AISI 316Ti

austenítico Fe+Cr+Ni+Mo+Ti

45%

16

200

45%

16

220

40% a 45%

16

240

220

40% a 45%

16

220

200

40%

16

240

220

40%

16,5

1.4362

duplex

Fe+Cr+Ni+N

420

400

20% a 25%

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1.4462

duplex

Fe+Cr+Ni+Mo+N

480

460

20% a 25%

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Los más habitualmente empleados y fáciles de encontrar en stock son los 1.4301 y 1.4401. Comercialmente se venden en chapas, flejes y barras lisas, roscadas o corrugadas. Los perfiles estructurales corrientes existentes en el mercado son a base de chapas conformadas en frío. La nomenclatura americana se adjunta porque es la habitualmente empleada por los industriales y almacenistas. Los 1.4301 1.4307 y 14541 se prestan a ser empleados en ambientes benignos rurales y urbanos con poca contaminación atmosférica. Los 1.4401 1.4404 1.4571 y 1.4362 se emplean en ambientes marítimos y con atmósfera contaminada. El 1.4462 en ambientes marítimos o contaminados muy agresivos. Los 1.4307 y 1.4404 tienen la particularidad de que tienen poco carbono y así las soldaduras son menos sensibles a la corrosión. Los 1.4541 y 1.4571 contienen una pequeña cantidad de titanio, consiguiendo un efecto similar. Los aceros inoxidables austeníticos, a pesar de tener poca resistencia, comparados con un acero corriente, tienen un alargamiento de rotura muy

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Construcción de estructuras metálicas

grande (40-45%) y por tanto son muy apropiados para uso estructural por la seguridad que ofrecen. Los aceros inoxidables dúplex tienen la misma resistencia mecánica que los aceros ordinarios de uso estructural más resistentes (S420 y S460) y un alargamiento de rotura más que aceptable (20-25%) Algunas precauciones a tener en cuenta: No emplear herramientas, discos de corte u otro utillaje que sirviera para trabajar otros metales. No poner en contacto directo las partes de hierro o acero de cadenas, ganchos, grúas, camiones, transpalets, etc. con el material. Evitar la suciedad. Evitar diseñar piezas y uniones con superficies susceptibles de acumular suciedad. Los elementos estructurales en forma de cajón cerrado deben tener un desagüe. Uniones atornilladas: Se deberán hacer obligatoriamente con tornillos de acero inoxidable. (La norma EN ISO3506 indica los tipos de acero a emplear). Uniones soldadas: Se realizarán con material de aporte de acero inoxidable. Si se empleara una atmósfera de gas inerte éste no deberá contener dióxido de carbono. Si los aceros a soldar son dúplex el gas tampoco contendrá nitrógeno. El Aluminio Aún que ha tenido un gran desarrollo en la industria aeronáutica, en edificación se limita por el momento a carpas y construciónes desmontables, dada su ligereza.

Características mecánicas de los aceros. Los dos valores fundamentales para el diseño de las piezas de acero son: 1.- El límite elástico. 2.- El límite de rotura.

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Generalidades sobre la construcción en acero

1.- El límite elástico σE es la carga unitaria para la que se inicia el escalón de cedencia, es decir a partir del cual las deformaciones no son recuperables. Esta deformación remanente es del 0,2 por 100. 2.- El límite de rotura σR (también denominado resistencia a tracción) es la carga unitaria máxima soportada por el acero en el ensayo de tracción. El límite de rotura define un índice de la calidad del mismo. La curva tiene una parte recta OP donde las tensiones son proporcionales a las deformaciones, las cuales, a su vez, son recuperables una vez desaparecida la carga. La tensión σP se llama límite de proporcionalidad. La zona PE se caracteriza por el hecho de ser recuperables las deformaciones, aunque no exista proporcionalidad entre éstas y las tensiones. La tensión σE se llama límite elástico. Y a veces es difícil de determinar. En estos casos se define como límite elástico el correspondiente a una deformación permanente del 0,2%.

ε Al aumentar las tensiones, el diagrama presenta una zona EFF' en la que las deformaciones se incrementan bajo carga prácticamente constante. Todo ocurre como si el material se debilitase de pronto. Al desaparecer la carga en la probeta, ésta presenta una deformación permanente. El valor máximo σF se llama límite de fluencia o cedencia.

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Construcción de estructuras metálicas

Al aumentar la carga de tracción, después de la fluencia, el material parece adquirir de nuevo resistencia. La tensión alcanza un máximo σR llamado límite de rotura, a partir del cual los alargamientos en la probeta, en lugar de repartirse uniformemente, se concentran en su zona central, produciendo una estricción que hace que la tensión del diagrama baje, hasta producirse la rotura con una carga σ inferior a σR.

El alargamiento de la probeta viene dado en % por la expresión: d=-

Lr - Li 100 Li

Lr = longitud entre los extremos después de la rotura. Li = longitud entre los extremos antes del ensayo. El alargamiento nos indica la plasticidad del material.

Características tecnológicas del acero.

La soldabilidad es la aptitud de un acero para ser soldado mediante los procedimientos habituales sin que aparezca fisuración en frío. Es una característica tecnológica importante, de cara a la ejecución de la estructura. La resistencia al desgarro laminar del acero se define como la resistencia a la aparición de defectos en piezas soldadas sometidas a tensiones de tracción en dirección perpendicular a su superficie. La aptitud al doblado es un índice de la ductilidad del material y se define por la ausencia o presencia de fisuras en el ensayo de doblado.

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Generalidades sobre la construcción en acero

TIPOS DE ACERO.

La Instrucción EAE contempla los siguientes tipos de acero utilizables en perfiles y chapas para estructuras de acero. - Aceros laminados en caliente. Se entiende por tales los aceros no aleados, sin características especiales de resistencia mecánica ni resistencia a la corrosión, y con una microestructura normal. - Aceros con características especiales. Se consideran los siguientes tipos: a.- aceros normalizados de grano fino para construcción soldada. b.- aceros de laminado termomecánico de grano fino para construcción soldada. c.- aceros con resistencia mejorada a la corrosión atmosférica (aceros autopatinables) d.- aceros templados y revenidos. e.- aceros con resistencia mejorada a la deformación en la dirección perpendicular a la superficie del producto. - Aceros conformados en frío. Se entiende por tales los aceros cuyo proceso de fabricación consiste en un conformado en frío, que les confiere unas características específicas desde los puntos de vista de la sección y la resistencia mecánica.

PRODUCTOS LAMINADOS.

Los productos laminados se clasifican en función de sus características de forma en: - Productos longitudinales. - Productos planos. Los productos longitudinales son aquellos en los que una dimensión es determinante sobre las dos restantes. Se subdividen a su vez en: - Perfiles estructurales. Son los perfiles I, H, L, T, O, con una altura o anchura igual o mayor a 80 mm., en ocasiones denominados perfiles pesados.

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Construcción de estructuras metálicas

- Perfiles comerciales. Incluyen los del grupo anterior con dimensión inferior a 80 mm. e igualmente redondos, cuadrados, hexagonales y pletinas. También se denominan perfiles ligeros. Los productos planos son aquellos en los que dos de sus dimensiones predominan sobre la tercera. El producto plano utilizado normalmente es la chapa laminada en caliente, que puede ser obtenida por procedimientos discontinuos o bien por troceo de bobinas. La chapa laminada se clasifica según su espesor en: Fina: espesor inferior a 3 mm. Media: espesor igual o superior a 3 mm. hasta 4,75 mm. Gruesa: espesor superior a 4,75 mm.

PERFILES Y CHAPAS DE SECCIÓN LLENA LAMINADOS EN CALIENTE.

Perfiles y chapas de sección llena laminados en caliente, a los efectos de esta Instrucción, son los productos obtenidos mediante laminación en caliente, de espesor mayor o igual a 3 mm., de sección transversal llena y constante, empleados en la construcción de estructuras o en la fabricación de elementos de acero estructural. Las series de perfiles y chapas de sección llena laminados en caliente son: Perfil IPN, Perfil IPE, Perfil HEB (base), Perfil HEA (ligero), Perfil HEM (pesado), Perfil U Normal (UPN), Perfil U comercial (U), Angular de lados iguales (L), Angular de lados desiguales (LD), Perfil T, Redondo, Cuadrado, Rectangular, Hexagonal y Chapa.

PERFILES HUECOS LAMINADOS EN CALIENTE.

Son los perfiles huecos estructurales de sección transversal constante, de espesor igual o mayor que 2 mm. Producidos por laminación en caliente, o por conformado en frío seguido por un tratamiento térmico para obtener unas condiciones metalúrgicas equivalentes a las del laminado en caliente, empleados en la construcción de estructuras. Las series de perfiles huecos laminados en caliente son: Sección circular, sección cuadrada, sección rectangular y sección elíptica 17

Generalidades sobre la construcción en acero

MEDIOS DE UNIÓN.

Los medios de unión que contempla esta Instrucción son los constituidos por tornillos, tuercas y arandelas, para uniones atornilladas, y el material de aportación, para uniones soldadas. Los tornillos, tuercas y arandelas, deberán estar normalizados y corresponder a los mismos grados del material que unen: límite elástico y resistencia a tracción. El material de aportación utilizable para la realización de soldaduras (electrodos) deberá ser apropiado para el proceso de soldeo, teniendo en cuenta el material a soldar y el procedimiento de soldeo; además deberá tener unas características mecánicas, en términos de límite elástico, resistencia a tracción, deformación bajo carga máxima etc. no inferiores a las correspondientes del material de base que constituye los perfiles o chapas que se pretende soldar.

DURABILIDAD DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO.

La durabilidad de una estructura de acero es su capacidad para soportar, durante la vida útil para la que ha sido proyectada, las condiciones físicas y químicas a las que está expuesta, y que podrían llegar a provocar su degradación como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el análisis estructural. Una estructura durable debe conseguirse con una estrategia capaz de considerar todos los posibles factores de degradación y actuar consecuentemente sobre cada una de las fases de proyecto, ejecución y uso de la estructura. Una estrategia correcta para la durabilidad debe tener en cuenta que en una estructura puede haber diferentes elementos estructurales sometidos a distintos tipos de ambiente. La durabilidad no incumbe sólo a los elementos estructurales. A veces son los elementos no estructurales los que conllevan problemas importantes de cara a la durabilidad.

Estrategia de durabilidad.

Para conseguir la durabilidad adecuada será necesario seguir una estrategia que contemple todos los posibles mecanismos de degradación, 18

Construcción de estructuras metálicas

adoptando medidas específicas en función de la agresividad a la que se encuentre sometido cada elemento. Deberán incluirse, al menos, los siguientes aspectos: - Selección de la forma estructural, definiendo en proyecto los esquemas estructurales, las formas geométricas y los detalles que sean compatibles con la consecución de una adecuada durabilidad de la estructura. Se facilitará la preparación de las superficies, el pintado, las inspecciones y el mantenimiento. - Se procurará evitar el empleo de diseños estructurales que conduzcan a una susceptibilidad elevada a la corrosión, eligiendo formas de los elementos sencillas. - Se reducirá al mínimo el contacto directo entre las superficies de acero y el agua. - Cuando la estructura presente áreas cerradas (interiores inaccesibles) o elementos huecos, debe cuidarse que estén protegidos de manera efectiva contra la corrosión, mediante soldadura continua. En casos de especial agresividad, cuando las medidas normales de protección no se consideren suficientes, se podrá recurrir a la disposición de sistemas especiales de protección (materiales de recubrimiento en polvo, productos para tratamiento químico de las superficies, protección catódica, etc.) La Instrucción EHE recomienda evitar los detalles constructivos indicados como INADECUADOS en las figuras siguientes, empleando los considerados ADECUADOS en las mismas.

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Generalidades sobre la construcción en acero

1.- Prevención de la acumulación de agua y suciedad

Suciedad y agua retenidas

Apropiado

Inadecuado

Discontinuidad para salida del agua

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Construcción de estructuras metálicas

2.- Realización de soldaduras.

3.- Tratamiento de huecos.

Hendidura

Inadecuado (Hendidura estrecha de difícil protección)

Hendidura cerrada

Soldaduras continuas

Mejor

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Generalidades sobre la construcción en acero

4.- Eliminación de bordes agudos

Sistemas de pintura protectores

d Acero

Acero

d = 1 mm.

Borde agudo Inadecuado

r Acero

d

Borde biselado Mejor

r > 2 mm.

Borde redondeado Apropiado

5.- Eliminación de imperfecciones en la superficie de las soldaduras Sistemas de pintura protectores Irregularidades

Inadecuado

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Superficie insuficientemente plana Suciedad acumulada

Mejor

Superficie soldada lisa

Apropiado

Construcción de estructuras metálicas

6.- Diseño recomendado de refuerzo para la protección frente a la corrosión, con entalla para evitar cruces de soldadura y acumulación de agua.

PERFILES UTILIZADOS EN ESTRUCTURAS METÁLICAS.

La denominación de las partes de un perfil es la siguiente:

ALAS ALMA

ALAS

ALMA

ALAS

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Generalidades sobre la construcción en acero

Los perfiles más utilizados en estructuras son los siguientes: PERFIL IPN.- Su sección tiene forma de I (doble T). Caras exteriores de las alas normales al alma. Caras interiores inclinadas un 14%. Bordes redondeados interiormente. Dimensiones desde 80 hasta 600 mm. Forma de trabajo: resiste perfectamente a flexión. No mucho a compresión. PERFIL IPE.- Sección en forma de doble T. Caras exteriores e interiores de las alas paralelas y normales al alma. Espesor constante. Dimensiones desde 80 hasta 600 mm. Forma de trabajo: resiste muy bien a flexión. Soporta pequeñas compresiones. PERFIL HE.- Su sección semejante a la del perfil IPE pero la relación b/h es mayor en el HE que en el IPE. Dimensiones desde 100 hasta 600 mm. Existen tres series: normal (HEB), ligera (HEA) y pesada (HEM). Forma de trabajo: muy bien a flexión y a compresión. PERFIL UPN.- Sección en forma de U. Caras interiores con inclinación del 8%. Dimensiones desde 80 hasta 300 mm. Forma de trabajo: Unido a otro perfil igual, trabaja muy bien a compresión. Individualmente soporta tracciones y pequeñas compresiones. PERFIL L.- Sección en forma de ángulo recto, con las alas de igual longitud. Dimensiones desde el 25-3 hasta el 200-20. Forma de trabajo: soporta tracciones y pequeñas compresiones. PERFIL LD.- Sección en ángulo recto. Alas de distinta longitud. Dimensiones desde 80.50.8 hasta 150.90.13. Forma de trabajo: soporta tracciones y pequeñas compresiones. PERFIL T.- Sección en forma de T simple. Tiene un canto igual al ancho del ala (a=b). Dimensiones desde 30.30.4 hasta 100.100.11 mm. Forma de trabajo: soporta tracciones, flexiones no muy grandes y pequeñas compresiones. A continuación se detallan las secciones de los mencionados perfiles.

24

Construcción de estructuras metálicas

L

IPN

h

e

Lados iguales

14% b

b

IPE

h

h

LD

e

Lados diferentes

b

h

b

HE

h

T

h

b

2%

b

UPN

h

b

25

Generalidades sobre la construcción en acero

La designación de los perfiles se efectúa en función de su tipo y sus dimensiones. En general para los perfiles de la serie I y U es suficiente con indicar el tipo y su altura. Por ejemplo: IPN 180 nos indica el tipo (IPN) y su altura total (180 mm.). UPN 200 nos indica el tipo (UPN) y su altura total (200 mm.). Para los perfiles de tipo angular (L) debemos indicar si se trata de perfiles de lados iguales o de lados desiguales, así como el espesor de las alas. Por ejemplo: L 40x40x4 nos indica que mide 40 mm. cada lado y que el espesor del ala es de 4 mm. L 90x60x7 nos indica que un lado mide 90 mm., el otro mide 60 mm. y el espesor del ala es de 7 mm. En los perfiles HE hay que tener en cuenta que h=b hasta el perfil h=30, y a partir de ahí h > b.

Inercia en los perfiles metálicos.

Para los efectos de una correcta colocación en obra de los perfiles metálicos, especialmente en pilares, es indispensable conocer en qué sentido tiene más inercia, con el fin de disminuir los posibles pandeos de los mismos. Como concepto general elemental, podríamos decir que la inercia es el producto de la masa de acero multiplicada por la distancia de ésta hasta el eje. De tal modo que, para efectos estructurales, consideramos que la máxima inercia coincide con la máxima dimensión del perfil, a pesar de que el eje de máxima inercia, puramente entendida, estará en la otra dirección. Por ejemplo un perfil IPN 300, cuyas dimensiones son 300 mm. de alto (alma) y 125 mm. de ala, la máxima inercia (máxima dimensión, máxima resistencia a torsión y flexión), para efectos geométricos estructurales, estará en el sentido de los 300 mm. Exactamente igual ocurre con pilares formados por dos o más perfiles. Su máxima inercia coincide con la mayor dimensión de ambos perfiles juntos. Posteriormente, al estudiar los distintos tipos de vigas, se verá la inercia de cada una de ellas. No obstante, a modo de avance, podemos indicar que los perfiles metálicos para vigas de mayor inercia, en sentido descendiente son: Viga armada, perfil HEB, perfil IPE, perfil IPN, viga void o alveolada y viga de celosía.

26

Construcción de estructuras metálicas

SISTEMAS DE PROTECCION DEL ACERO.

Una vez finalizada la construcción de las estructuras metálicas pueden aparecer problemas por alguna de las siguientes causas: - efectos del calor, como consecuencia de incendios. - oxidación excesiva y consiguiente corrosión.

Protección contra incendios.

Aunque el hierro no es combustible, no se puede considerar como resistente al fuego, no sólo porque disminuye su resistencia en cuanto pasa la temperatura de 300º (a los 500º queda reducida a la mitad), sino que por efecto de su dilatación sufre grandes deformaciones que producen empujes, retorciéndose las piezas, las cargas se desplazan del eje de las piezas y se produce el colapso, que puede agravarse por los choques con el material que se derrumba. Por cada 100º se dilata 1/833 de la longitud, por lo que si las piezas tienen grandes luces y en incendios corrientes (se suele producir 1000º y superiores) los empujes pueden provocar el derrumbamiento de la obra. Para protección de las piezas metálicas expuestas al fuego se emplean los revestimientos con materiales que impidan que el fuego entre en contacto con el hierro. Como revestimientos se deben emplear elementos no inflamables que son los que bajo la acción del fuego o del agua, no pierden esencialmente su resistencia, e impiden la propagación durante un tiempo comprendido entre 1 y 3 horas, necesario para desalojo del inmueble e inicio de la extinción del fuego por parte de los bomberos. Los materiales de protección del acero que pueden utilizarse son: granito, mármol, hormigón, fábrica de ladrillo cerámico con mortero de cemento, placas de yeso, mortero de vermiculita, placas de base silicatada en general, placas de perlita o vermiculita, fibra mineral proyectada, pinturas intumescentes, etc. En caso de utilizar revestimiento de hormigón, se emplea vertiéndolo dentro de un encofrado que envuelve al elemento metálico, o bien envolviendo el elemento metálico, viga o soporte, con una tela metálica o cercos que evitan que se desconche el hormigón, debiendo tener la capa protectora al menos 6-7 cm. para que sea eficaz.

