Estructuras Metalicas

 

 

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INDICE 1. 

INTRODUCCIÓN............................................................................................................................................ 5 

2. 

GENERALIDADESS DE LA CONST GENERALIDADE CONSTRUCCIÓN RUCCIÓN EN ESTRUCTURAS METÁLICAS....................................................... 6 

3. 

DEFINICIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS................................................................................................... 7 

4. 

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS ESTRUCTU ESTRUCTURAS RAS METÁLICAS.................................................................... 8   4.1.  VENTAJAS DEL ACERO ESTRUCTURAL .............................................................................................................. .............................................................................................................. 8  4.2.  DESVENTAJAS DEL ACERO ESTRUCTURAL  ......................................................................................................... 8 

5. 

NORMAS DE ACERO ESTRUCTURAL ESTRUCTURAL E-090 ................................................................................................... 8 

6. 

CARACTERÍSTICASS DE LOS CARACTERÍSTICA L OS MATERIALES........................................................................................................ 9  6.1.  6.2.  6.3.  6.4. 

7. 

PERFILES......................................................................................................................................................11  7.1. 

8. 

TIPOS DE PERFILES ...................................................................................................................................11 

PARTES DE UNA ESTRUCTURA METÁLICA....................................................................................................12  8.1.  8.2.  8.3. 

9. 

EL ACERO ORDINARIO ............................................................................................................................... 9  LOS ACEROS AUTOPATINABLES ....................................................................................................................10  LOS ACEROS INOXIDABLES .........................................................................................................................10  EL ALUMINIO .........................................................................................................................................10 

ESTRUCTURA METÁLICA PRINCIPAL: .............................................................................................................12  VIGAS METÁLICAS: ...................................................................................................................................12  PILARES METÁLICOS: .................................................................................................................................12 

FABRICACIÓN FABRICACIÓ N DE ESTRUCTURA ESTRUCTURASS METÁLICAS ..............................................................................................13  

10.  PROTECCIÓN PARA CORROSIÓN Y PINTURA DE TALLER ..............................................................................13  11.  MONTAJE ....................................................................................................................................................14  12.  LA OBRA DE MONTAJE ESTRUCTURA METÁLICA .........................................................................................15  12.1.  12.2.  12.3.  12.4.  12.5. 

VERIFICACIÓN DE ANCLAJES E INSERTOS. ........................................................................................................15  VERIFICACIÓN DE LAS PLACAS DE NIVELACIÓN ..................................................................................................15  REVISIÓN DE PIEZAS ESTRUCTURALES. ...........................................................................................................15  VERTICALIDAD DE LAS COLUMNAS , Y NIVEL DE VIGAS PRINCIPALES . .......................................................................16  CHEQUEO TOPOGRÁFICO. APLOME Y NIVELACIÓN. MANIOBRAS DE CORRECCIÓN. ....................................................16 

12.6.  12.7. 

PRE-ARMADO ELEMENTOS COMPLEMENTARIOS. .............................................................................................16  COLOCACIÓN Y APRIETE DE PERNOS DE ALTA DUREZA. ......................................................................................16 

12.7.1. 

12.8. 

5.2.9 Sol Soldad daduras. uras........................................................................................................................16 

PINTURA DE TERRENO (TOUCH-UP) ............................................................................................................17 

13.  PREVENCIÓN DE RIESGOS ...........................................................................................................................17  13.1.1.  13.1.2. 

Rie Riegos gos Asoc Asociad iados os En La Cons Construc trucción ción .........................................................................................17   Equi Equipos pos de prote protecci cción ón pers personal onal.. .................................................................................................18 

14.  LIMPIEZA.....................................................................................................................................................18  15.  INSPECCIÓN Y PRUEBAS ..............................................................................................................................18  16.  PROTECCIÓN DE LA ESTRUCTURA ESTRUCTURA................................................................................................................19 ................................................................................................................19  16.1. 

PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN ...........................................................................................................19 

17.  PROTECCIÓN CONTRA EL FUEGO.................................................................................................................19  18.  CONTROL DE CALIDAD DE LA ESTRUCTURA METÁLICA ................................................................................20 

1 

 

 

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18.1.  18.2. 

COOP COOPERACI ERACION....................................................................................................................................20 ON....................................................................................................................................20  RECHA RECHAZOS. ZOS. .........................................................................................................................................20 

19.  INSPECCIONE INSPECCIONESS DE LA SOLDADURA. .............................................................................................................20  19.1. 

REQUERIMIENTOS GENERALES. ...................................................................................................................20 

19.1.1.  19.1.2.  19.1.3.  19.1.4.  19.1.5. 

19.2.  19.3. 

Insp Inspecc ección ión y Esti Estipula pulacion ciones es del cont contrat rato. o. ....................................................................................20  Requerimiento de calificación del inspector. ...............................................................................21  Exame Examen n de la vista. ....................................................................................................................21  Insp Inspecc ección ión de mat materi eriales ales.............................................................................................................21   Crite Criterios rios de acep aceptac tación. ión. .............................................................................................................22 

ENSAYO DE PARTÍCULAS MAGNÉTICAS Y LÍQUIDOS P ENETRANTES. .........................................................................26  ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS. ......................................................................................................................26 

20.  INSPECCIÓN DE CONEXIONES CON PERNOS DE ALTA RESISTENCIA DE DESLIZAMIENTO CRÍTICO. ...............26  20.1.  20.2. 

IDENTIFICACIÓN DE ACERO. ........................................................................................................................27  RESUMEN: .............................................................................................................................................27 

20.2.1. 

Ensayos de piezas soldados no destructivos:...............................................................................27  

21.  COSTOS DE ESTRUCTU ESTRUCTURAS RAS METÁLICAS........................................................................................................28  22.  METODOLOGIAS DE DISEÑO .......................................................................................................................29  22.1.  22.2. 

“DISEÑO POR ESFUERZOS PERMISIBLES”, CONOCIDO POR SUS SIGLAS ASD (ALLOWABLE STRESS DESIGN)......................29  “DISEÑO POR FACTORES DE CARGA Y RESISTENCIA O ESTADOS LÍMITES”, CONOCIDO POR SUS SIGLAS LRFD (LOAD AND

ACTOR DESIGN). .................................................................................................................................30  RESISTANCE Estados dos lím límites ites...........................................................................................................................30 ...........................................................................................................................30  22.2.1. F Esta

23.  COEFICIENTE COEFICIENTESS DE AMPLIFICACIÓN DE CARGAS DE SERVICIO .......................................................................32  24.  FACTORES DE REDUCCIÓN DE CAPA CAPACIDAD CIDAD DE CARGA.................................................................................33  24.1. 

DISEÑO EN TRACCIÓN  ...............................................................................................................................33 

24.1.1. 

24.2.  24.3.  24.4. 

Casos especiales para conexiones soldadas: ...............................................................................36 

CONEXIONES ATORNILLADAS: .....................................................................................................................37  MÉTODO DE COCHRAN (1922 (1922)) ..................................................................................................................38  BLOQUE DE CORTANTE  ..............................................................................................................................38 

24.4.1.  24.4.2. 

Conectores a ambos lados de un ángulo (alternados): ................................................................40  Esbe Esbeltez ltez .....................................................................................................................................40 

25.  UNIONES Y MEDIOS DE UNIÓN ...........................................................................................................42  25.1. 

UNIONES ABULONADAS ......................................................................................................................43 

25.2.  UNIONES SOLDADAS ...........................................................................................................................48  26.  ESTRUCTURAS LIVIANAS DE ACERO.............................................................................................................52  26.1.  26.2.  26.3. 

PRINCIPALES USOS ...................................................................................................................................52  VENTAJAS ..............................................................................................................................................53  VENTAJAS COMPARATIVAS CON OTROS MATERIALES (MADERA Y HORMIGÓN) .........................................................53 

27.  CONCLUSIONES Y RECOMENDAC RECOMENDACIONES IONES.......................................................................................................54  28.  BIBLIOGRAFIA: ............................................................................................................................................55  29.  ANEXO ........................................................................................................................................................56  30.  GENERALIDADE GENERALIDADESS .........................................................................................................................................56  30.1. 

1.1 ESTRU ESTRUCTURA CTURACION CION.........................................................................................................................56 

30.1.1.  30.1.2. 

30.2.  30.3. 

1.1.1 DEL SIST SISTEMA EMA EXIST EXISTENTE ENTE....................................................................................................56  SISTEMA EMA PROY PROYECTA ECTADO DO ...............................................................................................57   1.1.2 DEL SIST

NORMAS EMP EMPLEADAS LEADAS.........................................................................................................................57  ESPECIFICACIONES –  – MATERIALES EMPL EMPLEADOS EADOS ...................................................................................57 

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30.4. 