27

Generalidades sobre la construcción en acero

Protección contra la corrosión.

La oxidación constituye el peor enemigo de las construciónes metálicas. La acción del aire húmedo o del agua contenida en la atmósfera, en contacto con el hierro, da lugar a la formación del hidrato férrico, cuyo aumento de volumen facilita la propagación. La oxidación es más rápida cuando el Fe está en presencia de ácidos diluídos y soluciones salinas, como ocurre con el aire húmedo de las costas. Por el contrario, en aire completamente seco se conserva el Fe durante más tiempo. El mortero de cal y sobre todo el de yeso, atacan activamente al hierro, mientras que el mortero de cemento lo conserva y hasta lo protege. Para evitar la destrucción del hierro por oxidación, o reducir a un mínimo su acción corrosiva, se cubre con un revestimiento protector, que, para que resulte eficaz es condición indispensable que ese revestimiento esté en contacto con el hierro, sin que existan entre ambos partículas de óxido, cuya formación continuaría y que, con el consiguiente aumento de volumen, hace saltar la corteza que forme la sustancia protectora. Por ello es indispensable que la superficie a tratar esté limpia de suciedad, óxido y manchas.

La Instrucción EAE en sus artículos 30 y 79 especifica los tratamientos y sistemas de protección para las estructuras metálicas, tanto para las tratadas en taller como en obra. El Pliego de Prescripciones Técnicas debe definir el sistema de protección contra la corrosión y los requisitos adicionales para obtener una vida de servicio acordes con la vida útil de la estructura. Las piezas deben diseñarse evitando zonas donde pueda depositarse humedad y suciedad, tanto en elementos interiores como exteriores. Deberá considerarse conjuntamente el tratamiento de protección frente a incendio, ya que los requisitos del mismo pueden determinar un grado de defensa frente a la corrosión muy superior al estrictamente necesario, especialmente en el caso de pinturas intumescentes y morteros proyectados. El Pliego de Condiciones deberá definir el sistema de tratamiento, especificando: preparación de las superficies, tipo y espesor de la capa de imprimación anticorrosivo, de las capas intermedias y de las capas de acabado.

28

Construcción de estructuras metálicas

La preparación de las superficies que hayan de ser pintadas se limpiará y preparará de forma adecuada al tratamiento de pintura correspondiente, eliminando la suciedad, cascarilla de laminación, restos de escoria de soldadura, grasa y la humedad superficial. Si existieran revestimientos anteriores, deben ser igualmente eliminados.

Los métodos de protección utilizados son: Metalización. La protección se consigue mediante proyección de cinc o aluminio pulverizado, realizado según UNE EN 22063. Las superficies metalizadas deben ser tratadas con una imprimación anticorrosiva especial, de naturaleza sellante y tapaporos para evitar la formación de ampollas antes de revestirse de pintura. Galvanización en caliente. Consiste en la formación de un recubrimiento de cinc o aleaciones de cinc-hierro por inmersión de las piezas y artículos fabricados de hierro y acero en un baño de zinc fundido a una temperatura de 450 ºC, según norma UNE EN ISO 1461. Pintado. El art. 30 de la Instrucción EAE establece los tipos de pintura y sistemas de pintura que pueden utilizarse para la protección de estructuras de acero, así como las prescripciones técnicas que deben cumplir, según la durabilidad requerida del sistema de pintura protector.

Pueden emplearse los siguientes tipos de pintura: -pinturas de secado al aire. -pinturas de curado físico (en base disolvente o en base agua). -pinturas de curado químico (epoxídicas, de poliuretano, por humedad). Las pinturas de secado al aire endurecen por evaporación de los disolventes orgánicos o del agua, seguida por la reacción del ligante con el oxígeno del aire. Las pinturas en base disolvente secan por evaporación de los disolventes. Las pinturas de curado químico constan de un componente base y un agente de curado, secando por evaporación de los disolventes, y reacción química entre la base y el agente de curado.

29

Generalidades sobre la construcción en acero

Los sistemas de pintura están constituidos por un conjunto de capas de imprimación (1 o 2 según los casos) y de capas de acabado (entre 1 y 4) de pintura con espesores nominales de película seca definidos que, aplicados sobre una superficie de acero con un grado de preparación preestablecido, conducen a una durabilidad determinada del sistema de pintura protector. La durabilidad de un sistema de pintura protector depende del tipo de sistema de pintura, del diseño de la estructura, del estado de la superficie de acero, de la calidad de la aplicación, de las condiciones durante la aplicación y de las condiciones de exposición en servicio. Por ello, el grado de durabilidad de un sistema de pintura es un concepto técnico útil para seleccionar el sistema a emplearen un caso concreto y para definir el programa de mantenimiento correspondiente, pero no puede, en ningún caso, tomarse como un período de garantía. Se establecen tres grados de durabilidad de los sistemas de pintura. - Durabilidad baja: de 2 a 5 años. - Durabilidad media: de 5 a 15 años. - Durabilidad alta: más de 15 años. La pintura debe ser aplicada de acuerdo con la hoja de datos del fabricante del producto. Se deberá comprobar, previamente, que la superficie está limpia y exenta de manchas, así como la compatibilidad de las distintas capas de pintura. Es recomendable utilizar productos del mismo fabricante. Las fracciones de piezas que vayan a quedar embebidas en el hormigón no necesitan protección, a partir de 30 mm. por debajo del nivel del mismo (recubrimiento), siempre que a su vez la superficie de hormigón esté a salvo de procesos de carbonatación. Debe prevenirse la dificultad de pintado de elementos inaccesibles y proceder a su ejecución antes del montaje.

VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA ESTRUCTURA METÁLICA.

Ventajas:

- Las estructuras metálicas, al tomar grandes deformaciones, antes de producirse el fallo definitivo “avisan”.

30

Construcción de estructuras metálicas

- El material es homogéneo y la posibilidad de fallos humanos es mucho más reducida que en estructuras construidas con otros materiales. El material resiste por igual en todas las solicitaciones. - Ocupan poco espacio. Los soportes molestan muy poco, para efectos de la distribución interior, por lo que se le obtiene buena rentabilidad a toda la superficie construida. Los cantos de las vigas son reducidos y los anchos aún son menores. En general las estructuras metálicas pesan poco y tienen elevada resistencia. - Las estructuras metálicas no sufren fenómenos reológicos que, salvo deformaciones térmicas, deban tenerse en cuenta. Conservan indefinidamente sus excelentes propiedades. - Estas estructuras admiten reformas, por lo que las necesidades y los usos pueden variar, adaptándose con facilidad a las nuevas circunstancias. Su refuerzo, en general, es sencillo. - Las estructuras metálicas se construyen de forma rápida, ya que al ser elementos prefabricados, en parte, pueden montarse en taller. Asimismo tienen resistencia completa desde el instante de su colocación en obra. - Al demolerlas todavía conserva el valor residual del material, ya que es éste es recuperable.

Inconvenientes:

- Son necesarios dispositivos adicionales para conseguir la rigidez (diagonales, nudos rígidos, pantallas, etc.) - La elevada resistencia del material origina problemas de esbeltez. - Es necesario proteger las estructuras metálicas de la corrosión y del fuego. - El coste, en principio, es más elevado que el de las estructuras de hormigón armado. - El resultado de las uniones soldadas es dudoso, especialmente en piezas trabajando a tracción.

SOLDADURA.

Un acero se considera soldable según un grado, un procedimiento determinado y para una aplicación específica, cuando mediante la técnica apropiada se puede conseguir la continuidad metálica de la unión y ésta cumpla con las exigencias requeridas. 31

Generalidades sobre la construcción en acero

Descripción característica de una junta: ÁREA METAL APORTADO ÁREA METAL DE BASE FUNDIDO ÁREA ZONA AFECTADA TÉRMICAMENTE (Z.A.T.)

Borde inicial de la junta

Metal de soldadura

Línea de fusión

Parte transformada de Z.A.T.

Línea de transformación

Parte de baja temperatura de la Z.A.T. Metal base

Z.A.T. Zona de soldadura

Metal de base: es el material que no queda afectado por la operación de soldadura, cuyas características corresponden a las de partida. Metal de soldadura: es el metal fundido, cuya composición química y estructura corresponden a las proporcionadas por la fusión del metal de aportación.

32

Construcción de estructuras metálicas

Zona afectada térmicamente: (Z.A.T.) es la zona del material de base que ha permanecido durante un cierto tiempo en una gama de temperaturas en las que puede producirse transformaciones o modificaciones estructurales. Energía de aportación: es la energía aportada en el proceso de soldeo (en soldadura oxiacetilénica y en la soldadura de arco eléctrico).

Tipos de uniones para barras corrugadas.

Existen tres tipos de uniones: a tope, a solape y en cruz.

UNIÓN A TOPE

3 mm.

30°

2-3 mm. aprox.

Soldadura

2-3 mm. aprox.

Barras 2-3 mm.

corrugadas

aproxim.

33

Generalidades sobre la construcción en acero

UNIÓN A SOLAPE Barras corrugadas Soldadura

Soldadura 2-3 mm aprox.

5

5

5

Barras corrugadas

UNIÓN EN CRUZ Soldadura

Barras corrugadas

UNIONES SOLDADAS.

Las uniones soldadas amparadas por la Instrucción EAE deberán ejecutarse de acuerdo a los procedimientos indicados y el material de aportación habrá de tener características mecánicas, límite elástico y tensión de rotura, no inferiores a las del metal base. Las piezas a unir deberán tener como mínimo 3 mm. de espesor. 34

Construcción de estructuras metálicas

Métodos de soldadura autorizados.

Se autoriza el empleo de los siguientes métodos de soldadura en las estructuras de acero objeto de esta Norma. - Soldadura manual con electrodo recubierto, con recubrimientos de tipo rutilo o básico. - Soldadura semiautomática bajo protección gaseosa, con hilo macizo o tubular relleno de flux, con transferencia de lluvia. - Soldadura semiautomática con hilo tubular relleno de flux, sin protección gaseosa, con transferencia de lluvia. - Soldadura automática con arco sumergido. Para el empleo de otros procedimientos, o de electrodos con otros recubrimientos, se requerirá la autorización del Director de Obra; y siempre las características mecánicas del metal de aportación serán iguales o superiores a las del acero de las piezas a soldar.

Tipos de uniones y de cordones.

Por la posición de las piezas a unir, las uniones soldadas pueden ser a tope, en T (en cruz) o a solape, similar a las del dibujo anterior. Los cordones de soldadura a depositar entre las piezas a unir para formar una unión soldada se dividen en cordones en ángulo y cordones a penetración. En las uniones a solape, los cordones en ángulo se denominan laterales cuando son paralelos a la dirección del esfuerzo que transmiten, frontales cuando son normales a dicho esfuerzo y oblicuos en casos intermedios. En cualquier caso pueden ser continuos o discontinuos. Cordón lateral

Cordón frontal

N

Cordón oblicuo

N

N

Los cordones a tope pueden ser de penetración completa o de penetración parcial. 35

Generalidades sobre la construcción en acero

Disposiciones constructivas para cordones en ángulo.

Los cordones en ángulo pueden usarse para unir piezas en T, ó a solape cuyas caras a fundir formen ángulos comprendidos entre 60º y 120º, y serán de penetración total. Uniones en T

Unión en solape

a

a

a

Si el ángulo está comprendido entre 45º y 60º, el cordón se considerará de penetración parcial. Si el ángulo es superior a 120º ó inferior a 45º, el cordón se considerará que es de simple atado y sin capacidad para resistir esfuerzos.

Espesor de garganta.

Es espesor de garganta “a” debe tomarse igual a la altura del mayor triángulo que pueda inscribirse en la sección de metal de aportación, medida normalmente al lado exterior de dicho triángulo, tal como se detalla en las figuras siguientes. Soldadura

a

a

a = espesor de garganta

a

36

a

Construcción de estructuras metálicas

El modo de medir el espesor de la garganta es siempre la misma, con independencia de la forma geométrica de la soldadura: recta, cóncava, convexa, lados sensiblemente distintos, etc.

a plano

a ligero

a

a colmado

En el caso de soldadura muy abollada, el procedimiento es el mismo. Cuando los cordones de soldadura tengan los lados desiguales, con diferencia importante entre ambos, es conveniente formar el triángulo con ambos lados iguales al menor de ellos.

CORDON DE SOLDADURA DE LADOS DESIGUALES

CORDON DE SOLDADURA "ABOLLADA"

b

b

Cuando el método de soldadura empleado permita conseguir una penetración apreciable, puede incluirse esta penetración en el valor del espesor de garganta, siempre que se demuestre que esta penetración es constante.

37

Generalidades sobre la construcción en acero

a

Cuando sea preciso depositar un cordón de soldadura entre dos superficies curvas, tales como las de: redondos, zonas de esquinas de perfiles tubulares, o entre una superficie plana y una curva, el espesor de garganta deberá determinarse a partir de soldaduras de prueba ejecutadas sobre probetas de la misma sección que vaya a ser usada en producción.

a a

a a

38

Construcción de estructuras metálicas

Cordones discontinuos.

En las uniones, que por cuestión de carga y de grado de corrosividad, podamos utilizar cordones de soldadura discontinuos, la luz libre entre extremos de cordones parciales no será superior al menor de los siguientes valores: - 200 mm. - 12 veces el espesor de la pieza más delgada, si ésta está comprimida. - 16 veces el espesor de la pieza más delgada, si ésta está traccionada. - una cuarta parte de la distancia entre rigidizadores. La longitud de cada cordón parcial no será menor que el mayor de los siguientes valores: 40 mm. ó 5 veces la garganta del cordón. En los extremos de las piezas a unir siempre se dispondrán cordones parciales.

Excentricidades.

Los cordones en ángulo se dispondrán de forma que se evite la aparición de momentos flectores que tengan por eje el propio del cordón de soldadura. En las dos figuras siguientes, de la parte superior, la unión es correcta, mientras que en las de la parte inferior la unión es incorrecta, puesto que la tracción es excéntrica respecto a la soldadura. Nt

Nt

Nt

Nt

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Generalidades sobre la construcción en acero

Longitud mínima para cordones laterales.

Los cordones de soldadura en ángulo laterales, que transmitan esfuerzos axiles de barras, tendrán una longitud no inferior a quince veces su espesor de garganta, ni inferior al ancho de la pieza a unir.

Longitud efectiva de un cordón de soldadura en ángulo.

La longitud efectiva de un cordón de soldadura en ángulo es igual a su longitud total, incluyendo las prolongaciones de esquina, tal como se detalla en el dibujo siguiente. No se considerarán efectivos para transmitir esfuerzos aquellos cordones con longitudes inferiores a 40 mm. ó a 6 veces el espesor de garganta.

0

40

Construcción de estructuras metálicas

Otras disposiciones de uniones soldadas de piezas a tope, en prolongación, en ángulo, en esquina, de diferentes espesores, con chapa dorsal, etc.

G

G

en ángulo

en ángulo

G

G

en esquina

en solape

41

Generalidades sobre la construcción en acero

E

E

H Sin preparación

E

Y Preparación en V bilateral E

V Preparación en V

E

X Preparación en X Z Preparación en V unilateral E

= 25 %

Con chapa dorsal

42

Construcción de estructuras metálicas

a

Procedimientos de soldadura.

En las estructuras metálicas existen, esencialmente, dos procedimientos: las soldaduras por fusión y las soldaduras por presión. En las soldaduras por fusión, el calor origina la fusión en una zona concreta de las piezas, con lo cual éstas se unen. Esta unión puede efectuarse con aportación de material o sin dicha aportación. En las soldaduras por presión se calientan las dos piezas, hasta lograr hacerlas plásticas, e inmediatamente se unen mediante una fuerte presión mecánica, sin electrodo y sin aportación de material.

Tipos de soldadura para elementos metálicos en general.

En las construciónes metálicas se utilizan los siguientes tipos de soldadura: 1.- Soldadura por arco manual con electrodos revestidos: Es el tipo de soldadura utilizado normalmente a pié de obra para unir dos piezas metálicas, al provocarse el arco entre ellas. El procedimiento es muy sencillo. Existe un generador del que salen dos cables eléctricos (polos) que finalizan con una pinza cada uno. Se conecta una de las pinzas o polo a las piezas que pretendemos unir, y el soldador coge el electrodo con las otras pinzas. La soldadura se inicia cuando el soldador toca ligeramente, con el extremo del electrodo, la pieza a soldar, formando el arco. El calor producido por el arco, hace 43

Generalidades sobre la construcción en acero

que se funda el extremo del electrodo y se queme el revestimiento, produciéndose una transferencia de gotas de metal fundido desde el alma del electrodo hasta el baño de fusión en el material base, logrando la unión de ambas piezas. La temperatura alcanzada durante la soldadura oscila alrededor de 3.500 grados centígrados, lo que origina que se funda el metal base y el extremo del electrodo, que al enfriarse queda una unión perfecta, formando una pieza única. El metal de aporte que se utiliza se denomina electrodo y consiste en una varilla metálica de acero recubierto, de unos 6-8 mm. Existen varios tipos de electrodos, según el tipo de revestimiento: electrodos de acero básicos, ácidos, celulósicos, oxidantes, de rutilo y de gran rendimiento. Los electrodos autorizados en la Instrucción EAE ya los vimos en el apartado de “métodos de soldadura autorizados”. Los voltajes deben ser bajos, ya que con arcos cortos se consiguen mejores soldaduras. El diámetro de los electrodos está en función del espesor de las chapas que hay que unir, siendo en general el diámetro del electrodo un poco menor que el espesor de la chapa. A título orientativo, en la tabla adjunta se indican algunos de estos valores. Diámetro del electrodo 2,5 a 3 mm. 3 a 4 mm. 4 a 5 mm. 6 a 8 mm.

Espesor de las chapas 2 a 4 mm. 4 a 6 mm. 6 a 10 mm. más de 10 mm.

La soldadura obtenida debe tener, al menos, las mismas características resistentes que el metal base, por lo cual es necesario seleccionar el tipo adecuado de electrodo.

2.- Soldadura por arco bajo gas protector, con electrodo consumible: Este tipo de soldadura, normalmente utilizada en taller, es un proceso en que el arco se establece entre un electrodo de hilo continuo y la pieza a soldar, estando esto protegido de la atmósfera circundante por un gas inerte, o por un gas activo. Existen otros tipos de soldadura, específicos para determinadas uniones, que no se van a describir.

44

Construcción de estructuras metálicas

CLASIFICACION DE LAS SOLDADURAS.

Existen los siguientes tipos: soldadura a tope (penetración completa y penetración parcial), soldadura de cordones, soldadura en tapón, soldadura de ranura y soldadura de bordes curvados. Se describirán las primeras, puesto que son las más utilizadas.

Soldadura a tope de penetración completa.