DEL SIST SISTEMA EMA EXISTENTE EXISTENTE ............................................................................................................58  DEL SIST SISTEMA EMA PROYECTADO PROYECTADO .......................................................................................................58 

REFER REFERENCIAS ENCIAS......................................................................................................................................59 

30.4.1.  30.4.2. 

CONFIGURACION IGURACION GEOMETRICA GEOMETRICA ............. ....... ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ........59 ..59   ARQUITECTURA Y CONF ESTRU ESTRUCTUR CTURACION ACION..- CONF CONFIGURA IGURACION CION........................................................................................62 

31.  ESTADOS DE CARGAS Y COMBINAC COMBINACIONES IONES DE CARGAS ................................................................................63  31.1.  31.2. 

ESTADOS DE CARGA CARGASS ..........................................................................................................................63  COMBINACIONES DE CARGA CARGAS.S.- ...........................................................................................................65 

32.  CONCLUSIONES Y RECOMENDAC RECOMENDACIONES.-.....................................................................................................65 IONES.-.....................................................................................................65  32.1. 

CONC CONCLUSIO LUSIONES NES ..................................................................................................................................65  DEL ITEM 4.1 .............................................................................................................................................65  32.2.  RECO RECOMEN MENDACION DACIONES...........................................................................................................................66 ES...........................................................................................................................66   

INDICE DE FIGURAS Figura 1: Torre Interbank - Lima, Perú ................... ......................................... ........................................ ..................7  Figura 2: tipos de perfiles ...................................... ........................................................... .................................. ............. 11  Figura pilares y vigas metálicas ................ ............................................. ....................... Figura 3: 4: Ensambles típicos usados....................................... (a) perno y (b) tornillo. ..................... 12 13   13 p erno y tuerca Figura 5: Ensayo no destructivo .......................................... ................................................................. ....................... 27 27  Figura 6: Ensayos destructivos ..................... ............................................ .............................................. ....................... 28  Figura 7: Combinaciones de cargas .......................................... ............................................................. ................... 32  Figura 8: Factores de reducción de cargas ca rgas ..................................... .................................................... ............... 33 33  Figura 9: Partes de los bulones .................... ........................................... .............................................. ....................... 44 44  Figura 10: Bulones ............................................................. ................................................................................. .................... 44  Figura 11: Uniones de tipo aplastamiento ...................... ............................................. ............................... ........ 45  Figura 12: (a) Falla por corte, (b) falla por desgarramiento, (c) falla por aplastamiento (d) falla por aplastamiento de la chapa, (e) falla por rotura de chapa .................. .................. 45 45  Figura 13: Distribución de los bulones ................... ......................................... ...................................... ................ 46 46  Figura 14: Fuerzas axiales ....................................... 47 47  ax iales que soportan los bulones: ....................................... Figura 15: Bulones sometidas a corte y momento........................ momento............................................ .................... 48  Figura 16: Bulones sometidos a corte y tracción ......................... ............................................. .................... 48  Figura 17: Soldadura por punto .................... ........................................... .............................................. ....................... 49  Figura 18: Soldadura con material de aporte ..................................... ................................................. ............ 49  Figura 19: Tipos de soldaduras .................... ........................................... .............................................. ....................... 50  Figura 20: Posesión de las soldaduras .............................................. .......................................................... ............ 50  Figura 21: Tipo de juntas .................... .......................................... .............................................. ............................... ....... 50  Figura 22: Ensayo de tinta penetrante ......................................... ......................................................... ................ 52  Figura 23: Estructuras livianas de acero ................................................... ....................................................... .... 54 

Ilustración 1 1: 1 : techo metálico existente...................................................... existente...................................................... 60  Ilustración 1 2: detalles -instalaciones ................... ......................................... ...................................... ................ 61  Ilustración 1 3: estructuración ..................... ............................................ .............................................. ....................... 62  Ilustración 1 4: techo ........................................... ...................................... ................ 62 62  4 : proyección del techo..................... 3 

 

 

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Ilustración 1 5: estructuración con estructuras metálicas ...................... .................................. ............ 63  Ilustración 1 6: .......................................... .......................................... ................... 64  6 : datos del proyecto ...................

INDICE DE TABLAS Tabla 1: Norma ENacero 10027 .......................................... .................... .............................................. ............................... ....... 10 Tabla 2: Tipos de inoxidable, resistencia y composición ............................ .................... ........ 10   Tabla 3: Criterios de aceptación en la inspección visual ................... ................................... ................ 23  Tabla 4: Criterios de aceptación de inspección visual ...................... ...................................... ................ 25  Tabla 5: Tipos de bulones ........................................................ ........................................................................ ................ 43  Tabla 6: Dimensiones de os agujeros según CIRSOC 301-EL ............................... ................................. 45  Tabla 7: Valores de la sección y resistencia a tracción ..................................... ..................................... 46  Tabla 8: Valores de sección y resistencia a corte .................... ........................................... ......................... 46  al ta resistencia Tabla 9: Resistencia al corte Fy para cargas de servicio de Bulones de alta en uniones de deslizamiento crítico ............................................ ............................................................ ................ 47  Tabla 10:COLUMNAS METALICAS: Los miembros estructurales empleados son perfiles tipo cajón hueco. ..................... ............................................ .............................................. ...................................... ............... 59  Tabla 11: Especificaciones A-4.1 LRFD - 99: .................................................. .................................................. 65 

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1.  Introducción En la actualidad la construcción en las Estructuras Metálicas está siendo difundida en varios  países, ya que constituye un u n sistema constructivo importante. Este tipo de construcción se elige  por sus ventajas en plazos de obra, o bra, relación coste de mano de obra, coste de materiales, etc. Las estructuras metálicas poseen una gran capacidad resistente por el empleo de acero. Esto le confiere la posibilidad de lograr soluciones de gran envergadura, como cubrir grandes luces, cargas importantes. Al ser sus piezas prefabricadas, y con medios de unión de gran flexibilidad, se acortan los plazos de duración de la oobra bra significativamente. significativamente. Lo cual significa un importante aporte para la construcción. Por otro lado, para hablar hablar de estructuras estruct uras metálicas metálicas tenemos que conocer la Nomenclatura de los metales, para así poderlos identificarlos de acuerdo a sus  propiedades físicas físicas y químicas. químicas. Los motivos que han propiciado esta situación son las muchas ventajas que presenta la utilización de este tipo de estructura; reducci reducción ón de costes, cost es, flexibilidad en el diseño de la estructura, futuras ampliaciones, etc. A parte de estas ventajas, a continuación se muestran otros aspectos que han hacho de la estructura metálica ligera un herramienta muy competitiva en el mundo de la construcción construcci ón de viviendas viviendas unifamiliares u nifamiliares..

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Capítulo I Estructuras metálicas metálicas

2.  Generalidades de la construcción en estructuras metálicas El uso de hierro en la construcción se remonta a los tiempos de la Antigua Grecia; se han encontrado algunos templos donde ya se utilizaban vigas de hierro forjado. En la Edad Media se empleaban elementos de hierro en las naves laterales de las catedrales. Pero, en verdad, comienza a usarse el hierro como elemento estructural en el siglo XVIII; en 1706 se fabrican en Inglaterra las columnas de fundición de hierro para la construcción de la Cámara de los Comunes en Londres. El hierro irrumpe en el siglo XIX dando nacimiento a una nueva arquitectura, se erige en  protagonista  protagonis ta a partir de la Revolución Revolución Industrial, llegando a su auge con la producción estandarizada de piezas. Aparece el perfil "doble T" en 1836, reemplazando a la madera y revoluciona la industria de la construcción creando las bases de la fabricación de piezas en serie. Existen tres obras significativas del siglo XIX exponentes de esa revolución: La primera es el Palacioo de Cristal, Palaci Cr istal, de Joseph Paxton, construida en Londres en 1851 para la Exposición Exposición Universal; Universa l; esta obra representa un hito al a l resolver estructuralmente y mediante procesos de prefabricación prefabricación el el armado y desarmado, y establece una relación novedosa entre los medios técnicos y los fines expresivos del edificio. En su concepción establece de manera premonitoria la utilización del vidrio como piel principal de sus fachadas. En esa Exposición de París de 1889, el ingeniero Ch. Duter presenta su diseño la Caleriedes Machine, un edificio que descubre las ventajas plásticas del metal con una estructura ligera y mínima que permite alcanzar grandes luces con una transparencia nunca lograda antes. Otra obra ejecutada con hierro, protagonista que renueva y modifica formalmente la arquitectura antes de despuntar el siglo XX es la famosa Torre Eiffel (París, Francia).El metal en la construcción precede al hormigón; estas construcciones poseían autonomía  propia complementándose complementándose con materiales pétreos, cerámicos, cerámicos, cales cales,, etc. Con la aparición del concreto, nace esta asociación asociación con el metal dando lugar al hormigón armado. Todas las estructuras metálicas requieren de cimentaciones de hormigón, y usualmente se ejecutan losas, forjados, en este material. Actualmente el uso del acero se asocia a edificios con características singulares ya sea por su diseño como por la magnitud de luces a cubrir, de altura o en construcciones deportivas (estadios) o plantas industriales.