Consiste esencialmente en unir las chapas situadas en un mismo plano, por un solo lado. Para espesores de chapa inferiores a 4 mm. no es necesaria la preparación de los bordes, sin embargo, para espesores superiores a 6 mm. se necesita preparar los bordes, para conseguir una buena penetración de la soldadura sobre el metal. En las figuras siguientes se representan los tipos de preparación de bordes más usuales (en V, U, X, doble U), así como la forma de rellanar la junta, cuando las dimensiones de las chapas son grandes, siendo necesario efectuar varias pasadas con cordones de soldadura (figuras derecha). a) Sin preparación de bordes

c) Cordones y zonas de una soldadura a tope 4 a 10mm

0 a 4mm 0 a 4mm

Escamas

1) Zonas

2 a 4mm

b) Con preparación de bordes en X

en V 60º a 80º

15 a 40 mm Penetración de flancos

5 a 20 mm

Capa de cobertura Capa media Cordón de cierre

en U

en doble U

d/2 a d/3

d

20 a 40 mm

2) Cordones 11 8 10 9 5 7 6 3 4 2 1

7

>40mm 4

8 6 1 2 3

5

Soldaduras a tope de penetración completa de chapas situadas en un mismo plano.

45

Generalidades sobre la construcción en acero

En las siguientes figuras, en las de la parte superior, se representan las soldaduras a tope en forma de T y a tope en ángulo (L), cuando las chapas no están en el mismo plano. En los dibujos inferiores se detalla la preparación de los bordes para la soldadura de penetración completa.

a) Soldadura a tope en T

b) Soldadura a tope en L

c) Preparaciones de bordes 1) Chaflán sencillo en V

2) Chaflán doble en V

3) Chaflán sencillo en J

4) Chaflán doble en J

Soldaduras a tope de penetración parcial.

Las soldaduras de penetración parcial, son similares a las descritas anteriormente, con menor penetración de la soldadura. Las piezas pueden disponerse en prolongación o en forma de T. En todos los casos conviene que ambas piezas estén en contacto lo más estrecho posible, para conseguir una buena unión.

46

Construcción de estructuras metálicas

Clasificación de los cordones de soldadura según su posición.

Según su posición durante la ejecución los cordones de soldadura se clasifican en: - Cordones horizontales. Puede tratarse de unir dos piezas horizontales (en suelo o en techo), dos piezas verticales, o bien una pieza vertical y otra horizontal, en ángulo (en suelo o en techo). - Cordones verticales. - Cordones inclinados. La ejecución más recomendable es la horizontal en suelo (prolongación o ángulo), ya que el metal de aportación, fundido, se vierte desde encima, y por gravedad se coloca en la posición deseada. Los cordones en techo son los más difíciles de realizar, debiendo utilizarse en las mínimas ocasiones y, en caso de tener que ejecutarlas, serán realizadas por un soldador con la capacitación profesional adecuada.

Orden de ejecución de las uniones con cordones de soldadura.

En las figuras siguientes se indica, de forma numérica el orden de ejecución de las soldaduras, y con una flecha se indica la dirección de las mismas, tanto para encuentros de piezas en T, solapadas, etc. (figuras superiores), como para uniones planas (figuras inferiores). 47

Generalidades sobre la construcción en acero

2

1 2

3

1

1 2 Cruce de cordones

1

1 1

2

2

1

1

2

Cuando la longitud de soldadura es inferior a 500 mm. es recomendable que se ejecute toda ella continua, sin más interrupción que la necesaria, cada vez que se termina un electrodo, para cambiarlo. Para casos longitud comprendida entre 500 mm. y 1000 mm. se recomienda comenzar por el centro e ir avanzando hacia cada uno de los extremos, tal como se indica en las figuras siguientes.

AD, de la figura siguiente, vemos el desplazamiento "d" de cada correa al girar (volcar las cerchas por el empuje del viento). Los apoyos de la cercha y el cordón inferior no se desplazan, sólo giran sobre un eje, tal como se observa en el esquema siguiente.

A ß

ß*Aß

B

B

C

C'

D

D'

Cordón superior cercha

Cordón inferior cercha

d

d = Desplazamiento de cada correa al girar (volcar las cerchas por empuje del viento). Los apoyos de cercha y el cordón inferior no se desplazan, sólo giran sobre un eje.

Si disponemos las barras según BC y según AD, la primera se opondrá a su acortamiento, quedando comprimida, mientras que la segunda se opondrá a su alargamiento, quedando traccionada. En la medida en que dichas barras sean capaces de oponerse a su cambio de longitud, se opondrán también al abatimiento de las cerchas. Lo dicho para el rectángulo ABCD puede decirse para cualquier otro comprendido entre correas, inmediatas o no. Las cerchas quedarán estabilizadas ante fuerzas horizontales normales a su plano, disponiendo barras diagonales que enlacen extremos de correas diferentes. Naturalmente, se prefieren diagonales que trabajen a tracción, que pueden ser muchos más esbeltas que las sometidas a compresión. Generalmente, dichas diagonales se disponen en forma de "Cruz de San Andrés", como se ve en la siguiente figura.

301

Estructura metálica en naves industriales

Correas Cerchas Entramado principal Arriostramiento en el plano del faldón

Entramado lateral

Así, cualquiera que sea el sentido de la fuerza normal al plano de la cercha, habrá siempre una barra traccionada, despreciándose por su esbeltez, el efecto de la comprimida. Estas diagonales acostumbran a ser perfiles L o tirantes de redondo formando con los cordones superiores de las cerchas (cordones) y con las correas (montantes) vigas Pratt, cuyo plano coincide con los de los faldones. Estas Pratt transmiten los esfuerzos a los muros laterales en los que apoyan las cerchas en dirección de la longitud de los mismos. Las correas deben ser capaces de resistir la compresión que recibirán como montantes de dichas Pratt. En las perspectivas siguientes se detalla gráficamente el proceso de deformación de la cubierta de una nave, así como su arriostramiento.

302

Construcción de estructuras metálicas

FALDON

ESTRUCTURA INICIAL DEFORMADA

CORREA

CERCHA 1 CERCHA 2 BARRA TRACCIONADA BARRA COMPRIMIDA

EFECTO VIENTO CERCHA 2 CORREA

CERCHA 1

ESTRUCTURA ARRIOSTRADA

303

Estructura metálica en naves industriales

ENTRAMADO DE NAVES INDUSTRIALES.

En este apartado se analizan a fondo los arriostramientos en las naves industriales, distinguiendo fundamentalmente dos tipos de entramados: entramados frontales o muros piñones y entramados laterales. En naves pequeñas, los muros se suelen realizar de fábrica de ladrillo o bloque de hormigón y la estructura apoya sobre los mismos, siendo los propios muros los que absorben todas las acciones, sin necesitar arriostramientos. En naves de mayores dimensiones, o cuando se coloque cerramiento ligero, es necesario ejecutar un entramado resistente de perfiles laminados, que es el que soporta y transmite a la cimentación las cargas procedentes de la cubierta, acciones del viento y demás que graviten sobre el sistema. Normalmente la cubierta de las naves es ligera y la acción más importante es la del viento, que se transmite a la estructura general de las siguientes formas.

Caso de viento en muros frontales.

1.- Disponiendo una viga horizontal contraviento, cuya misión es transmitir a los entramados laterales las fuerzas del viento que actúan sobre el muro frontal. Estas vigas horizontales, tipo celosía, se sitúan normalmente dentro de la nave y según la altura de la nave, se coloca una sola viga a nivel de coronación de la nave, o bien se colocan dos vigas, una en coronación y otra a nivel intermedio. Los esfuerzos producidos por el viento son absorbidos por los pilares 1, 2,3 y 4, con la ayuda de la viga de arriostramiento horizontal contraviento, que ayuda a absorber los esfuerzos de vuelco de los pilares (primera perspectiva de las insertadas a continuación) siendo éstos transmitidos a la cimentación, la cual trabajará a flexo-compresión. En el esquema siguiente vemos el estado de trabajo de la zapata. 304

Construcción de estructuras metálicas

Cualquier viga horizontal uniendo cabezas de pilares, o cualquier arriostramiento en Cruz de San Andrés que los una, contribuye a absorber los esfuerzos de vuelco de los pilares, como consecuencia de los empujes del viento.

En las tres perspectivas siguientes se detalla el arriostramiento con una viga de celosía horizontal a nivel de coronación, y con dos vigas horizontales, una a nivel de coronación y otra a nivel intermedio.

CORREA DE CUMBRERA CERCHAS

CORREA DE CORONACIÓN

VIGA HORIZONTAL CONTRA VIENTO

305

Estructura metálica en naves industriales

VIGA DE ARRIOSTRAMIENTO DE CUBIERTA

VIGA DE ARRIOSTRAMIENTO HORIZONTAL INTERMEDIO (NIVEL ALTILLO)

VIGA ARRIOSTRAMIENTO HORIZONTAL

Viga cortaviento en el plano del faldón

Cercha

Viga vertical contra viento Viga carril para puente grúa

Cuelgues viga Pilares intermedios

Viga cortaviento horizontal

Arriostramiento en el propio entramado Arriostramiento horizontal intermedio Arriostramiento en doble diagonal

306

Construcción de estructuras metálicas

2.- Disponiendo la viga contraviento en el mismo plano de la cubierta, aprovechando parte de la estructura con las correas utilizadas para la cubierta de la nave. La forma de transmitir los esfuerzos a los pilares es la misma que se especifica en el caso anterior.

CORREAS DE CUBIERTA

ARRIOSTRAMIENTO HORIZONTAL

ARRIOSTRAMIENTO INCLINADO EN EL PLANO DE LA CUBIERTA

ARRIOSTRAMIENTO EN CRUZ DE SAN ANDRÉS ENTRE PILARES

3.- Si la altura total del muro frontal, es preciso constituir el entramado combinando ambos sistemas de esquemas estructurales: colocar vigas contraviento a la mitad de la altura de los pilares y otra viga confundida con la cubierta y los laterales. Si existe algún altillo, éste actúa como elemento rigidizador y transmisor, evitando colocar vigas de celosía.

Caso de viento en entramados o muros laterales.

Las acciones del viento sobre los muros frontales y las fuerzas de frenado longitudinal de los puentes-grúa deben ser absorbidos por las paredes laterales. Si el material de cierre y anclajes, son capaces de soportar dichas acciones, no es necesario disponer arriostramientos.

307

Estructura metálica en naves industriales

Cuando el cerramiento sea ligero, o incapaz de soportar esas solicitaciones, es preciso dar rigidez longitudinal a las paredes, organizando arriostramientos. Existen de diversos tipos. En los dibujos siguientes (alzado y perspectiva) se detallan los arriostramientos. El tipo A, con doble diagonal formando cruces de San Andrés es el más utilizado, porque las diagonales interesa que trabajen a tracción, para evitar pandeos El tipo B utiliza diagonales en una dirección. El tipo C permite la circulación entre naves contiguas. También existe el arriostramiento en forma de K, para salvar huecos. ARRIOSTRAMIENTO CUBIERTA EN X.S.A.

ARRIOSTRAMIENTO VERTICAL EN CRUZ DE SAN ANDRÉS ARRIOSTRAMIENTO CUBIERTA CON DIAGONALES

ARRIOSTRAMIENTO VERTICAL CON DIAGONALES

308

Construcción de estructuras metálicas

ESPACIO PARA CIRCULAR VEHÍCULOS

FORMA DE K

Posibles arriostramientos transversales del cordón inferior de una viga de celosía.

El cordón superior siempre queda arriostrado por las propias correas, o por arriostramientos de la cubierta. Sin embargo el cordón inferior queda sin arriostramiento en sentido transversal. En las dos figuras siguientes puede observarse el arriostramiento de dicho cordón inferior, mediante vigas de celosía transversales (aprovechando las correas de la cubierta y los montantes de las propias vigas de celosía) y la opción de arriostrarlo mediante diagonales unidas al cordón superior de dichas vigas.

309

Estructura metálica en naves industriales

En la perspectiva siguiente se detallan la nave completa: pilares, cerchas, tres niveles de arriostramiento horizontal entre pilares, arriostramiento en forma de Cruz de San Andrés entre pilares y en cubierta.

310

Construcción de estructuras metálicas

En el caso de elegir el arriostramiento en el plano vertical de la cubierta, para evitar el vuelco de las cerchas, se colocan dos piezas en forma de cruz (Cruz de San Andrés) para que trabajen a tracción y no a compresión. Puede disponerse en cualquier parte de la cubierta, pero funciona mejor si el arriostramiento se hace coincidir con los montantes, tal como se detalla a continuación. Obsérvese que este arriostramiento continuo, uniendo todas las cerchas, esencialmente es una viga de celosía, que para formarla aprovechamos los montantes de las cerchas y las correas de la cubierta, que ya las tenemos, y le añadimos la correa inferior y las diagonales.

311

Estructura metálica en naves industriales

Correa cumbrera

Viga celosía arriostramiento cubierta

Cercha

Correa arriostramiento horizontal

El arriostramiento horizontal se coloca a nivel de coronación de la nave, uniendo los extremos superiores de los pilares. Cuando las naves tienen bastante altura se suele colocar doble arriostramiento horizontal, uno de ellos uniendo los soportes por su parte superior y el otro colocado a nivel intermedio. Si las naves tienen ventanales grandes, estos arriostramientos horizontales se hacen coincidir justamente con la parte superior de los ventanales, sirviendo de dintel o cargadero de los mismos, ayudando a soportar y trabar el muro de cerramiento. Con el fin de facilitar la ejecución del muro de cerramiento, el arriostramiento que se coloca encima de los ventanales está formado por dos viguetas paralelas, que sirven para apoyar sobre ellas el muro de cerramiento. Para que el muro de cerramiento y los pilares queden más trabados, se suelen colocar “garras” que son trozos de perfiles metálicos, angulares, redondos, etc. soldados a los pilares y metidos dentro del muro. En la perspectiva siguiente se puede observar el doble arriostramiento sobre los ventanales, así como la doble correa de cumbrera de cubierta.

312

Construcción de estructuras metálicas

Doble correa en cumbrera

Correas cubierta

Cercha Soporte

Correa arriostramiento horizontal Ventanal Doble correa arriostramiento horizontal

En las páginas siguientes se detallan las uniones de los arriostramientos de naves, pudiendo observarse la unión de dichos arriostramientos con la base del pilar, a nivel de cimentación, unión a nivel intermedio y en la cubierta.

313

Estructura metálica en naves industriales

ANCLAJE DE SOPORTE METÁLICO DE FACHADA EN CIMENTACIÓN CON ARRIOSTRAMIENTO EN UN LATERAL

perfil de arriostramiento

pilar metálico

cartela cordón de soldadura

macizo de cimentación

pernos de anclaje (Ø ≥ 20 mm)

ALZADO tuercas de nivelación

0,05

cartela

placa de anclaje

perfil de arriostramiento

0,05

PLANTA

314

Construcción de estructuras metálicas

ANCLAJE DE SOPORTE METÁLICO CENTRAL EN CIMENTACIÓN CON ARRIOSTRAMIENTO EN DOS LATERALES pilar metálico perfil de arriostramiento

cordón de soldadura cartela

macizo de cimentación

pernos de anclaje (Ø ≥ 20 mm)

ALZADO tuercas de nivelación

0,05 placa de anclaje cartela perfil de arriostramiento

0,05

PLANTA

315

Estructura metálica en naves industriales

UNIÓN RÍGIDA INTERMEDIA VIGA-PILAR DE FACHADA CON ARRIOSTRAMIENTO HORIZONTAL Y VERTICAL

cartela arriostramiento horizontal placa de continuidad

angular de unión

viga 2/3H

H

tirante de arriostramiento horizontal angular del tirante arriostramiento vertical

perfil de arriostramiento vertical

ALZADO

SECCIÓN

angular de unión

pilar placa de continuidad arriostramiento horizontal PLANTA

316

Construcción de estructuras metálicas

UNIÓN RÍGIDA INTERMEDIA VIGA-PILAR CENTRAL ARRIOSTRAMIENTO HORIZONTAL Y VERTICAL

CON

cartela angular de unión

placa de continuidad viga

arriostramiento horizontal H

2/3H

angular del tirante

tirante de arriostramiento horizontal

perfil de arriostramiento vertical

ALZADO

arriostramiento vertical

SECCIÓN

arriostramiento horizontal angular de unión

pilar placa de continuidad

PLANTA

317

Estructura metálica en naves industriales

UNIÓN EN CUMBRERA Y ARRIOSTRAMIENTO EN DOS LATERALES

correa par cartela

arriostramiento en faldón

perfil acartelado ALZADO

correa

cartela

par

arriostramiento en faldón

PLANTA

318

SECCIÓN

Construcción de estructuras metálicas

UNIÓN EN CABEZA DE PILAR CON ARRIOSTRAMIENTO EN DOS LATERALES

correa

par

arriostramiento en faldón cartela pilar arriostramiento longitudinal

ALZADO

SECCIÓN

arriostramiento horizontal

cartela

pilar

par

arriostramiento en faldón

PLANTA

319

Estructura metálica en naves industriales

En la figura siguiente podemos observar:

- El pilar metálico de 30 cm. de ancho. - El muro de cerramiento exterior de 20 cm. de ancho alineado a la cara exterior - La cercha metálica apoyada encima del pilar. - El arriostramiento de la cubierta en diagonales, en forma de Cruz de San Andrés, con pletina metálica soldada a la cara inferior del angular del cordón superior de la cercha. Se suelda a la cara inferior del angular para que no moleste para la colocación de las correas, que apoyan encima del angular. En el detalle A, dibujo inferior se detalla la soldadura. - El arriostramiento horizontal con perfil UPN soldado en la coronación del pilar metálico. - El arriostramiento en diagonal entre pilares (Cruz de San Andrés). Este arriostramiento debe ir colocado por la parte inferior del horizontal, para evitar que se crucen.

320

Construcción de estructuras metálicas

DET. A

Arriostramiento de la cubierta en cruz de San Andrés

CERCHA

Arriostramiento horizontal Arriostramiento en cruz de San Andrés

20 cm Muro de cerramiento

30 cm Pilar DETALLE A:

Arriostramiento de la cubierta en cruz de San Andrés

Cordón superior cercha

Soldadura a cortante

321

Estructura metálica en naves industriales

NAVES INDUSTRIALES DOTADAS DE PUENTE GRÚA.

Es muy corriente en las naves industriales, tanto de fabricación como de almacenamiento, la utilización de puente-grúa para transportar dentro de ellas los elementos pesados, así como para la carga y descarga sobre vehículos. Esencialmente consiste en una grúa suspendida de una gran jácena (a modo de puente entre ambos laterales de la nave), ambas con movilidad en una dirección (el puente grúa desliza longitudinalmente y la grúa, suspendida del mismo, desliza en sentido transversal, con lo cual conseguimos alcanzar cualquier rincón de la nave, para cargar y descargar mercancía. Dichos puentes-grúa se trasladan o deslizan sobre vigas carril, que apoyan sobre ménsulas cortas soldadas a los soportes metálicos. En las figuras siguientes vemos detalladamente el sistema y su unión con los soportes.