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3.  Definición de estructuras metálicas Las estructuras metálicas, son estructuras diseñadas en por lo menos 80% de secciones metálicas y que son capaces de soportar las cargas necesarias incluidas en el diseño, sea cual sea el uso que se les vaya a dar (edificios, maquinarias, etc.), son importantes este tipo de estructuras  porque son las de mayor mayor resistencia a cualquier cualquier carga que se les les imponga imponga en la la actualidad, su superan peran incluso la resistencia de las estructuras tradicionales de concreto. Las estructuras metálicas constituyen constituy en un sistema constructivo muy difundido en varios países, cuyo empleo e mpleo suele crecer en función de la industrialización. Además poseen una gran capacidad de resistencia porque emplean acero. Esto le confiere la posibilidad de lograr soluciones de gran envergadura, como cubrir grandes luces o cargas importantes. Al ser sus piezas prefabricadas, con medios de unión de gran flexibilidad, se acort acortan an los plazos muy congestionadas como centros urbanos o industriales en los que se prevean accesos y acopios dificultosos, además en los cuales se quiere optimizar los procesos de construcción. Una ventaja  para las las estructuras metálicas metálicas para para edificios edificios es la la probabilidad probabilidad de crecimiento crecimiento así como de cambi cambios os de función o de cargas. En terrenos deficientes donde son previsibles asientos diferenciales apreciables; en estos casos se prefiere los entramados con nudos articulados. Ideal para proyectos metálicos donde existen grandes espacios espacios libres, por ejemplo: locales públicos o salones.

Figura 1: Torre Interbank - Lima, Perú

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4.  Ventajas y desventajas de las estructuras m metálicas etálicas Las ventajas y desventajas de la utilización del acero pueden darnos algunas claves para explicar la adopción de soluciones diferentes a las actuales con hormigón.

4.1.  Ventajas del acero estructural A continuación vamos a indicar, de manera general, algunas de las principales características que suponen la construcción de edificaciones con estructuras metálicas enacero:

 

Uniformidad, ya que las propiedades del acero no cambian apreciablemente apreciablemente con el tiempo. t iempo.

 

Rapidez de montaje, con los consiguientes ahorros en costes fijos de obra.

 

Reutilización del acero tras desmontar la estructura, lo que supone un ahorro de inversión considerable

 

La estructura metálica en acero supone un peso reducido 

 

Elasticidad: El acero es el material que más se acerca a un comportamiento linealmente elástico (Leyde Hooke) hasta alcanzar esfuerzos considerables.

4.2.  Desventajas del acero estructural  

Corrosión: El acero expuesto a intemperie sufre corrosión por lo que deben recubrirse siempre con esmaltes alquidálicos (primarios anticorrosivos) exceptuando a los aceros especiales especial es como el inoxidable.

 

Pandeo elástico: Debido a su alta resistencia/peso resistencia/peso el empleo de perfiles esbeltos esbeltos sujetos a compresión, los hace susceptibles al pandeo elástico, por lo que en ocasiones no son económicos las columnas de acero.

 

Fatiga: La resistencia del acero (así como del resto de los materiales), puede disminuir cuando se somete a un gran número de inversiones de carga o a cambios frecuentes de magnitud de esfuerzos a tensión (cargas pulsantes y alternativas).

5.  Normas de Acero estructural E E-090 -090 8

 

 

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Bajo esta Norma se aprobará el uso del material que cumpla algunas de las siguientes especificaciones:  

Acero estructural, ASTM A36 ( AASHTO M270 Grado 36)

 

Tubos redondos de acero negro y galvanizado, soldados y sin costura, ASTM A53, Gr. B.

 

Acero de alta resistencia y baja aleación, ASTM A242

 

Tubos estructurales de acero al carbono, doblados en frío, soldados y sin costura, ASTM A500.

 

Tubos estructurales de acero al carbono, doblados en caliente, solados y sin costura, ASTM A501.

 

Planchas de acero aleado, templado y revenido, de alta resistencia, adecuadas para soldadura, ASTM A514 (AASHTO M270 Grado 100 y 100W)



  Acero al Carbono –  Manganeso,   Manganeso, de alta resistencia, de calidad estructural, ASTM A529.   Planchas y flejes de acero al carbono, laminadas en caliente, de calidad estructural,

ASTM A570, Gr. 275, 310 y 345  

Acero de alta resistencia y baja aleación al niobio - vanadio, de calidad estructural, ASTM A572 (AASHTO M270 Grado 50)

 

Acero estructural de alta resistencia y baja aleación, con un límite de fluencia mínimo de 345 MPa, de hasta 100 mm de espesor, ASTM A588 (AASHTO M270 Grado 50W)

 

Planchas y flejes de acero de alta resistencia y baja aleación, laminadas en caliente y

laminadas en frío, con resistencia mejorada a la corrosión atmosférica, ASTM A606.   Planchas y flejes de acero de alta resistencia y baja aleación, con Niobio o Vanadio o ambos, laminadas en caliente y laminadas en frío, ASTM A607.

6.  Características de los materiales. Los metales que se emplean en estructuras metálicas son principalmente el acero ordinario, el el acero autopatinable, autopatinable, el acero inoxidable inoxidable y el aluminio.

6.1.  El Acero Ordinario Es el más empleado. 9 

 

 

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Existen los siguientes tipos (según la norma EN 10027): Tabla 1: Norma EN 10027

S235JR

S235J0

S235J2

S275JR

S275J0

S275J2

S355JR 6.2.  Los aceros autopatinables

S355J0

S355J2

Los aceros autopatinables tienen la misma nomenclatura y composición que los aceros ordinarios ordinar ios y tienen tiene n como característica que en su composición entra una una pequeña cantidad de cobre. Estos aceros tienen un buen comportamiento ante la corrosión atmosférica, dado que se  produce en su su superficie una capa de óxido óxido que es la que los protege.

6.3.  Los Aceros Inoxidables Se emplean en estructuras sometidas a ambientes agresivos. En edificación se emplean los siguientes tipos: Tabla 2: Tipos de acero inoxidable, resistencia y composición Nomenclat ura europea (EN 10088.2)

Nomenclatu ra en EEUU

Tipo

Composición

Resistencia de cálculo fleje laminado en frio (MPa)

Resistencia de cálculo fleje o chapa laminado en caliente (MPa)

Alargamie nto de rotura

Coeficiente de dilatación térmica (106/ ºC)

1.4301

AISI 304

austenítico

Fe+Cr+Ni

230

210

45%

16

1.4307

AISI 304L

austenítico

Fe+Cr+Ni

220

200

45%

16

1.4401

AISI 316

austenítico

Fe+Cr+Ni+Mo

240

220

40% a 45%

16

1.4404

AISI 316L

austenítico

Fe+Cr+Ni+Mo

240

220

40% a 45%

16

1.4541

AISI 321

austenítico

Fe+Cr+Ni+Ti

220

200

40%

16

1.4571

AISI 316Ti

austenítico

Fe+Cr+Ni+Mo+ Ti

240

220

40%

16,5

1.4362

duplex

Fe+Cr+Ni+N

420

400

20% a 25%

13

1.4462

duplex

Fe+Cr+Ni+Mo+ N

480

460

20% a 25%

13

6.4.  El Aluminio Aún que ha tenido un gran desarrollo en la industria aeronáutica, en edificación se limita por el momento a carpas y construcciones constru cciones desmontables, dada su ligereza. 10

 

 

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7.  Perfiles Los perfiles que aparecen con doble trazo pueden ser laminados en caliente o ensam ensamblados. blados. Los  primeros se obtienen al calentar la materia prima, denominada denominada palanquilla, y que consiste en grandes bloques de acero, hasta hacerla fluir para darle la forma correspondiente. Los segundos, es decir los perfiles ensamblados, se obtienen apartir de láminas que se sueldan entre sí. De esta última forma se han producido en el país los perfiles más pesados, dado que la producción de  perfiles laminados laminados en caliente caliente se ha limitado principalmente principalmente a ángulos y a otros de bajo peso. peso.