Puente grúa

A Ménsula corta

Soporte

322

Construcción de estructuras metálicas

Puente grúa Soporte Arriostramiento horizontal

Rodamientos Pérfil metálico para desplazamiento puente grúa Ménsula corta

Arriostramiento en cruz de San Andrés

Detalle A

El arriostramiento de estas naves, dada su peculiaridad, la estudiaremos ampliamente. En cubierta se efectúa un arriostramiento similar al visto para el resto de cubiertas de edificios industriales. Donde se requiere un arriostramiento especial es entre pilares, verticalmente, en el sentido del desplazamiento del puente grúa, ya que éste transporta mucho peso y, al arrancar y frenar, produce empujes muy importantes, que tienden a volcar los pilares en el sentido longitudinal de la nave. Este arriostramiento deberá colocarse en todas las crujías, en forma de Cruz de San Andrés, y estará formado por perfiles metálicos de gran sección, capaces de soportar las compresiones y tracciones que le produce el mencionado puente grúa. Normalmente se suelen colocar perfiles UPN.

323

Estructura metálica en naves industriales Cubierta

Soporte

Arriostramiento de nave con puente grúa sentido del desplazamiento

NAVES CON ESTRUCTURA DE PÓRTICOS.

Como su nombre indica son estructuras que adoptan la forma de pórtico.

Clasificación.

Esencialmente se clasifican en pórticos simples y pórticos múltiples, según consten de uno o varios vanos. En función de su forma de unión, los pórticos simples pueden clasificarse, tal como se indica en el esquema siguiente, en:

1.- Articulados, biarticulados y triarticulados. 2.- Empotrados y biempotrados.

324

Construcción de estructuras metálicas

BIARTICULADO

TRIARTICULADO

BIEMPOTRADO

PÓRTICOS MÚLTIPLES

Pórtico (Jácena inclinada) Refuerzo (catelas rigidización) Soporte

DIRECTRIZ RECTA

DIRECTRIZ QUEBRADA

325

Estructura metálica en naves industriales

En función de su sección, unión y refuerzos, los pórticos pueden ser:

1) Pórticos biempotrados

Acartelamiento pilar y viga

Acartelamiento viga

a) Sección constante

c) Sección constante con refuerzos

b) Sección constante con refuerzos

2) Pórticos biarticulados

Acartelamiento Pilar de sección variable b) Sección variable y refuerzos

a) Sección constante

Dintel y pilar de sección variable

c) Sección variable

d) Sección variable grandes luces

3) Pórticos triarticulados

Acartelamiento Pilar de sección variable a) Sección variable y refuerzos

326

Dintel y pilar de sección variable

b) Sección variable

Construcción de estructuras metálicas

Pórticos de nudos rígidos.

En estos pórticos los nudos son rígidos, dando continuidad a la forma y a la distribución de los esfuerzos. En la organización de las cubiertas, sustituyen a las cerchas, por lo que la estructura de la nave se compone de pórticos enlazados por correas. Suelen ser pórticos a dos aguas, adaptándose a la inclinación de los faldones, con lo que se aprovecha más el interior al no existir tirantes. La sustentación del pórtico puede ser con dos articulaciones, con dos empotramientos, que son hiperestáticos, o con tres articulaciones, que es isostático. El trabajo de un pórtico es el de una viga apoyada por medio de empotramiento, en dos soportes. Los elementos que lo forman suelen ser de alma llena, siendo las secciones más utilizadas los perfiles en doble T o en H, formándose, cuando el pórtico es de sección variable, cortando el perfil y soldando palastros, o bien con tres chapas soldadas. Otras secciones interesantes son las de cajón, más favorables por su mayor resistencia a la torsión y que se forman, o por acoplamiento de perfiles simples (2 UPN, etc.) o mediante perfiles y palastros soldados. El tipo de pórtico más utilizado es el directriz recta en la zona inclinada, pudiendo también utilizarse los de directriz quebrada, cuyos esquemas hemos visto anteriormente. Los encuentros se refuerzan, para darle mayor rigidez, con cartelas formadas por trozos de perfiles (cartelas en forma de punta de flauta), que rigidizan el nudo y ayudan a contrarrestar el empuje que ejerce el pórtico hacia el exterior, ya que carece de tirantes interiores. Las correas, al igual que en las cubiertas con cerchas, apoyan sobre los perfiles inclinados que conforman la cubierta. La disposición de los arriostramientos, asimismo, es similar a la estudiada para la cubierta con cerchas. A continuación se detallan las uniones de los perfiles de estos pórticos. C

B

D

A

327

Estructura metálica en naves industriales

El detalle A del pórtico del esquema anterior se ha resuelto con unión rígida y con unión articulada.

DETALLE A ARTICULADO

RIGIDO

HEB 300 HEB 300

CARTELAS DE RIGIDIZACION

ALZADO

PLANTA

328

SOPORTE QUE NO APOYA SOBRE LA PLACA

orificio

UPN 200 SOLDADO A AMBOS LADOS Y CON TALADRO PARA EL PASADOR

PASADOR Y TORNILLO DE ALTA RESISTENCIA QUE SOPORTA EL PESO DEL SOPORTE

Construcción de estructuras metálicas

Para el detalle B se han elegido cinco soluciones diferentes. DETALLE B(

TODAS LAS UNIONES POR SOLDADURA)

1ª SOLUCION JACENA INCLINADA CONECTOR COMPRESIONES

CHAPA

CONECTOR TRACCIONES CARTELA (PUNTA DE FLAUTA) SOPORTE IPN

1 PIEZA

2 PIEZAS (CUANDO LA CARTELA ES MUY GRANDE)

CONECTOR COMPRESIONES

3ª SOLUCION

2ª SOLUCION

POSIBLE CONECTOR TRACCIONES

CONECTOR COMPRESIONES

CONECTOR COMPRESIONES

CARTELA RIGIDIZACION CONECTOR COMPRESIONES

4ª SOLUCIÓN

5ª SOLUCIÓN

329

Estructura metálica en naves industriales

DETALLE C pletina Posible cartela rigidización (tracciones) caso necesario

Jácena pórtico

cartela de rigidización UNIÓN SOLDADA CON PLETINA INTERMEDIA

cartela tracciones

cartela de rigidizacion

UNIÓN SOLDADA SIN PLETINA INTERMEDIA

cartela de rigidización UNIÓN ATORNILLADA PARA MONTAR EN OBRA

330

Construcción de estructuras metálicas

A continuación se detallan las 4 soluciones del detalle D. DETALLE D

(4 SOLUCIONES)

cartelas de rigidización

conector compresiones

conector compresiones

cartelas de rigidización

conector compresiones

NOTA: - TANTO VIGAS COMO SOPORTES SON PERFILES DOBLE T - TODAS LAS UNIONES VAN POR SOLDADURA

CUBIERTAS DE ESTRUCTURA EN FORMA DE ARCOS.

Son estructuras de cubierta que adoptan la forma de arco, pudiendo ser, al igual que los pórticos, biempotrados, biarticulados y triarticulados. Las uniones de los perfiles que forman el arco, al igual que su unión con los soportes, es similar a la que ya hemos estudiado para las vigas de celosía y cerchas.

331

Estructura metálica en naves industriales

Arco tipo viga de celosía

Soporte

MARQUESINAS.

Son estructuras triangulares en ménsula, similares a las cerchas a un agua, empotradas por un extremo y enlazadas entre sí por las correas. Suelen utilizarse para formar aleros, cobertizos, etc. en la parte exterior de las naves industriales.

332

Construcción de estructuras metálicas

CUBIERTAS DE ESTRUCTURA ESPACIAL.

Para conseguir grandes espacios cubiertos sin necesidad de apoyos intermedios, se recurre a las mallas o cubiertas espaciales. Al contrario de lo que ocurre en los entramados planos, en las mallas las tensiones se reparten por distintas barras y en distintas direcciones. Constituyen un sistema de alto grado de hiperestaticidad lo que hace complicado su cálculo. Este sistema permite cubrir grandes espacios con una mínima cantidad de material. Las barras que se usan son perfiles normales industriales (IPN, UPN, T, L, etc.), aunque con preferencia los perfiles tubulares (por su relación inercia/peso) y de éstos preferentemente los de sección circular. Para las uniones en los nudos existen diversos sistemas. El sistema más sencillo, no puramente espacial, es el bi-planario formado por vigas de celosía que se cruzan ortogonalmente (figura izquierda) y el tri-planario formado por dos capas unidas por barras rectas en diagonal que unen los centros de sus bases (figura derecha).

BARRAS SUPERIORES BARRAS INFERIORES DIAGONALES

Los dos tipos de cubiertas espaciales más normales son aquellas cuyo sistema sustentante está formado por cubos (figura izquierda) y el formado por semioctaedros y tetraedros (figura derecha).

333

Estructura metálica en naves industriales

Existen cubiertas espaciales con otros sistemas sustentantes, con formas derivadas de los anteriores, tales como pirámides de base hexagonal regular.

MALLA SUPERIOR

MALLA INFERIOR

DIAGONALES

334

Construcción de estructuras metálicas

En las figuras siguientes vemos algunos detalles de los nudos con barras de sección circular, aparte de los que ya vimos al estudiar las vigas de celosía tubulares. En el detalle de la izquierda vemos la unión soldada directamente. También puede hacerse la unión por medio de rosca atornillada a la esfera. En el de la derecha la unión se efectúa aplastando la terminación. Aplastamiento de perfiles tubulares y atornillado

Soldadura directa a la esfera

Perfiles con rosca atornillada a la esfera

Los apoyos de la estructura sobre los soportes puede efectuarse en el cordón superior o en el cordón inferior, tal como se observa en las figuras siguientes.

335

Estructura metálica en naves industriales

ESTRUCTURAS DE ALTILLOS O ENTREPLANTAS.

Si en el interior de las naves se construyen altillos o entreplantas, las uniones del forjado con las jácenas o vigas admite varias soluciones, en función del tipo de forjado ( viguetas de hormigón, viguetas metálicas, etc.) del tipo de jácena (perfil IPN, viga void, perfil HEB, viga de celosía, etc.) y del tipo de unión que convenga utilizar (soldadura, tornillería, nudos rígidos, vigas pasantes, etc.) Estos detalles los estudiaremos con amplitud en el tema siguiente.

336

TEMA 9.- ESTRUCTURA METÁLICA EN EDIFICIOS DE VIVIENDAS.

INTRODUCCIÓN.

La estructura metálica de un edificio está formada por elementos verticales (soportes) y elementos horizontales (jácenas, correas y forjados). Los soportes y las jácenas se han estudiado en temas anteriores, así como sus uniones. Los forjados de hormigón igualmente han sido estudiados. En este tema se va a profundizar en el estudio de los forjados de viguetas metálicas, sus uniones con las jácenas, uniones de forjados de hormigón con jácenas metálicas, uniones en estructuras mixtas hormigón-acero, etc.

ENTRAMADOS HORIZONTALES.

Los suelos están formados fundamentalmente por elementos horizontales simples (viguetas de forjado), que apoyan en los muros resistentes o enlazan con otros elementos horizontales de mayor importancia (jácenas) que se encargan de transmitir las cargas a los elementos verticales (muros o soportes) que, a su vez, las transmiten a los cimientos.

VIGUETAS. DISPOSICIÓN.

Son elementos que trabajan a flexión y por consiguiente, sus secciones tienen que resistir el momento flector y el esfuerzo cortante que se produzcan. El perfil más idóneo es el I. Las viguetas se colocan normalmente a distancias comprendidas entre 0,60 y 0,80 m. entre ejes (tamaño de bovedillas prefabricadas), aunque la separación puede ser mayor, dependiendo de las cargas que deban resistir y del posible espesor del forjado. El perfil de la vigueta se calcula por la fórmula de la flexión simple: W = M máximo σ admisible.

337

Estructura metálica en edificios de viviendas

donde: W es el módulo resistente del perfil, expresado en cm3., cuyo valor viene dado en los catálogos, obteniendo directamente el canto el perfil. M máximo es el momento flector máximo, obtenido por la luz de cálculo de la vigueta. Como luz de la vigueta se considera la distancia entre los muros más un 5%. Si se apoya en jácenas, la luz de la vigueta se mide entre los ejes de las dos jácenas en que apoya ésta. La luz, para que la vigueta sea económica, no debe sobrepasar los 5,50 m. σ admisible es la tensión admisible del acero, en kp./cm2. Las viguetas se colocan paralelas entre sí y normales a las jácenas o muros donde se apoyan, separadas en función de anchos de las bovedillas.

APOYOS DE VIGUETAS METÁLICAS EN MUROS.

El apoyo tiene como misión transmitir al muro las reacciones verticales de las viguetas. A falta de normativa reguladora de este tipo de apoyos, siguiendo la tradición, si el muro es de suficiente espesor y de buena fábrica de ladrillo, se suele apoyar las viguetas directamente sobre él, asegurándolas contra el posible movimiento lateral con la fábrica de ladrillo continua entre ellas, como se indica en la figura siguiente.

☺

338

Construcción de estructuras metálicas

La longitud de apoyo de las viguetas sobre el muro suele oscilar entre una vez y vez y media su altura, tomando como mínimo 12 cm. y como máximo 1/20 de la luz libre. Para determinar dicha longitud de apoyo es fundamental tener en cuenta las cargas, luz de la vigueta y tipo de material de apoyo. Si el muro ofrece un asiento desigual, antes del apoyo se enrasa la fábrica con mortero de cemento para conseguir la planeidad del mismo. Para enlaces y apoyos, la normativa vigente de forjados, marca unas recomendaciones de tipo general, de acuerdo a la buena construcción. 1.- Las flechas deben limitarse, en función del tipo de elementos verticales que apoyen sobre los forjados, tales como tabiques, muros, etc. 2.-Condición de monolitismo, en que se determina el enlace de las viguetas entre sí y con las vigas de atado perimetral a través del relleno de nervios y senos con hormigón, unidos por una losa de espesor mínimo de 4 cm., por encima de cualquier elemento del forjado. > 4 cm.

3.- En todo el contorno del forjado se colocarán zunchos de hormigón armado para enlazarlo con los muros en que se sustenta y con los transversales. Perimetralmente deben colocarse armaduras de pequeño diámetro que sirvan de conexión entre zunchos, muros y forjado, tal como se detalla en la figura anterior.

APOYO DE JÁCENAS METÁLICAS SOBRE MUROS DE FÁBRICA DE LADRILLO. A).- Cuando el ancho del muro disminuye en la planta superior. La jácena metálica apoya parcialmente encima del ladrillo, añadiendo unas armaduras de conexión soldadas a la jácena y ancladas al zuncho de hormigón armado perimetral, tal como se detalla en la figura siguiente.

339

Estructura metálica en edificios de viviendas

B).- Cuando el ancho del muro es constante. El sistema es similar al descrito anteriormente, con la única diferencia de la proximidad entre zuncho y jácena, tal como se indica en la figura siguiente.

340

Construcción de estructuras metálicas

APOYO DE VIGAS O JÁCENAS Y VIGUETAS METÁLICAS SOBRE HORMIGÓN.

En función de la carga que soporten las vigas o viguetas existen tres grupos: cargas pequeñas, cargas grandes y cargas muy grandes. A.- Cargas pequeñas y medianas. Es suficiente con la colocación de un angular metálico o similar, anclado al muro con pernos de anclaje, para evitar el apoyo directo del acero sobre el hormigón y, al propio tiempo, evitar desconchados en las esquinas como consecuencia de las flechas de las vigas. En la figura siguiente se detalla en planta y en alzado; además se ha añadido limitador de movimiento o dilatación, para caso de apoyo en dilatación controlada.

341

Estructura metálica en edificios de viviendas

B.- Con cargas grandes. Al tratarse de cargas puntuales grandes, es necesario repartir dicha carga puntual, para lo cual se coloca sobre el hormigón una placa metálica de apoyo, anclada al muro o pilar de hormigón, con pernos. En el dibujo siguiente se detalla la unión mencionada.

C.- Con cargas muy grandes. Para repartir la gran carga se utilizan dos trozos de perfil metálico colocados encima de las placas de anclaje, con lo cual el reparto de cargas se efectúa entre una zona de apoyo mayor, tal como se muestra en el dibujo siguiente.

342

Construcción de estructuras metálicas

APOYO DE VIGUETAS METÁLICAS EN JÁCENAS O VIGAS.

Se puede establecer una primera clasificación, según el lugar de colocación de las viguetas sobre la jácena: viguetas apoyadas encima de la jácena y viguetas apoyadas lateralmente a ella. Posteriormente se estudiará, dentro de cada grupo, el tipo de unión o enlace: apoyo libre, articulación, empotramiento, etc.

Apoyo de viguetas metálicas encima de la jácena.

La forma de colocación más sencilla es que las viguetas del forjado apoyen directamente encima de las vigas o jácenas (sean éstas de cualquier tipo: IPN, IPE, HEB, vigas void, vigas de celosía, etc.), tal como se observa en el siguiente detalle.

343

Estructura metálica en edificios de viviendas

Cuando a una jácena le acometen, por ambos lados, viguetas de forjado apoyadas encima, éstas pueden disponerse una junto a otra, cruzándose encima de la jácena (figura siguiente izquierda) o bien ir enfrentadas (figura derecha). En este caso, para darles continuidad, puede interesar soldar los extremos de las mismas, o bien soldarle una pletina de unión, colocada en la parte superior, que sirve de transmisor de tracciones.

pletina de continuidad (conector de tracciones) viguetas

viguetas

IPN

jácena

IPN

forjado

jácena

de

jácena

viguetas

ALZADO

ALZADO

pletina de continuidad viguetas viguetas

viguetas

viguetas

PLANTA VIGUETAS NO ENFRENTADAS

344

jácena

jácena

viguetas

PLANTA VIGUETAS ENFRENTADAS

Construcción de estructuras metálicas

Las viguetas metálicas enfrentadas, apoyadas encima de la jácena, también pueden colocarse independientes, sin ningún nexo de unión entre ambas, como se indica en el dibujo siguiente.

Forjado IPN apoyado encima de la jácena

Jácena IPN

Una vez que estén colocadas las viguetas justamente en su sitio, para evitar su desplazamiento lateral, durante la colocación de las bovedillas, se unen éstas a las jácenas con unos puntos de soldadura, con lo cual se consigue inmovilizarlas. El mencionado desplazamiento también se podría evitar colocando una bovedilla en cada extremo de la crujía de viguetas. En los dibujos siguientes se detallan ambas opciones.

Si se quiere conseguir una mayor conexión entre las viguetas apoyadas y la jácena, en vez de colocar unos simples puntos de soldadura para inmovilizarlas, como se ha indicado anteriormente, se puede efectuar un cordón continuo de soldadura, que abarque el ala completa de la vigueta en contacto con la jácena, tal como se detalla en el dibujo siguiente. Si fuera necesario, también podría soldarse por la parte inferior toda la superficie de contacto entre ambas. 345

Estructura metálica en edificios de viviendas

Vigueta contínua

Vigueta metálica de extremo

Soldadura

Soldadura Jácena extemo

Jácena central

Alzado

Alzado

Apoyo de viguetas metálicas en el lateral de la jácena.

Si queremos disminuir el cuelgue de las jácenas, se disponen las viguetas apoyadas lateralmente constituyendo un embrochalado. Con esta opción, además, se consigue el arriostramiento transversal de las jácenas. Si interesa que las alas superiores de jácena y vigueta queden enrasadas, hay que cortarle a las viguetas un trozo de su ala superior. En caso de no cortársela, la jácena sobresaldrá ligeramente por encima de las viguetas, lo que no implica ninguna complicación, puesto que el saliente superior de la jácena queda embebido en el hormigón de la capa superior. En las figuras siguientes se detallan ambas soluciones. En los casos de viguetas de forjado apoyado o empotrado lateralmente a una jácena metálica, siempre es necesario colocar un angular de apoyo o montaje, que sirve para el apoyo de las viguetas de forjado. En caso de que las viguetas vayan soldadas a la jácena, dicho angular podrá eliminarse una vez finalizada la soldadura de unión entre ambas.

vigueta forjado

angular de montaje

ALAS SUPERIORES NIVELADAS

346

vigueta forjado

angular de montaje

ALAS SUPERIORES DESNIVELADAS

Construcción de estructuras metálicas

VIGUETA EMPOTRADA NIVELADA POR LA PARTE SUPERIOR

JÁCENA

Cuando el forjado apoya lateralmente a la jácena el angular metálico, de apoyo del mismo, no se puede eliminar. Dicho angular puede ser continuo o con trozos para apoyo individual de cada vigueta.

Forjado apoyado lateralmente Jácena IPN Angular de apoyo

En las figuras siguientes se detallan uniones diversas: -

Forjados apoyados con desnivel: un apoyo lateral y otro encima. Forjados empotrados nivelados con la cara superior de la jácena. Forjados empotrados con desnivel, unidos a la misma jácena o bien recreciendo la jácena para conseguir el desnivel necesario. Embrochalamiento empotrado con cartela de rigidización. Apoyos de viguetas metálicas de distinto canto, con taco nivelador.

347

Estructura metálica en edificios de viviendas

Desnivel Forjado apoyado lateralmente

Forjado apoyado encima de la jácena

Jácena IPN

Angular de apoyo

UNIONES DE FORJADOS EMPOTRADOS NIVELADOS POR ENCIMA CON JÁCENAS METÁLICAS

Viguetas metálicas

Angular de apoyo

Viguetas metálicas

Jácena IPN

Cortando el ala superior Viguetas metálicas

Angular de apoyo

348

Viguetas metálicas

Jácena IPN

Construcción de estructuras metálicas

FORJADOS EMPOTRADOS CON DESNIVEL

Desnivel

Viguetas metálicas

Viguetas metálicas Jácena IPN Angular de apoyo

Perfil recrecido para conseguir mayor desn Viguetas metálicas

Desnivel Angular de apoyo Viguetas metálicas

EMBROCHAMIENTO EMPOTRADO cartela de rigidización del alma (compresiones)

pletina de empotramiento del brochal

viga embrochalada

jácena metálica

349

Estructura metálica en edificios de viviendas

APOYO DE VIGUETA METÁLICA DE DISTINTO CANTO SOBRE VIGA METÁLICA

viguetas de forjado

taco metálico nivelador de altura

jácena metálica

Cuando las jácenas están formadas por perfiles de alma llena, cualquier solución es válida, puesto que dispones de todo el alma para que las viguetas puedan acometer. En caso de utilizar vigas void o vigas de celosía, presentan la dificultad de que dicha unión debe efectuarse soldando las viguetas sobre las zonas donde exista alma, en el caso de vigas void y sobre las montantes en caso de vigas de celosía. En la primera de las tres figuras siguientes el forjado de viguetas metálicas apoya encima de la viga void, sin tapar orificios. En la segunda de ellas, el forjado apoya lateralmente, sin tapar orificios, con la ayuda de un perfil auxiliar (angular de apoyo), atornillado o soldado a la viga. Y en la tercera el forjado va empotrado, con orificios tapados, y con angular de apoyo.

350

Construcción de estructuras metálicas

351

Estructura metálica en edificios de viviendas

En el detalle siguiente vemos la el embrochalado de viguetas metálicas con una viga de celosía, cuyos cordones son perfiles T simple, con las viguetas de forjado apoyadas o soldadas a los montantes de la misma.

352

Construcción de estructuras metálicas

Cuando las vigas de celosía sean importantes, por soportar muchas cargas o tener mucha longitud, normalmente sus cordones superior e inferior suelen ser dos perfiles UPN soldados a tope, en cajón, las uniones del forjado se pueden efectuar por alguno de los siguientes sistemas, cuyos dibujos se insertan a continuación. - forjado apoyado encima de la viga de celosía. - forjado apoyado o empotrado lateralmente al cordón superior, con ayuda de un angular metálico de apoyo o montaje. - la misma opción anterior, son las viguetas de forjado de mayor canto que el del cordón superior. Se coloca una pletina intermedia soldada al cordón superior de la viga de celosía y a ella se une, apoyada o soldada, la vigueta de forjado, con ayuda de angular de apoyo. Para evitar el pandeo de la pletina intermedia, se le coloca por la parte posterior una cartela de rigidización soldada al cordón superior y a la propia pletina.

UNIONES DE FORJADO DE VIGUETAS METÁLICAS CON VIGAS DE CELOSÍA

353

Estructura metálica en edificios de viviendas

354

Construcción de estructuras metálicas

Otros tipos de uniones de viguetas metálicas de forjado con las jácenas.

Si buscamos una unión con cierto grado de articulación, evitando transmisión de esfuerzos, fundamentalmente torsiones, del forjado a la jácena, la unión puede efectuarse con angulares metálicos, soldados a la jácena y atornillados a la vigueta de forjado.

En las uniones en las que el cordón de soldadura sólo va en la parte inferior y con longitud menor de los 2/3 del alma, se consideran como apoyos simples con libertad de giro, como se indica en la figura siguiente, en la que ya se ha eliminado el angular de apoyo para evitar que limite el giro del forjado.

El mencionado cordón de soldadura es el que absorbe el esfuerzo cortante. En caso de no tener suficiente capacidad para soportarlo, puede 355

Estructura metálica en edificios de viviendas

añadirse más cordón de soldadura, pero no directa entre ambas piezas, sino colocando angulares soldados sólo con cordones verticales la unión entre jácena y vigueta, confiando a su deformabilidad la flexibilidad de la unión, como se indica a continuación. Esta unión puede funcionar también sin necesidad de soldar directamente el alma de la vigueta.

En los apoyos con uniones soldadas, podemos conseguir un empotramiento más o menos rígido, lo que permitiría, al disminuir los momentos máximos de flexión, disminuir así mismo la sección de perfil empleado. Sin embargo, al tener en cuenta las flechas mínimas, vemos que no es una solución interesante. Por otra parte, en los apoyos extremos, si la unión es rígida, la flexión de la vigueta produce torsión en la jácena, como consecuencia del giro que la vigueta le impone al flectar, como se indica en la siguiente figura.

356

Construcción de estructuras metálicas

Desde el punto de vista económico, puede ser interesante conseguir que las viguetas trabajen como continuas, logrando una importante reducción de momentos positivos, apareciendo momentos negativos, y una gran reducción de la flecha, por lo que podrán utilizarse perfiles de menor canto, con la consiguiente economía para la obra.

Cuando el apoyo de las viguetas se efectúa encima del ala superior de la jácena, la continuidad se consigue, de las dos formas siguientes: colocando la vigueta continua de una pieza, tal como se indica en el dibujo anterior o bien empalmando las viguetas en los puntos de momentos mínimos, soldándole platabandas a ambos lados de las mismas, y si fuese necesario en la parte superior e inferior, para conseguir dicha continuidad, tal como se detalla en el dibujo siguiente.

Cuando la unión apoyo es embrochalado, las tracciones se transmiten con platabandas uniendo las alas superiores de las viguetas, mientras que las compresiones se transmiten a través del alma de la viga que actúa de placa de reparto, como se indica en los dibujos siguientes.

357

Estructura metálica en edificios de viviendas

Angular de apoyo Platabanda

Vigueta

Vigueta

Angular de apoyo

Cuando dos tramos de forjado, de igual canto, acometen empotrados a una jácena metálica, la transmisión de tracciones suele efectuarse, tal como hemos indicado anteriormente, con una pletina de continuidad, uniendo la parte superior de la jácena con la de las viguetas. Dicha pletina quedará recubierta por la capa de hormigón de 4 cm. que se coloca en la parte superior del forjado, con su correspondiente mallazo, tal como se detalla en el dibujo siguiente.

358

Construcción de estructuras metálicas

mallazo

pletina de continuidad

capa de hormigón ≥ 4 cm.

vigueta metálica de forjado

angular de montaje

soldaduras jácena metálica

Los forjados de viguetas metálicas normalmente no necesitan armadura de momentos negativos nunca. No obstante, en caso de no poderle colocar pletinas de conexión de tracciones, o que éstas sean insuficientes, o que se pida sólo un cierto grado de empotramiento, podemos colocar la armadura de momentos negativos necesaria, tal como se indica en la siguiente figura.

ØMom. negativo mallazo

capa de hormigón ≥ 4 cm.

Lb II

vigueta metálica de forjado

soldaduras

angular de montaje jácena metálica

Existe un caso claro en el cual el forjado de viguetas metálicas empotradas necesita armadura de momentos negativos, y es el especificado en el dibujo adjunto. Las viguetas del forjado van enrasadas con la cara inferior de la jácena, soldadas lateralmente. Al ser el canto total del forjado bastante alto, para que la jácena quede totalmente embebida en el mismo, la vigueta metálica se queda en la mitad inferior del forjado, con lo cual está toda ella en zona de compresiones. En la parte alta del forjado 359

Estructura metálica en edificios de viviendas

no existe ningún tipo de armadura para absorber los momentos negativos del empotramiento. Es necesario, por tanto, colocar armadura de momentos negativos, anclados de acuerdo a la Instrucción de forjados. ØMom. negativo Lb II

Lb II

mallazo

canto total del forjado

vigueta metálica de forjado

soldaduras jácena metálica

Si los cantos de las viguetas que acometen a la jácena, son distintos en ambos lados de la misma, y las cargas que llegan a la jácena son pequeñas, es suficiente con unir ambas viguetas a la jácena, sin cartelas de rigidización. En caso de que las luces sean grandes, o las cargas sean importantes, las compresiones producidas sobre el alma de la jácena por la vigueta de menor canto es necesario transmitirlas a la vigueta de mayor canto, para evitar abollamientos en el alma de la jácena. Para ello se emplean las disposiciones de las figuras siguientes. En la figura izquierda la transmisión de compresiones de la vigueta menor a la mayor se puede realizar de las dos formas indicadas en el dibujo: colocar en el alma de la vigueta de mayor canto una pletina o conector de compresiones dando continuidad al ala de la vigueta menor; o bien colocarle como apoyo de la vigueta menor un trozo de perfil, a modo de conector de compresiones, que llegue hasta el nivel del ala inferior de la vigueta de mayor canto. En la figura derecha se corta el ala de la vigueta de menor canto y se le suplementa chapa para, posteriormente, volverle a soldar el ala, nivelándola con la de mayor canto. En ambos casos conviene unir las viguetas por la parte superior con una pletina, como conector de tracciones.

360

Construcción de estructuras metálicas

pletina

pletina (conector de traciones)

conector de compresiones

vigueta

conector de compresiones ó angular de apoyo

vigueta

vigueta

vigueta de mayor canto jácena

jácena

Para evitar la transmisión de tracciones y compresiones, desde ambas viguetas, a la jácena, se puede adoptar la solución del dibujo siguiente, consistente en cortarle a ambas viguetas de forjado un trozo de las alas superiores e inferiores. Según la longitud de ala que se corte, el apoyo de las viguetas sobre el angular de apoyo será como se indica en el forjado izquierdo, que todavía apoya el ala inferior sobre el angular, o como se indica en el forjado derecho, donde sólo apoya el alma.

361

Estructura metálica en edificios de viviendas

FORJADOS DE VIGUETAS METÁLICAS ENRASADOS CON LA PARTE INFERIOR DE LAS JÁCENAS.

En ocasiones puede ser necesario que las jácenas y viguetas queden enrasadas por su parte inferior, como podría ocurrir en el antepecho de un anfiteatro, en el frente de una marquesina volada, etc. Si las jácenas son de alma llena, el procedimiento de ejecución es similar al que hemos visto para jácenas y forjados nivelados por la parte superior, tal como se detalla en los dibujos siguientes.

Si se trata de vigas de celosía, las viguetas metálicas de forjado apoyarán sobre el cordón inferior de la misma, con la ayuda de unas pletinas de apoyo o montaje de las viguetas, soldadas en la parte inferior de la viga de celosía, como se detalla en el dibujo siguiente. 362

Construcción de estructuras metálicas

Cordón superior e inferior de la viga de celosía

vista de perfil

viguetas

pletina para apoyo de la vigueta (montaje)

Pletina Vigueta IPN

SECCIÓN DE UN FORJADO CON VIGUETAS METÁLICAS IPN.

En los dibujos siguientes se representan las dos secciones típicas de forjado de viguetas metálicas IPN, con bovedilla cerámica, con las opciones de colocar o no la pieza cerámica especial de protección del ala inferior de la vigueta de forjado, para evitar contactos con enlucidos.

363

Estructura metálica en edificios de viviendas

APOYOS DE VIGUETAS DE HORMIGÓN EN JÁCENAS O VIGAS METÁLICAS.

Apoyo de las viguetas encima de las jácenas.

La mejor solución es la de apoyo de las viguetas de hormigón directamente encima de la jácena metálica. En las jácenas centrales las viguetas deberán apoyarse una junto a la otra, ya que el ala superior de la jácena, normalmente, es muy estrecha y no hay espacio suficiente para el apoyo enfrentado de ambas viguetas.

364

Construcción de estructuras metálicas

Si el ala superior de la jácena tiene suficiente anchura, el apoyo puede efectuarse enfrentando las viguetas. Ver dibujo siguiente.

Forjado apoyado encima de la jácena

Jácena IPN

365

Estructura metálica en edificios de viviendas

Apoyo de las viguetas de hormigón en los laterales de las jácenas metálicas.

Si la jácena de apoyo es un perfil HEB, que tiene las alas de mayor dimensión y los lados paralelos, la unión puede efectuarse introduciendo las viguetas del forjado lateralmente dentro de la jácena.

En el caso de que exista esfuerzo cortante de cierta importancia, y el apoyo sea arriesgado para soportarlo, se puede macizar una zona de unos 20-25 cm. junta a la jácena metálica, quitando la primera bovedilla y encofrando por la parte inferior, con lo cual las viguetas de hormigón quedan embebidas en el hormigón y toda la franja hormigónada queda apoyada en la jácena, con lo que se absorbe la totalidad de esfuerzo cortante sin ningún riesgo. También podríamos apoyar las viguetas del forjado lateralmente a cualquier jácena, colocándole un angular de apoyo suficientemente ancho que nos garantice un buen apoyo.

366

Construcción de estructuras metálicas

En el caso de necesitar que exista un desnivel entre los forjados de ambos laterales de la jácena, puede solucionarse de forma similar a como vimos para viguetas metálicas. No obstante se adjuntan algunos dibujos con posibles soluciones.

Desnivel Forjado apoyado lateralmente

Forjado apoyado encima de la jácena

Jácena IPN

Angular de apoyo

Desnivel

Forjado apoyado lateralmente

Forjado apoyado lateralmente Jácena IPN Angular de apoyo

En caso de que las viguetas de hormigón hayan quedado cortas y no lleguen para apoyar en la jácena, se puede adoptar la solución indicada en el dibujo siguiente, consistente en colocar unas armaduras inclinadas de cuelgue de las viguetas, que conectan la parte inferior de las viguetas con la parte superior de la jácena. Se le añade a las viguetas, en la parte inferior, unas armaduras de conexión con la jácena, y se hormigóna el conjunto, con lo cual las viguetas quedan embebidas en el hormigón y conectadas a la jácena.

367

Estructura metálica en edificios de viviendas

UNIONES DE JÁCENAS METÁLICAS CON EMPOTRADOS DE VIGUETAS DE HORMIGÓN.

FORJADOS

Para conseguir el empotramiento de las viguetas de forjado de hormigón, es necesaria la correcta colocación de la armadura de momentos negativos, que precisen las viguetas, y que la misma quede suficientemente anclada, para que sea capaz de absorber los momentos negativos existentes. La unión entre ambas puede efectuarse con forjado lateral o encima de la jácena metálica.

Unión con viguetas de hormigón que acceden lateralmente a la jácena metálica.

En los dibujos siguientes se detallan las formas correctas de colocación de la armadura de momentos negativos que necesitan las viguetas de hormigón. En todos los casos el forjado se apoya encima del angular soldado a la jácena. 1.- La armadura de momentos negativos pasa por encima de la jácena, con longitud de anclaje suficiente a ambos lados. Estas armaduras quedan embebidas dentro del hormigón de la capa superior del forjado. En el caso de vigueta de extremo de forjado, la armadura podría soldarse a la jácena.

368

Construcción de estructuras metálicas

de la jácena

Viguetas de hormigón

Angular de apoyo

Viguetas de hormigón

Jácena IPN

2.- La armadura de negativos atraviesa la jácena metálica, por unos orificios que, previamente, se le han efectuado a la misma.

Ø M atraviesa por un agujero la jácena IPN Viguetas de hormigón

Angular de apoyo

Viguetas de hormigón

Jácena IPN

3.- La armadura de momentos negativos se suelda a la jácena, con patilla. Ø M soldado a la jácena

Viguetas de hormigón

Angular de apoyo

Viguetas de hormigón

Jácena IPN

369

Estructura metálica en edificios de viviendas

4.- Los redondos de armadura de momentos negativos acaban en patilla y se anclan al otro lateral de la jácena, para lo cual es necesario la existencia de hormigón en dicha zona, para poder anclar dicha armadura.

Ø M con patilla anclada al otro lado de la jácena IPN (necesario que exista hormigón) Hormigón Viguetas de hormigón

Angular de apoyo Jácena IPN

5.- En el caso de que las viguetas hayan quedado cortas, tanto en apoyo central como en extremo, se coloca armadura inclinada de cuelgue, que conecte la vigueta con la jácena. Por la parte superior de la jácena se coloca el armado de momentos negativos.

Ø M (empotramiento) Armaduras de cuelgue ancladas ó soldadas a la jácena Vigueta de hormigón corta Jácena IPN Zona macizada

Unión con viguetas de hormigón apoyadas encima de la jácena metálica.

Para conseguir un buen empotramiento, con forjado sobre jácena metálica, la solución de mayor garantía es la utilización de una viga mixta, formada por la jácena metálica en la zona inferior y un zuncho o viga de 370

Construcción de estructuras metálicas

hormigón armado, en la zona superior. Normalmente la pieza de hormigón armado lleva poca armadura, puesto que la forma de trabajo del conjunto es la siguiente: las tracciones (zona inferior de la viga) las absorbe la jácena metálica y las compresiones (zona superior) las soporta la jácena de hormigón. En los extremos puede ser necesaria armadura de refuerzo de momentos negativos.