¿Qué diferencia existe en el comportamiento estructural entre los perfiles laminados en caliente y los ensamblados?  La diferencia estriba en los esfuerzos residuales, resultantes del  proceso de enfriamiento. enfriamiento.

7.1.  Tipos de perfiles

Figura 2: tipos de perfiles  

11 

 

 

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8.  Partes de una estructura metálica 8.1.  Estructura Metálica Principal: La estructura metálica principal se compone de todos aquellos elementos que estabilizan y transfieren las cargas a los cimientos c imientos (que normalmente son de hormigón reforzado). La estructura estr uctura metálica principal es la que asegura que no se vuelque, que sea resistente y que no se deforme.  Normalmente está está formada de llos os siguientes elementos: elementos:

8.2.  Vigas metálicas: Las vigas metálicas son los elementos horizontales, son barras horizontales que trabajan a flexión. Dependiendo de las acciones a las que se les someta sus fibras inferiores están sometidas a tracción y las superiores a compresión. Existen varios tipos de vigas metálicas y cada una de ellas tiene un propósito ya que según su forma soportan mejor unos esfuerzos u otros como pueden ser:  

Viguetas: Son las vigas que se colocan muy cerca unas de otras para soportar el techo o el piso de un edificio por ejemplo; cuando vemos un edificio que está sin terminar, suelen ser las vigas que vemos. o Dinteles: Los dinteles son las vigas que se pueden ver sobre una abertura, por ejemplo, las que están sobre las puertas o ventanas.

 

Vigas de Tímpano: Estas son las que soportan las paredes o también parte del techo de los edificios. 

 

Largueros: También conocidas como travesaños o carreras son las que soportan cargas concentradas en puntos aislados a lo largo de la longitud de un edificio.

8.3.  pilares metálicos: Los pilares metálicos son los elementos verticales, todos los pilares reciben esfuerzos de tipo axil, es decir, a compresión. También se les llama montantes.

Figura 3: pilares y vigas metálicas 

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9.  Fabricación de estructuras metálicas L a fabricación de todos los elementos de acero estructural debe ser de acuerdo a las normas. Lo cual Proporciona Propo rciona todas las las conexiones, pernos, placas, pernos de anclajes, y otros otro s para poder garantizar un montaje completo, además los pernos colocados deben ser de alta resistencia o soldadas de acuerdo a la norma, con unos rellenos de 6mm de espesor o más para asegurar los miembros principales por soldadura. Los espacios intermedio de las distancia del borde, distancia a los extremos los agujeros deben cumplir según la norma. Los agujeros no serán realizados con  proceso de oxicorte. Los agujeros agujeros en material material es más de 22mm de espesor lo que indica que debe ser taladrado. Las placas bases de columnas deben ser rectas y Las placas de hasta 38 mm de espesor debe ser aplanada por presión, Los extremos de todas las columnas estructurales que afecten a las placas  bases se se las debe dejar dejar a escuadra escuadra y deben ser ser soldadas en taller. Todos los materiales deberán deberán ser laminados de palanquillas nuevas que cumplan con la especificación. El fabricante debe suministrar una conexión lo suficientemente resisten r esistente. te. Cuando se requiere agujeros de acceso en las vigas, y la altura de la viga se ve reducido a menos de las dos terceras partes de la altura original se debe proveer ángulos de asiento o placas extendidas lo suficiente dentro del alma completa.

10. Protección para corrosión y pintura de taller Después de algún ensamble en taller o en campo, debe recibir una capa de pintura antes del ensamble. Las superficies en contacto luego del ensamble de taller no deben ser pintadas lo que quiere decir todos los terminados deben tener una capa de pintura antes de salir del taller. Las superficies en contacto en juntas de tipo t ipo fricción no deben ser pintadas.

Figura 4: Ensambles típicos usados (a) perno y tuerca y (b) tornillo.

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El taller debe estar exento de carreras y sobresaltos que no permitan un correcto secado o curado de la pintura antes de ser manipulados. Además Todo el acero debe ser limpio de materiales extraños.