La viga mixta puede ejecutarse de dos formas: 1.- Ambas vigas son independientes y la conexión entre ellas se efectúa mediante conectores soldados a la jácena metálica e introducidos en la de hormigón. Los conectores pueden ser: redondos, trozos de perfil, cartelas con garras abiertas, angulares, etc. 2.- La parte superior de la jácena metálica se introduce en la jácena de hormigón. Los cercos se sueldan a la jácena metálica, con lo cual no son necesarios los conectores. En los tres dibujos siguientes se detallan las uniones mencionadas. El primero es la unión empotrada en extremo de forjado. En el segundo y tercer dibujo se detalla la misma unión, con forjado empotrado por ambos lados de la viga mixta. Obsérvese que las vigas mixtas de los dos últimos dibujos son de cada uno de los tipos mencionados anteriormente.

Ø M soldado a la jácena Conector soldado a la jácena IPN

Zuncho H.A Jácena IPN

371

Estructura metálica en edificios de viviendas

372

Construcción de estructuras metálicas

FORJADOS DE VIGUETAS DE HORMIGÓN APOYADOS EN JÁCENAS METÁLICAS EN ZONA SÍSMICA.

En zonas sísmicas es necesario anclar el forjado a la jácena, con el fin de que no pueda desplazarse, ni elevarse, como consecuencia de las acciones del sismo sobre la estructura. Si el grado sísmico es importante, se recurre a la unión empotrada, vista anteriormente, utilizando vigas mixtas. Para zonas con sismo poco importante, cualquier sistema que le confiera al forjado conexión con la jácena será suficiente. La opción de forjado simplemente apoyado no se considera aceptable. Las viguetas de hormigón apoyadas encima de la jácena podrán colocarse enfrentadas, o no enfrentadas, tal como se detalla en los dibujos siguientes. Existen tres elementos que finalmente han que quedar unidos entre sí: jácena metálica, hormigón vertido sobre la jácena y forjado. La unión de la jácena con el hormigón existente en su parte superior se efectúa mediante conectores metálicos soldados a la jácena e introducidos dentro del hormigón. Estos conectores pueden ser: redondos, trozos de perfil, etc. y se suelen colocar uno o dos entre cada crujía de viguetas. Los conectores pueden soldarse encima de la jácena (soldadura trabajando a tracción: primera figura siguiente) o a los laterales de las alas de la jácena (soldadura trabajando a cortante: segunda figura).

Conector que une la viga metálica con hormigón Conector que el une Vigueta de hormigón

Hormigón sobre la jácena JPN

JÁCENA IPN

373

Estructura metálica en edificios de viviendas

No se coloca la bovedilla sobre la jácena y se maciza de hormigón Viguetas de hormigón Conectores soldados a la jácena

La conexión de las viguetas con el hormigón se consigue introduciéndolas dentro del hormigón y uniendo las armaduras inferiores de las viguetas o bien colocándole unas armaduras suplementarias que conecten las viguetas de ambos laterales. Esta conexión es necesaria para el caso de viguetas enfrentadas. En el caso de viguetas que se cruzan, no es necesaria dicha conexión, puesto que todas las viguetas quedan introducidas dentro del hormigón, tal como se detalla en las siguientes figuras.

374

Construcción de estructuras metálicas

375

Estructura metálica en edificios de viviendas

376

Construcción de estructuras metálicas

La conexión de las viguetas de hormigón con la jácena metálica también puede efectuarse con conexión directa, mediante conectores en forma de U, que envuelvan a la vigueta por la parte superior y soldados a las alas de la jácena, tal como se detalla a continuación. Conector metálico para evitar que se levante el forjado, soldado al ala de la jácena para evitar soldadura a tracción

JÁCENA IPN

Igualmente puede efectuarse la conexión del conjunto colocando, por la parte superior del forjado, un perfil pequeño o un redondo grueso, transversalmente a las viguetas, justamente por encima de la jácena y conectado a la misma con conectores soldados, como se detalla en la figura siguiente. Conectores de la jácena metálica y la armadura que sujeta el forjado por encima soldada a la jácena

Armadura gruesa o perfil metálico pasante por encima de todas Armadura gruesa o perfil m las viguetas deldeforjado por encima todas las vig

Vigueta de hormigón

JÁCENA IPN

Hormigón sobre la jácena

FORJADOS DE VIGUETAS METÁLICAS APOYADOS EN JÁCENAS METÁLICAS EN ZONA SÍSMICA.

Es imprescindible unir jácena y vigueta para evitar movimientos verticales y desplazamientos. Para zonas sísmicas no excesivamente elevadas, es suficiente con soldar ambas piezas, tal como se detalla en el dibujo siguiente. Si el sismo fuese muy importante, sería necesario añadir perfiles soldados o atornillados para reforzar dicha unión.

377

Estructura metálica en edificios de viviendas

Forjado IPN apoyado encima de la jácena

Forjado IPN apoyado encima de la jácena

Soldadura

Soldadura JÁCENA

Jácena IPN

Vista lateral

Vista frontal

Otra opción aceptable sería la utilización de viga mixta, con buenos conectores y las viguetas metálicas del forjado se empotrarían a la jácena de hormigón, con la ayuda de placas metálicas de anclaje. Ver figura siguiente. FORJADO DE VIGUETAS METÁLICAS EMPOTRADO EN VIGA MIXTA Placa de anclaje Conector

Viguetas metálicas soldada a la placa de anclaje

Angular de apoyo Zuncho / viga H.A

Jácena IPN

ENLACE DE SOPORTES METÁLICOS CON FORJADOS DE HORMIGÓN ARMADO.

Estos enlaces se utilizan normalmene en los forjados sin vigas, tales como forjados reticulares, placas de hormigón armado, etc. Se sueldan al pilar perfiles cruzados que quedan embebidos en el hormigón. Pueden utilizarse perfiles UPN, angulares, etc. El enlace de jácenas de hormigón armado con pilares metálicos también puede efectuarse con este tipo de unión, asegurando el cortante junto al pilar y la buena conexión de estos perfiles con el armado de la jácena de hormigón. 378

Construcción de estructuras metálicas

Para forjados con pocas cargas y poco importantes, la conexión puede efectuarse con perfiles angulares L, tal como se detalla en el dibujo siguiente.

379

Estructura metálica en edificios de viviendas

Para conexión con forjados reticulares o losas con cargas normales, los perfiles de conexión con el pilar metálico tienen que ser más importantes. Suelen utilizarse perfiles UPN, que por cuestiones de comodidad conviene que tengan el alma junto al soporte, para facilidad de soldadura. A continuación se describen estas uniones, con cinco perspectivas. En las dos primeras se detalla esta unión para el caso de pilar central y de medianera, siendo el pilar un perfil HEB, la conexión se efectúa con perfiles UPN y se añaden pletinas para dar continuidad a los perfiles UPN que se cortan en los cruces.

HEB 300 Pilar central

Pletina soldada para dar continuidad al perfil

UPN formando cruceta punzonamiento

380

Construcción de estructuras metálicas

HEB 300 Pilar Medianera

Pletina soldada para dar continuidad al perfil

UPN formando cruceta punzonamiento

En las tres perspectivas siguientes, con pilares formados por 2 UPN en cajón, se detalla la conexión del pilar metálico con el forjado reticular, en los casos de pilar central, de medianera y de esquina. Obsérvese que, en los pilares de medianería y de esquina, a los perfiles UPN que van por la parte posterior del pilar se les corta un trozo de alas para poderlo unir con el alma al pilar y disponer de más espacio para soldadura.

381

Estructura metálica en edificios de viviendas

PILAR CENTRAL

382

Construcción de estructuras metálicas

383

Estructura metálica en edificios de viviendas

DISPOSICIONES DE UNA ESTRUCTURA METÁLICA EN EDIFICIOS PARA VIVIENDAS.

Entre múltiples disposiciones de una estructura, podemos considerar como más normales, en edificios de viviendas: a) Sistema tradicional por combinación de entramados horizontales y verticales. b) Sistemas en voladizo. c) Sistemas colgados.

384

Construcción de estructuras metálicas

a).- Sistema tradicional: Las cargas que recogen los entramados horizontales o pórticos se transmiten a los entramados verticales (soportes y pórticos) y a través de ellos, a la cimentación y al terreno. Los pórticos se pueden disponer en sentido paralelo a la fachada principal, en sentido transversal, o combinando ambos, tal como se detalla en las 3 figuras siguientes. De las 3 opciones, la tercera es la que más rigidiza el conjunto, porque combina ortogonalmente los pórticos. La distancia entre ejes de soporte (luz de viga) varía entre amplios límites, aunque lo más normal, en edificios de viviendas, es de 5 a 6 metros, y la distancia entre entramados verticales (luz de vigueta o forjado) de 4 a 5,50 metros. Ambas dimensiones están dentro de los límites prudentes y económicos.

385

Estructura metálica en edificios de viviendas

b).- Sistema en voladizo: pueden ser de de dos tipos. Un gran núcleo central de hormigón armado (figura izquierda) del cual salen en voladizo todas las jácenas que soportan en forjado, o bien con dos núcleos centrales de hormigón armado, con una o varias crujías intermedias (figura derecha), transmitiéndose a ellos las cargas de los voladizos, como puede observarse en las figuras siguientes. Núcleos centrales de H.A.

Núcleo central de H.A. crujías intermedias Jácenas voladas

c).- Sistemas colgados: Tal como indica el enunciado, el sistema consiste esencialmente en que los pilares van colgados. Existen dos sistemas de ejecución y en ambos se queda la planta baja y el sótano exentos de pilares.

386

Construcción de estructuras metálicas

En la solución de la izquierda, se disponen dos filas de pilares o núcleos de hormigón armado, unidos por su parte superior mediante una gran jácena de hormigón armado, de la cual van colgados los soportes metálicos o elementos verticales que sostienen la estructura del edificio. En la opción de la derecha, se dispone de un gran núcleo de hormigón armado, con una plataforma de hormigón armado en su coronación, a modo de seta, de la que, al igual que en el sistema anterior, van colgados los soportes metálicos. Debe cuidarse la unión de los nudos, ya que los soportes metálicos trabajan a tracción y la resistencia a tracción de la soldadura es limitada. Conviene colocarle, aparte de la soldadura, tornillos de alta resistencia. Tanto en los sistemas en voladizo como colgados, los núcleos y cabezas se construyen de hormigón armado, consiguiendo de esta forma tanto la rigidez necesaria a los esfuerzos horizontales, como la protección contra el fuego, aprovechando los núcleos centrales para la ubicación de los transportes verticales (ascensores y escaleras). Jácenas H.A

Plataforma H.A

Núcleo

pilares de H.A.

Soportes tracción suspendidos de la plataforma

Soportes tracción suspendidas de la jácena

Núcleo

pilares de H.A. P.baja Sótano 1 Sótano 2 Sótano 3

P.baja Sótano 1 Sótano 2 Sótano 3

VOLADIZOS. DISPOSICIÓN Y EJECUCIÓN.

Si la longitud del voladizo es pequeña, existen tres sistemas para solucionar el vuelo:

387

Estructura metálica en edificios de viviendas

a).- Prolongar las jácenas, soldándolas a los pilares, por la parte exterior.

Esta solución es válida solamente para voladizo pequeños, puesto que la jácena volada no tiene contrapesa o continuidad en el interior del vano, y toda su resistencia se confía a la soldadura de unión con el pilar, que al ser voladizo existen tracciones importantes. Jácena interior Pilar IPN Jácena voladizo

a)-Prolongar las vigas soldándolas a los pilares Forjado

Jácena interior

Pilar IPN Jácena voladizo

PLANTA

2 UPN A TOPE

IPE

ALZADO

388

IPE

Construcción de estructuras metálicas

b).- Soldar las viguetas del voladizo a los pilares y a la viga de fachada. Jácena interior Pilar IPN

Jácena fachada (torsión) zuncho de borde Forjado Viguetas soldadas a la jácena e fachada(torsión)

Vigueta soldada al pilar

b)-Soldar trozos de viguetas a pilares y viga de borde

Esta solución tiene el inconveniente de producir importantes torsiones a la jácena de fachada, ya que las viguetas del voladizo van soldadas lateralmente a ella, sólo por el lado exterior. Al efectuar el cálculo debemos tener presente dichas torsiones. Para evitar o, al menos, disminuir esas torsiones, se colocan pletinas metálicas que enlazan la vigueta en voladizo con un par de viguetas del interior. Estas pletinas se suelen colocar en viguetas voladas alternas, con lo cual el “tirón” de torsiones sobre la jácena de fachada se reparte parcialmente entre las viguetas de forjado interiores. Pletina (viguetas alternas)

Voladizo

Jácena

389

Estructura metálica en edificios de viviendas

c).- Si las jácenas son paralelas a la fachada, se pueden prolongar las viguetas de forjado para que trabajen como continuas, en la zona interior y en el voladizo. Jácena interior Pilar IPN Jácena fachada c)-Prolongar las viguetas del forjado

Forjado

En caso de que las viguetas de forjado vayan embrochaladas a las jácenas, al quedar la vigueta dividida en 2 tramos (interior y voladizo), si el voladizo es grande, con tracciones importantes en la zona soldada, existe la opción de soldarle a dichas viguetas una pletina por su parte superior, que actúa como conector de tracciones, solidarizando dicha unión (vigueta interior, jácena y vigueta volada), tal como se detalla a continuación.

Voladizo

Vigueta IPN

Jácena

Pletina (conector tracciones)

Voladizo

Jácena

390

Vigueta IPN

Construcción de estructuras metálicas

En el extremo de los voladizos se coloca una correa perimetral o de borde, que une las puntas de todas las viguetas de forjado, pudiendo disponerse un perfil UPN, un angular, pletina, o bien un zuncho de borde de hormigón armado, con sus armaduras soldadas al extremo de las viguetas voladas.

Vigueta IPN

Voladizo

Correa de borde UPN

jácena IPN

angular

Vigueta IPN

Voladizo

jácena IPN

391

Estructura metálica en edificios de viviendas

Cercos soldados a la vigueta metálica Pletina (Conector tracciones)

Voladizo

Jácena Zuncho de borde de H.A.

vigueta IPN voladizo

Jácena IPN

Zuncho de borde de H.A. con 3

En caso de voladizos mayores y de gran peso en los extremos (soportan cerramientos de fachada, etc.) se originan grandes momentos de vuelco que intentaremos compensar anclando las vigas una longitud suficiente dentro del edificio. Para ello tenemos dos opciones: 1).- Colocar una viga pasante por dentro del pilar, si el tipo de pilar nos lo permite, con lo cual tendríamos una viga volada continua de una pieza, sobre la que apoyaría el forjado.

392

Construcción de estructuras metálicas

SOPORTE 2 UPN VIGA PASANTE EN VOLADIZO

PRESILLAS

AS

JÁCENA PARA APOYO DE LA VIGA PASANTE

ALZADO SECCIÓN

TROZO DE VIGA PARA APOYO DE LA VIGA PASANTE

VIGA PASANTE

FORJADO VIG EN

PILAR 2 UPN EMPRESILLADAS

VIGA PASANTE

PRESILLAS

393

Estructura metálica en edificios de viviendas

2).- Si la opción anterior no fuese posible, debemos disponer dos vigas voladas, una por cada lado del soporte, apoyadas sobre ménsulas cortas o sobre jácenas colocadas entre pilares, tal como se ve en los dos esquemas siguientes.

VOLADIZO CON VUELO BASTANTE GRANDE (1ª solución)

Vigas Z. Borde Viguetas VIGAS VOLADAS

PILAR

FORJADO

PILAR

VIGA QUE PASA POR DEBAJO DE LAS DOS VIGAS PERPENDICULARES VOLADAS

SOPORTE VIGA PASANTE

VIGA

VIGA

UNIÓN DE VIGAS PASANTES Y VIGA TRANSVERSAL CON SOPORTE ALZADO FRONTAL

394

Construcción de estructuras metálicas

VOLADIZO CON VUELO BASTANTE GRANDE (2ª solución)

Vigas Z. Borde

FORJADO

Viguetas

MENSULAS JÁCENAS SOPORTE

VIGAS PASANTE

UNIÓN DE VIGAS PASANTES Y VIGA TRANSVERSAL CON SOPORTE

ESCALERAS. DISPOSICIONES.

La disposición que se dé a la estructura metálica de la escalera dependerá del resto de la estructura del edificio, del hueco que quede para su formación, etc. 395

Estructura metálica en edificios de viviendas

Los elementos estructurales sustentantes de las escaleras pueden ser: a).- De tramos inclinados apoyados sobre dos jácenas, con los rellanos volados (figura izquierda). b).- De tramos quebrados apoyados, en sus extremos, sobre jácenas (figura central). c).- Formados por vigas zancas paralelas (figura derecha).

En los dos primeros casos, la losa está formada normalmente por dos perfiles metálicos UPN en los extremos y un perfil IPN en el centro, siguiendo la directriz de la escalera. Según sea el canto de la losa de escalera, el espacio que queda entre los perfiles metálicos que conforman la losa inclinada se soluciona: - colocando bovedillas de poco canto. - colocando bardos cerámicos y encima hormigón. - colocando un emparrillado metálico entre los perfiles y hormigonando toda la losa. - disponiendo perfiles metálicos cruzados entre zancas, que sirven de apoyo a los bardos. En las figuras siguientes se muestra una sección de las soluciones indicadas.

396

Construcción de estructuras metálicas

La unión de los perfiles metálicos IPN y UPN de la losa de escalera, con las jácenas que la sustentan, puede efectuarse: apoyada, empotrada, etc. tal como vimos en temas anteriores. Las vigas zancas pueden ser rectas, tal como se muestra en el detalle siguiente, con las soluciones a ambos nudos. Constructivamente es más interesante solucionar el nudo B como se resuelve en la última figura, con un tramo corto horizontal, para evitar la componente horizontal, la cual queda absorbida por el codo, el cual, si es necesario, se rigidiza.

CONSTRUCTIVAMENTE ES INTERESANTE SOLUCIONAR EL NUDO B ASI La solución indicada el las figuras siguientes corresponde a la unión de la viga zanca con las jácenas a las que accede, con un tramo horizontal, correspondiente al rellano.

397

Estructura metálica en edificios de viviendas

NUDO A (otra opción)

NUDO B (otra opción)

Para luces normales las zancas se construyen con perfiles IPN o UPN si quedan ocultos, o bien en cajón cerrado si la zanca queda vista como en el caso de peldaños volados sobre zanca central.

TIPOS DE ZANCAS

Para luces normales: con perfiles IPN o UPN, si quedan ocultos

En cajón cerrado si la zanca queda vista

398

Construcción de estructuras metálicas

Para grandes luces se emplean vigas armadas. o bien vigas de celosía (en las que prolongando las barras horizontales y verticales se forma el apoyo del peldaño).

Cuando se trate de luces muy grandes, o escaleras al aire libre, pueden utilizarse, como zancas las vigas de celosía, en las que prolongando las barrar horizontales y verticales de la propia celosía, forman el apoyo para los peldaños, tal como se observa en la siguiente figura.

En edificios para viviendas las losas de escalera, aunque la estructura sea metálica, pueden construirse con hormigón armado, efectuando una unión correcta entre ambos, siendo aceptable la solución mediante soldadura de las barras longitudinales de la losa a las jácenas metálicas, tal como se detalla seguidamente.

399

Estructura metálica en edificios de viviendas

REPARTO

De la losa de escalera soldados a la jácena

Armadura principal soldado a la jácena REPARTO

PELDAÑOS.

Los peldaños pueden tener sus huellas apoyadas en las zancas con laterales vistos, encajados en las zancas o apoyados sobre la propia losa, como vemos en los dibujos siguientes. Los peldaños pueden ser de chapa metálica, de madera (4 cm. espesor), o revestidos (cerámica, mármol, piedra natural, etc.). En edificios para viviendas se utiliza cualquier tipo de revestimiento, colocado sobre el peldañeado de ladrillo.

400

Construcción de estructuras metálicas

En las perspectivas siguientes vemos una de las soluciones para escalera metálica en un edificio de varias plantas. La estructura sustentante está constituida por soportes. A nivel de rellano se han dispuesto jácenas formadas por perfiles UPN, con las alas hacia el interior. La zanca está formada por tres perfiles (perfil UPN en caras exteriores y perfil IPN en el centro). 401

Estructura metálica en edificios de viviendas

402

Construcción de estructuras metálicas

En la siguiente perspectiva se detalla la solución de la escalera a base de tres vigas zancas (UPN en extremos y perfil IPN en el centro), así como el armado de la misma.

403

Estructura metálica en edificios de viviendas

LOSA DE H.A.

VIGA ZANCA IPN

UNIONES DE JÁCENAS HORMIGÓN ARMADO.

METÁLICAS

VIGA ZANCA UPN

Y

PILARES

DE

Este tipo de estructuras, denominadas mixtas, cada vez se utilizan menos, fundamentalmente por la problemática de su unión, rigideces, etc. No obstante, en zonas rurales y edificios poco importantes, todavía se sigue utilizando. Igualmente es un método muy socorrido para intercalar plantas o altillos, en estructuras de hormigón armado ya construidas. Seguidamente vamos a estudiar las distintas formas de solucionar la unión entre ambos elementos, distinguiendo claramente dos tipos de uniones: la jácena apoya encima del pilar o apoya lateralmente. En ambos casos también distinguiremos si se trata de: - Unión en fase de construcción. - Unión con los pilares de hormigón armado ya construidos.

Unión en fase de construcción de la estructura.

El objetivo fundamental es conseguir que exista buena conexión entre la jácena metálica y el pilar de hormigón armado, con el fin de que no se produzcan movimientos horizontales por falta de adherencia entre ambos. Para cargas pequeñas y edificios poco importantes, el sistema más usual, por resultar más cómodo y económico, consiste en apoyar directamente el perfil metálico sobre el pilar, sin utilizar placa metálica de anclaje, tal como se detalla en la figura siguiente. Presenta dos inconvenientes: la falta 404

Construcción de estructuras metálicas

de conexión entre ambos materiales y, si la jácena metálica es grande, el estrangulamiento que se produce en el pilar, perdiendo continuidad, careciendo de cercos, etc.

Se puede conseguir una mejor unión entre ambos elementos efectuando un taladro a la jácena y colocarle un redondo que atraviese por dicho orificio y se ate a las armaduras verticales del pilar, como se detalla a continuación. Armadura para anclar la viga IPN al pilar

405

Estructura metálica en edificios de viviendas

Mejoramos dicha unión, soldando unas pletinas de unión entre la jácena y la armadura del pilar (en caso de pilar de medianería) o bien uniendo con una pletina soldada ambas jácenas (caso de pilar central).

Pletina soldada a ambas jácenas

Pilar H.A.

Colocando, al mismo tiempo que construimos el pilar de hormigón, unas placas metálicas ancladas al mismo para, posteriormente, soldar la jácena sobre ellas, con las 3 opciones siguientes: - que se trate del pilar de última planta, en cuyo caso la placa de anclaje se colocará en la parte alta del pilar. - que la jácena acometa al pilar en un tramo intermedio, con placa de anclaje lateral. - que la jácena apoye encima del soporte, a nivel intermedio, con la placa de anclaje dentro del mismo.

406

Construcción de estructuras metálicas

JÁCENA METÁLICA IPN

PLACA Y PERNOS ANCLAJE

JÁCENA IPN

PILAR HORMIGÓN PLACA DE ANCLAJE EMBEBIDA EN EL HORMIGÓN

arm.pilar H.A.

IPN

placa de anclaje

Si la viga metálica es de una pieza, pasante, con carga importante y apoya encima del pilar de hormigón armado, la placa metálica colocada en la cabeza del pilar debe ir atornillada, para permitir un buen hormigónado del pilar, puesto que primero se colocan los pernos y una vez vertido el hormigón, se atornilla la placa. Para evitar transmisión de momentos al pilar se suplementa encima de la placa metálica otra placa más estrecha o un redondo soldado. Para evitar el posible pandeo del alma de la jácena se colocan cartelas de rigidización.

407

Estructura metálica en edificios de viviendas

CARTELA DE RIGIDIZACIÓN (AMBOS LADOS DEL APOYO)

VIGA METÁLICA IPN DE UNA PIEZA PLACA DE APOYO INTERMEDIA (OPCIONAL) PARA EVITAR TRANSMISIÓN DE MOMENTOS AL PILAR PLACA DE REPARTO O ANCLAJE MORTERO DE NIVELACIÓN (OPCIONAL) PILAR DE H.A.

CARTELA DE RIGIDIZACIÓN POR AMBOS LATERALES

VIGA METÁLICA PASANTE IPN

TUERCA Y CONTRATUERCA

MORTERO DE NIVELACIÓN

PLACA DE ANCLAJE O REPARTO PLACA DE APOYO INTERMEDIA SOLDADA A PALCA DE ANCLAJE

PERNO DE ANCLAJE CERCOS PILAR MÁS ESPESOS

ARMADO PILAR (EXTREMO SUPERIOR DOBLADAS)

408

PILAR DE HORMIGÓN

Construcción de estructuras metálicas

Unión de 2 vigas metálicas con un pilar continuo de H.A., sin utilizar placas de anclaje para las vigas.

Esencialmente el método consiste en introducir ambas vigas unos 10 cm. dentro del pilar, antes del hormigonado. Para anclaje de las mismas al pilar se le sueldan armaduras en la parte superior e inferior de las vigas. Para rigidizar la unión y evitar que al hormigonar el pilar, se salga el hormigón, se suelda, en cada lateral de jácena, un rigidizador vertical, que cumple ambas funciones. Ver figuras siguientes.

409

Estructura metálica en edificios de viviendas

DETALLE DEL REMATE VIGA Y ARMADO DE ANCLAJE

410

Construcción de estructuras metálicas

Unión cuando la estructura de hormigón está terminada.

Previamente a la ejecución, debemos comprobar que los pilares son suficientemente resistentes para soportar la carga que vamos a suplementarle, existiendo dos posibilidades:

a).- Que los pilares sean de suficiente resistencia.

Existen fundamentalmente dos soluciones. Una consistente en anclar al soporte una placa metálica mediante tornillos de alta resistencia, con resinas epoxi o cualquier otro sistema. Sobre dicha placa soldaremos la jácena correspondiente, con ayuda del angular de apoyo.

411

Estructura metálica en edificios de viviendas

Placa metálica de anclaje

IPN

Tornillos de alta resistencia Angular de apoyo

Pilar de hormigón armado

La otra solución consiste en la colocación de un collarín metálico que envuelve al pilar, sobre el cual soldaremos las jácenas. La unión del collarín y el soporte puede efectuarse con taladros, tornillos y resinas. Como medida de seguridad se le puede efectuar un pequeño cajeado al pilar, para que el collarín quede parcialmente embutido en el hormigón y no pueda deslizar verticalmente, tal como se detalla en las figuras siguientes.

412

Construcción de estructuras metálicas

413

Estructura metálica en edificios de viviendas

b).- Que los pilares no tengan suficiente resistencia.

Para reforzar el soporte el sistema más utilizado consiste en suplementarle cuatro angulares metálicos, uno en cada esquina, unidos con pletinas horizontales soldadas a los mismos. En base y coronación de los mismos, se colocan angulares metálicos horizontales, apoyados sobre la base inferior y base superior de dicho refuerzo, para asegurarnos del buen apoyo sobre el cimiento, jácena, etc. Sobre esa estructura suplementaria, mediante la colocación de presillas mayores, soldamos las correspondientes jácenas. Una vez finalizada la operación y acabada la soldadura, dichos refuerzos se revisten con mortero de cemento reparador, sin áridos, con lo cual se consigue que no se vea el refuerzo y que el mortero, al introducirse entre los angulares y el pilar primitivo de hormigón, maciza todo el conjunto y disminuye el posible pandeo de los perfiles hacia el interior.

414

Construcción de estructuras metálicas

En el dibujo siguiente se detalla la unión del refuerzo con la jácena superior y con la zapata de cimentación, mediante angulares metálicos con las alas hacia el exterior, soldados a los angulares de refuerzo colocados en las esquinas, y anclados a la jácena y al cimiento con tornillos de alta resistencia.

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Estructura metálica en edificios de viviendas

ESTRUCTURAS MIXTAS. UNIÓN DE UN PILAR MIXTO CON VIGA DE HORMIGÓN ARMADO POR UN LATERAL Y CON VIGA METÁLICA POR EL OTRO.

Las armaduras de la viga de hormigón armado que coincidan con el pilar metálico se soldarán al mismo y el resto se colocarán pasantes, que se anclarán con el pilar de hormigón armado. La viga metálica se soldará al perfil metálico del pilar mixto. Ver dibujos siguientes. pilar de hormigón armado pilar metálico

Ø pasantes anclados en el hormigón armado Ø soldados al pilar metálico

viga metálica IPN soldado al perfil metálico del pilar mixto viga de H.A. ALZADO SECCIÓN

perfil metálico

pilar mixto

viga metálica viga de H.A.

PLANTA

416

Construcción de estructuras metálicas

ARRANQUE DE PILAR METÁLICO SOBRE PILAR, O ENANO, DE HORMIGÓN ARMADO.

La placa de anclaje, para soldar el pilar metálico, se coloca encima del pilar de H.A. o del enano, con sus correspondientes pernos de anclaje y cartelas de rigidización en su unión con el pilar, tal como se detalla a continuación.

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Estructura metálica en edificios de viviendas

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Construcción de estructuras metálicas

UNIÓN DE DOS VIGAS METÁLICAS QUE ACCEDEN AL PILAR METÁLICO INFERIOR, CON PILAR SUPERIOR DE HORMIGÓN ARMADO MAS ANCHO QUE EL METÁLICO.

La viga metálica está dividida en dos partes, puesto que el pilar metálico es continuo. Para darle continuidad a la viga en ambos lados, se colocan conectores de tracción y de compresión, frente a las alas de la jácena. En la parte superior de la misma, para asegurar su continuidad se le añade una cartela o conector de tracciones que una ambos laterales de la jácena. Para que la placa de anclaje del pilar superior, que es más ancha que la jácena, no vuelque, se añaden cartelas de rigidización verticales que unan el ala superior de la viga con el soporte inferior, del modo que se indica a continuación.

419

Estructura metálica en edificios de viviendas

420

Construcción de estructuras metálicas

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Estructura metálica en edificios de viviendas

UNIÓN DE VIGA METÁLICA CON VIGA DE HORMIGÓN ARMADO, PILAR INFERIOR DE H.A. Y PILAR SUPERIOR METÁLICO.

Es necesario colocar placa de anclaje lateral para la viga metálica y placa de anclaje superior para el pilar de hormigón armado. Para esta placa de anclaje pueden aprovecharse las armaduras del pilar de H.A. para pernos de anclaje.

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Construcción de estructuras metálicas

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Estructura metálica en edificios de viviendas

APOYO DE VIGA PLANA CONTINUA DE HORMIGÓN ARMADO SOBRE PILAR METÁLICO CENTRAL.

La placa de anclaje que se coloca en la cabeza del pilar será de las dimensiones necesarias y dispondrá de los pernos de anclaje que necesite. La viga plana de H.A. dispondrá de cercos más espesos en el encuentro.

VIGA DE H.A.

PLACA DE ANCLAJE PARA VIGA H.A.

424

PERNOS DE ANCLAJE SOLDADOS

Construcción de estructuras metálicas

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Estructura metálica en edificios de viviendas

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Construcción de estructuras metálicas

UNIÓN DE VIGA CONTINUA DE HORMIGÓN ARMADO CON PILAR METÁLICO DISCONTINUO INFERIOR Y SUPERIOR.

Es necesario darle continuidad al pilar metálico, puesto que si en la parte inferior y superior de la viga plana existe pilar metálico, podría aplastarse el hormigón existente entre ambos pilares metálicos. La continuidad del pilar metálico se consigue colocando unos pernos de conexión vertical entre ambas placas de anclaje, soldados a ellas.

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Estructura metálica en edificios de viviendas

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Construcción de estructuras metálicas

UNIÓN DE VIGA PLANA CONTINUA DE H.A. CON PILAR INFERIOR DE H.A. Y PILAR SUPERIOR METÁLICO.

Encima de la viga de hormigón se coloca la placa de anclaje para el pilar metálico, con sus cartelas de rigidización, y los pernos pueden ser independientes o bien utilizar la propia armadura del pilar inferior.

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Estructura metálica en edificios de viviendas

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Construcción de estructuras metálicas

UNIÓN DE VIGA PLANA CONTINUA DE H.A. SOBRE PILAR INFERIOR METÁLICO Y PILAR SUPERIOR DE HORMIGÓN ARMADO.

Sobre el pilar metálico inferior se coloca la placa metálica de anclaje, con sus cartelas de rigidización y sus pernos de anclaje para el pilar superior. La jácena de H.A. va unida a la base del pilar de H.A. y llevará los cercos más juntos en dicho encuentro.

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Estructura metálica en edificios de viviendas

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Construcción de estructuras metálicas

UNIÓN DE VIGA METÁLICA, VIGA PLANA DE H.A., PILAR INFERIOR METÁLICO Y PILAR SUPERIOR DE HORMIGÓN ARMADO.

Sobre el pilar metálico inferior se colocará la placa de anclaje con pernos que cruzarán la jácena plana y servirán de anclaje para el pilar superior de H.A. Se colocará una placa metálica vertical con sus pernos de anclaje, para sobre ella soldar la jácena metálica.

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Estructura metálica en edificios de viviendas

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Construcción de estructuras metálicas

UNIÓN DE VIGA PLANA CONTINUA DE H.A. CON PILAR METÁLICO CONTINUO. OPCION 1.

Se sueldan al pilar metálico dos perfiles UPN, en la misma dirección que la jácena, que servirán para conexión pilar-viga de H.A. A la viga de H.A. se le colocarán los cercos más espesos en el encuentro, ya que la viga quedará “colgada” de los perfiles metálicos mencionados. Si existe diferencia entre tamaños de pilar inferior y superior, se colocará placa de anclaje superior.

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Estructura metálica en edificios de viviendas

PLANTA

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Construcción de estructuras metálicas

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Estructura metálica en edificios de viviendas

UNIÓN DE VIGA PLANA CONTINUA DE H.A. CON PILAR METÁLICO CONTINUO. OPCION 2.

La conexión entre ambos, que son continuos, se efectúa soldando al pilar metálico las armaduras de la jácena que coincidan con él. El resto de armaduras son pasantes y se conectan al pilar mediante cercos importantes soldados a él.

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Construcción de estructuras metálicas

UNIÓN DE VIGA PLANA CONTINUA DE H.A. CON PILAR METÁLICO CONTINUO. OPCION 3.

Se suelda una placa metálica en cada lateral del pilar para anclaje de las jácenas metálicas. Para evitar pandeos de dichas placas se colocan cartelas de rigidización uniendo ambas con el pilar.

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Estructura metálica en edificios de viviendas

UNIÓN DE VIGA PLANA CONTINUA DE H.A. CON PILAR METÁLICO CONTINUO. OPCION 4.

La solución es similar a la anterior, con la diferencia de que sólo se coloca placa de anclaje en un lateral, a la cual acometen ambas jácenas, una por cada lado. Para evitar pandeos se dispone, igualmente, de cartelas de rigidización que la conectan al pilar.

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Construcción de estructuras metálicas

ESTRUCTURAS COLGADAS.

Soldadura a tracción y a cortante.

Previamente al inicio del estudio de las estructuras colgadas de elementos situados en la parte superior, vamos a matizar la diferencia entre ambos tipos de soldadura. En la soldadura a tracción, la pieza colgada “tira” de la superior, con tendencia al arrancamiento de la soldadura. Para cargas importantes no es conveniente confiar toda la resistencia a la misma, por lo que es conveniente añadirle tornillos de alta resistencia, auxiliándonos de angulares y pletinas. En las piezas soldadas a cortante, la pieza “desliza”. En las figuras siguientes se observa la soldadura a cortante y a tracción.

Soldadura a cortante JÁCENA

JÁCENA

PILAR COLGADO

PILAR

Soldadura a tracción

Para evitar la soldadura a tracción y transformarla en soldadura a cortante, basta con añadir unas pletinas metálicas verticales uniendo ambos elementos y soldarlos. Si además se necesita más cordón de soldadura, pueden suplementarse en la parte alta angulares metálicos o cualquier otro perfil metálico, de unión entre ambos, para aumentar la longitud del cordón de soldadura, tal como se detalla en la figura siguiente. Si ambos perfiles no son del mismo ancho, es necesario recrecer el menor de ellos con elementos metálicos, hasta igualar los anchos.

441

Estructura metálica en edificios de viviendas

Angulares por si falta cordón de soldadura JÁCENA

Soldadura a las alas jácena Pletina metálica para colgar el pilar

PILAR COLGADO

Soldadura a cortante

Pilar metálico colgado de viga metálica.

Para cargas que no sean excesivamente grandes puede utilizarse la soldadura a tracción, tal como se observa en la figura siguiente. El pilar colgado tracciona el alma de la jácena, por lo tanto no hay abolladura de la misma. Sin embargo sí que puede existir doblado de las alas. Para evitarlo se colocan cartelas de rigidización en las alas, uniendo con soldadura éstas con el alma de la viga. Dichas cartelas podrán ser más o menos altas en función de cargas y dimensiones de los perfiles.

cartelas de rigidización

viga

pilar

NO HAY ABOLLADURA DEL ALMA (TRACCIONES) PERO SI QUE PUEDE HABER DOBLADO DE LAS ALAS INFERIORES. NECESARIO CARTELAS DE RIGIDIZACIÓN ALAS.

442

viga

pilar colgado

Construcción de estructuras metálicas

ESTRUCTURAS CON UTILIZAR SOLDADURA.

ELEMENTOS

COLGADOS

SIN

Pilar colgado de jácena.

Con independencia de que el ancho de ambos elementos sea el mismo o sea diferente, un pilar se puede colgar de una jácena de la parte inferior o de la parte superior, siendo necesario colocar unas pletinas gruesas o perfiles verticales, una por cada lateral, para unir el pilar con la jácena, colocando pasadores metálicos que sean capaces de soportar los esfuerzos en la unión, tal como se observa en los dibujos siguientes. En el caso de el pilar se cuelgue del ala inferior de la jácena, si ésta es un perfil IPN, es necesario añadirle a la parte superior del ala inferior unas cuñas metálicas para horizontalizar el apoyo. Si las cargas del pilar fuesen más importantes, sería necesario colocar rigidizadores del alma y alas, para evitar abollamientos, tal como veremos más adelante. JÁCENA

Perfil metálico UPN ó pletina gruesa

Cuñas metálicas para horizontalizar el apoyo

Perfiles ó pasadores metálicos fuertes

PILAR COLGADO

JÁCENA

Pasadores importantes (1 ó 2) ó perfiles metálicos

Perfil metálico UPN ó pletina gruesa

PILAR COLGADO

443

Estructura metálica en edificios de viviendas

PILAR METÁLICO COLGADO DE JÁCENA METÁLICA, AMBOS DEL MISMO ANCHO.

En la primera opción se utilizan pletinas o perfiles de cuelgue, pasadores metálicos y cartelas de rigidización. Y en la segunda se utilizan: pletina horizontal más ancha que ambos para unirlos con angulares y tornillos de alta resistencia. Las cartelas de rigidización de alma y alas se atornillan igualmente con la ayuda de angulares. Ver figuras siguientes.

JÁCENA METÁLICA

Pletinas o perfiles de cuelgue Carteles de rigidización

Pasadores

PILAR METÁLICO

JÁCENA METÁLICA Tornillos de alta resistencia Cartelas de rigidización atornilladas Angulares atornillados

PILAR METÁLICO

444

Construcción de estructuras metálicas

PILAR METÁLICO COLGADO DE JÁCENA METÁLICA. (PILAR MAS ESTRECHO QUE LA JÁCENA).

Si utilizamos pletinas o perfiles de cuelgue, es necesario añadir elementos metálicos de relleno (pletinas, perfiles, etc.) para igualar los anchos. En la opción de utilización de tornillos y angulares no es necesario recrecer puesto que, la diferencia de anchos, favorece para la unión, puesto que se puede atornillar sin añadir cartelas intermedias.

JÁCENA METÁLICA

Cartelas de rigidización Pletinas o perfiles de cuelgue

Pasadores

PILAR METÁLICO

JÁCENA METÁLICA Tornillos de alta resistencia Cartelas de rigidización atornilladas Angulares atornillados

PILAR METÁLICO

445

Estructura metálica en edificios de viviendas

PILAR METÁLICO COLGADO DE JÁCENA METÁLICA (El PILAR MÁS ANCHO QUE LA JÁCENA).

En la primera opción es necesario intercalar cartelas de rigidización, para igualar anchos, entre la jácena y las pletinas o perfiles de cuelgue. En la segunda opción se necesita cartela horizontal intermedia más ancha que el pilar, para disponer de espacio para colocar los angulares y tornillos de unión entre ambas piezas.

JÁCENA METÁLICA Cartelas de rigidización hasta igualar anchos Pletinas o perfiles de cuelgue Pasadores

PILAR METÁLICO

JÁCENA METÁLICA Cartelas de rigidización atornilladas Tornillos de alta resistencia Angulares atornillados

PILAR METÁLICO

446

Construcción de estructuras metálicas

JÁCENA METÁLICA COLGADA DE PILAR METÁLICO (AMBOS DEL MISMO ANCHO).

La solución es similar a las vistas anteriormente. En la primera opción, se conecta directamente ambas piezas con la pletina de cuelgue y con la ayuda de pasadores y cartelas de rigidización se ejecuta la unión. En la segunda opción es necesario intercalar una pletina horizontal, entre ambas piezas, para lograr espacio para colocar los angulares y tornillos de unión. Se necesita cartelas de rigidización para evitar abollamientos de: alas, alma y pletina horizontal intercalada. PILAR METÁLICO

Pasadores

Pletinas o perfiles de cuelgue Cartelas de rigidización JÁCENA METÁLICA

PILAR METÁLICO

Tornillos de alta resistencia Angulares atornillados

Cartelas de rigidización atornilladas JÁCENA METÁLICA

447

Estructura metálica en edificios de viviendas

JÁCENA METÁLICA COLGADA DE PÌLAR METÁLICO (PILAR MÁS ESTRECHO QUE LA JÁCENA).

En la primera opción se necesitan cartelas o perfiles para igualar ambos anchos y cartelas de rigidización para evitar abollamientos de la alas o alma. En la segunda opción la unión es directa, sin intercalar pletinas entre ambos, puesto que al ser más anchaz la jácena, ya existe espacio para colocar los angulares. Igualmente necesita cartelas de rigidización en la jácena. PILAR METÁLICO

Pasadores

Pletinas o perfiles de cuelgue Cartelas de rigidización

JÁCENA METÁLICA

PILAR METÁLICO

Tornillos de alta resistencia Angulares atornillados

Cartelas de rigidización atornilladas

JÁCENA METÁLICA

448

Construcción de estructuras metálicas

JÁCENA METÁLICA COLGADA DE PILAR METÁLICO (PILAR MÁS ANCHO QUE LA JÁCENA).

Para la opción primera es necesario colocar, en ambos laterales de la jácena, cartelas de rigidización, para igualar los anchos de ambos perfiles y poder colocar las pletinas verticales de cuelgue, con sus pasadores. En el segundo caso se necesita una pletina horizontal, más ancha que ambos perfiles, para poder colocar los angulares y las cartelas atornillados.

PILAR METÁLICO

Pasadores

Pletinas o perfiles de cuelgue Cartelas de rigidización hasta igualar anchos JÁCENA METÁLICA

PILAR METÁLICO

Angulares atornillados Tornillos de alta resistencia Cartelas de rigidización atornilladas JÁCENA METÁLICA

449

Estructura metálica en edificios de viviendas

JÁCENA METÁLICA COLGADA DE PILAR METÁLICO (PILAR MÁS ANCHO QUE LA JÁCENA), SIN UTILIZAR SOLDADURA, NI PASADORES O TORNILLOS.

En ambos casos la jácena metálica atraviesa el pilar metálico, vaciando en el pilar el hueco necesario para que la jácena pueda ser pasante. Dicho hueco podrá adaptarse a la forma geométrica de la jácena o ser rectangular.

PILAR METÁLICO

Jácena pasante

PILAR METÁLICO

JÁCENA PASANTE

450

Construcción de estructuras metálicas

PILAR METÁLICO COLGADO DE JÁCENA DE HORMIGÓN ARMADO (AMBOS DEL MISMO CANTO).

En la solución atornillada, las pletinas verticales, una en cada lateral de las piezas, sirven de conexión para el cuelgue con tornillos. Para el cuelgue con pasadores, conviene colocar dos trozos de angular en las esquinas superiores de la jácena para evitar que el pasador de cuelgue esté en contacto con el hormigón. Las pletinas laterales y pasadores completan el cuelgue del pilar.

JÁCENA DE H.A. Placa de anclaje Pasadores con terminación en rosca Pletinas o perfiles de cuelgue PILAR METÁLICO

JÁCENA DE HORMIGÓN ARMADO Angulares embebidos en el hormigón Pletinas o perfiles de cuelgue

Pasadores PILAR METÁLICO

451

Estructura metálica en edificios de viviendas

PILAR METÁLICO COLGADO DE JÁCENA DE HORMIGÓN ARMADO (PILAR MÁS ESTRECHO QUE LA JÁCENA).

Para colgar el pilar de la parte superior de la jácena, el sistema es idéntico al visto anteriormente, siendo necesario, en este caso, recrecer con pletinas o perfiles para igualar los anchos, para poder colgar con pletinas verticales y pasadores. En caso de colgar el pilar de la parte inferior de la jácena de H.A., se le coloca a ésta una placa de anclaje, con pernos atornillados, de la cual se cuelga el pilar metálico, mediante angulares y tornillos de alta resistencia. JÁCENA DE H.A. Angulares embestidos en el hormigón Pletinas o perfiles de cuelgue Pasadores Recrecido para igualar ancho con pletinas o perfiles PILAR METÁLICO

JÁCENA DE H.A.

Pernos atornillados Placa de anclaje Tornillos de alta resistencia Angulares para atornillar pilar placa anclaje PILAR METÁLICO

452

Construcción de estructuras metálicas

PILAR METÁLICO COLGADO DE JÁCENA DE HORMIGÓN ARMADO (PILAR MÁS ESTRECHO QUE LA JÁCENA).

Se introducen en la jácena, verticalmente por la parte inferior, unas pletinas o perfiles de cuelgue, entre los cercos, sin interrumpirlos, ancladas a la jácena con angulares y tornillos. De dichas pletinas, mediante pasadores, se cuelga el pilar metálico. JÁCENA DE HORMIGÓN ARMADO

Angulares atornillados a la pletina

Pletinas o perfiles de cuelgue introducidas en la jácena de H.A. entre cercos, sin interrumpirlos Pasadores

PILAR METÁLICO

453

Estructura metálica en edificios de viviendas

PILAR METÁLICO COLGADO DE JÁCENA DE HORMIGÓN ARMADO (PILAR MÁS ANCHO QUE JÁCENA)

Para igualar el ancho de pilar y jácena, es necesario recrecer en los laterales de ésta, con pletinas o perfiles. Las pletinas verticales de cuelgue y los pasadores resuelven el resto de la unión.

JÁCENA DE H.A. Angulares embebidos en el hormigón Recrecido para igualar ancho con pletinas o perfiles Pletinas o perfiles de cuelgue

Pasadores

PILAR METÁLICO

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Construcción de estructuras metálicas

JÁCENA DE HORMIGÓN ARMADO COLGADA DE PILAR METÁLICO (AMBOS DEL MISMO ANCHO).

Las dos pletinas laterales de cuelgue y los tornillos o pasadores resuelven el encuentro, en ambas opciones.

PILAR METÁLICO

Pletinas o perfiles de cuelgue Pasadores con terminación en rosca Placa de anclaje

JÁCENA DE HORMIGÓN ARMADO

PILAR METÁLICO

Pasadores

Pletinas o perfiles de cuelgue Angulares embebidos en el hormigón JÁCENA DE HORMIGÓN ARMADO

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Estructura metálica en edificios de viviendas

JÁCENA DE HORMIGÓN ARMADO COLGADA DE PILAR METÁLICO (EL PILAR ES MAS ESTRECHO QUE LA JÁCENA.

Existen tres opciones. En la primera el cuelgue de la jácena se efectúa por la parte exterior de ésta, a modo de abrazadera, mediante pletinas y pasadores. Es necesario recrecer el pilar con pletinas, para igualar anchos. PILAR METÁLICO Pasadores Recrecido para igualar ancho con pletinas o perfiles Pletinas o perfiles de cuelgue Angulares embebidos en el hormigón JÁCENA DE HORMIGÓN ARMADO

Para la segunda opción, se coloca una placa de anclaje en la parte superior de la jácena de H.A. anclada con pernos atornillados, y con la ayuda de angulares y tornillos de alta resistencia se unen jácena y pilar.

PILAR METÁLICO Angulares para atornillar pilarplaca anclaje Tornillos de alta resistencia Placa de anclaje Pernos atornillados

JÁCENA DE HORMIGÓN ARMADA

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Construcción de estructuras metálicas

Para la tercera opción, se colocan pletinas verticales por ambos laterales del pilar metálico, ancladas a la jácena de hormigón introduciéndolas en su interior, ancladas con angulares metálicos y tornillos. Las pletinas no deben interrumpir ni cortar los cercos de la jácena. Los pasadores que cruzan pletina y pilar metálico completan la unión.

PILAR METÁLICO

Pasadores Pletinas o perfiles de cuelgue introducidas en la jácena de H.A. entre cercos, sin interrumpirlos Angulares atornillados a la pletina

JÁCENA DE HORMIGÓN ARMADO

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Estructura metálica en edificios de viviendas

JÁCENA DE HORMIGÓN ARMADO COLGADA DE PILAR METÁLICO (PILAR MÁS ANCHO QUE JÁCENA)

Es necesario recrecer con pletinas en ambos laterales de la jácena, con objeto de igualar los anchos de ambos elementos. Posteriormente con pletinas de cuelgue y pasadores se completa la unión.

PILAR METÁLICO

Pasadores Pletinas o perfiles de cuelgue Recrecido para igualar ancho con pletinas o perfiles Angulares embebidos en el hormigón JÁCENA DE HORMIGÓN ARMADO

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Construcción de estructuras metálicas

OTRAS UNIONES. UNIÓN DE PILAR METÁLICO INCLINADO CON ZAPATA DE CIMENTACIÓN.

PI LA

R

IN CL IN A D O

La carga soportada por el pilar inclinado, al llegar a la zapata de cimentación, se descompone en dos, una de ellas de componente vertical, que es absorbida por el propio terreno y la otra inclinada, que es necesario absorber. Para lograr el equilibrio del conjunto es necesario estabilizar los siguientes puntos: - estabilidad vertical de la zapata, que se consigue con sus dimensiones y armadura necesarias. - estabilidad horizontal de la zapata en dirección del esfuerzo que le transmite el pilar. Se consigue con las dos vigas de arriostramiento, una de ellas trabajaría a tracción y la otra a compresión. - impedir que la placa de anclaje deslice, como consecuencia del empuje horizontal del pilar. Se logra con los propios pernos de anclaje, y además se le añade angulares metálicos soldados a la placa e introducidos en el hormigón, para refuerzo del conjunto. - inmovilizar la unión del pilar con la placa de anclaje, añadiéndole las cartelas de rigidización necesarias, soldadas a ambos elementos.

Cartelas de rigidización

Angulares para evitar el deslizamiento de la placa de anclaje y rotura de pernos

Placa de anclaje Pernos de anclaje

Viga de H.A. a compresión

Hormigón

Zuncho

Viga de H.A. a tracción

Parrilla de cimentación

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Estructura metálica en edificios de viviendas

ANCLAJE DE SOPORTE DE INERCIA VARIABLE CON LA CIMENTACIÓN.

Normalmente los soportes de inercia variable están situados en las medianerías, por lo tanto son excéntricos respecto a la zapata de cimentación. En el detalle siguiente se puede observar que se le añade un trozo de perfil acartelado, uniendo la base del pilar y la placa de anclaje, con soldadura. pilar metálico perfil acartelado

cordón de soldadura

macizo de cimentación

pernos de anclaje ^

(Ø 20mm)

ALZADO

0,05

taladro Ø50mm

tuercas de nivelación

perfil acartelado

placa de anclaje

0,05

PLANTA

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Construcción de estructuras metálicas

ENLACE DE PILAR METÁLICO APOYADO SOBRE VIGA METÁLICA.

Las cargas que el pilar transmite a la viga, en su parte alta, pueden producirle abolladuras en el alma y doblado de sus alas. Para evitarlo es necesario colocar, a ambos lados de la viga, justamente debajo del apoyo del pilar, unas cartelas de rigidización, uniendo con soldadura ambas alas y el alma.

pilar

pilar

cartelas de rigidización

viga

viga

PUEDE PRODUCIRSE ABOLLADURA DEL ALMA Y DOBLADO DE ALAS. NECESARIO CARTELAS DE RIGIDIZACIÓN EN AMBOS CASOS.

En el supuesto de que el pilar fuese más ancho que la propia viga, sería necesario intercalar entre ambos una pletina horizontal para apoyo del pilar. Para evitar pandeos de las alas y pletina, las cartelas de rigidización deben unir, por su parte inferior dicha pletina con las alas y alma de la viga.

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Estructura metálica en edificios de viviendas

EMPOTRAMIENTO DE VIGA METÁLICA EN SOPORTE METÁLICO.

En capítulos anteriores se ha detallado la unión empotrada de ambos elementos, soldando toda la superficie en contacto entre ellos. Si era necesario un mayor empotramiento se recurría a añadirle cartelas de rigidización verticales, en su parte inferior y superior, uniendo ambos perfiles. El empotramiento indicado en el dibujo siguiente se basa en que, una vez soldada la totalidad de superficie de contacto entre ambos, se añade una pletina horizontal encima y otra debajo de la jácena, soldadas a jácena y pilar. Obsérvese que las pletinas añadidas abrazan lateralmente al pilar, con lo cual se consigue mayor longitud de soldadura, y al mismo tiempo, se evita que toda la soldadura trabaje a tracción, puesto que lateralmente al pilar, la misma trabaja a cortante. Pletina para refuerzo del empotramiento

Jácena metálica HEB Pilar metálico 2 UPN

Jacena

Planta

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Construcción de estructuras metálicas

ENLACE DE JÁCENA Y PILAR METÁLICOS (JÁCENA MÁS ANCHA QUE EL PILAR).

Si el pilar es de extremo, se añade una pletina vertical soldada al mismo, de ancho suficiente para el apoyo de la jácena. Se colocan los conectores de tracción y compresión necesarios, soldando todo el conjunto. Ver figura siguiente.

En caso de tratarse de pilar central, si la viga es pasante, una vez colocada la viga y el pilar superior, se añaden las cartelas verticales de rigidización o continuidad del pilar. El espesor de estas cartelas debe ser como mínimo el mismo que las alas del propio pilar.

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Estructura metálica en edificios de viviendas

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Construcción de estructuras metálicas

ENLACE DE PILARES DE DISTINTA SECCIÓN EN PLANTAS CONTIGUAS.

Estos enlaces, para cargas importantes, ya se describió en temas anteriores, en el apartado de “cambios de perfil en soportes”. Si las cargas de los soportes no son excesivas, la unión o enlace mencionado, puede resolverse de forma más sencilla, tal como se indica en las páginas siguientes, donde se detallan las uniones en los casos más frecuentes: pilares forjados por 2 UPN a tope en cajón, formados por 2 UPN empresilladas y formados por un perfil HEB. En todos los casos, en las opciones de pilar central y de extremo. La solución adoptada para todos ellos, puesto que las cargas no son excesivas, consiste en intercalar una placa de transición, horizontal, en la unión entre ambos pilares y añadir las cartelas de rigidización necesarias. Todo ello de las dimensiones y con la soldadura que se requieran.

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Estructura metálica en edificios de viviendas

ENLACE DE PILARES EN PLANTAS CONTIGUAS DE DISTINTA SECCIÓN

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ENLACE DE PILARES EN PLANTAS CONTIGUAS DE DISTINTA SECCIÓN

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Construcción de estructuras metálicas

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Estructura metálica en edificios de viviendas

UNIÓN DE PILARES DE DISTINTA SECCIÓN EN PALNTAS CONTIGUAS

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Construcción de estructuras metálicas

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BIBLIOGRAFÍA

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