11. Montaje Una vez fabricada la estructura debe ser transportada a obra y montada en su posición final. Los elementos estructurales se fijarán con precisión a las líneas y elevaciones, como también serán conectados temporalmente con pernos para garantizar la seguridad de la estructura hasta que las conexiones se hacen permanentes. Las columnas deben ser aseguradas, con tirantes, puesta a  plomo y alineada alineada hasta hasta que los pernos hayan hayan sido sido colocados en su su totalidad. El encargado de la obra “El contratista” asumirá la res ponsabilida  ponsabilidadd de la correcta verticalidad, verticalidad,

alineación y fijación de todos los elementos estructurales. Proporcionar tensores provisionales, refuerzos y si es necesario para proteger la estructura contra cargas de viento y las cargas de construcción, con la intención de mantener la verticalidad y alineación hasta el final del montaje. Las conexiones empernadas de campo deben ser con pernos de alta resistencia según las normas ASTM A-325 O A- 490 pero también deben usar agujeros de ranura corta y de ranura largas lo cual deben ser como conexión de fricción, las arandelas endurecida deben ser instaladas sobre toda las conexiones, para la ranura corte se debe instalar la arandela endurecida y para la ranura larga debe ser arandelas de placa o de barra continua. Las Arandelas biseladas deben ser suministradas en lugares en donde no se pueda garantizar el correcto asiento de las arandelas planas, La conexión de tipo fricción debe ser usada cuando el deslizamiento puede causar una reducción de esfuerzos en áreas incluidas pero no limitadas a arrastramiento de vientos y conexiones sujetas a esfuerzos reversibles tal como empates empates de columnas. Los pernos de alta resistencia se aprietan a la la tensión requerida del perno y las llaves se calibrarán al inicio de las operaciones de empernado, todos los días durante la construcción, la verificación de la calibración se verificará cada vez que sea requerido. La presión de aire en las llaves de impacto no deberá ser inferior a 100 psi. Antes de apretar los pernos con llaves de impacto, todos los pernos deben haber sido apretados con llave de mano. Las llaves de torque serán utilizadas por los inspectores para comprobar la calibración de las llaves de impacto. Las superficies en contacto de las juntas tipo fricción deben estar libres de aceite, pintura, barniz u otros recubrimien r ecubrimientos. tos. 14

 

 

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12. La obra de montaje estructura metálica Serán manejados de acuerdo a los estándares establecidos en los documentos Control de calidad Para ello se dividirá en etapas básicas metodología de trabajo Trazado de ejes y verificación topográfica de anclajes Primeramente, se deberá verificar la compatibilidad de los planos civiles con los planos estructurales antes de iniciar cualquier maniobra de montaje. El Topógrafo tiene la responsabilidad de verificar que los ejes principales estén dentro de las coordenadas del proyecto y hará el trazado correspondiente. También el topógrafo verificará la nivelación de las placas conforme a planos de montaje y ara que cumplen con los niveles de terreno.

12.1.  Verificación de anclajes e insertos. Antes de proceder con el montaje de las estructuras de acero en un área determinada se revisará que la ubicación de todos los pernos de anclaje y placas base que correspondan hayan sido liberados por topógrafo. El Supervisor de Estructuras debe de comprobar la limpieza y estado de los hilos de los pernos de anclaje, ver los espacios destinados a la recepción de las llaves de quiebre tengan la holgura necesaria considerando las placas de nivelación. También se verificará que la limpieza de la superficie de concreto se encuentre en óptimas condiciones, condiciones, como también t ambién la llave de corte.

12.2.  Verificación de las placas de nivelación. Se instalarán las placas de nivelación con la finalidad de efectuar el mejor acercamiento posible a la cota de montaje. Para su instalación se usará un mortero de nivelación (grout) y se ubicarán en los puntos de apoyo principal. Para la colocación del mortero anterior se deberá tener la precaución de humedecer previamente la superficie y mantenerlo luego humedecido según las indicaciones del fabricante.

12.3.  Revisión de piezas estructurales. El Supervisor o Capataz de estructuras verificará los documen documentos tos antes de realizar el montaje, lo cual tiene que ser inspeccionado para asegurar que no produzca daños por el transporte o almacenamiento. Cualquier problema observado debe ser reportado al manejo de problemas de calidad. 15 

 

 

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12.4.  Verticalidad de las columnas, y nivel de vigas principales. Al inicio del mont montaje aje de columnas o pórticos deberán usarse los los arrastramiento arrastr amientoss por por un tiempo tiemp o necesario, de modo que en todo momento el conjunto pueda resistir las solicitaciones a que la estructura parcialmente armada pueda estar sometida, incluyendo las provenien pro venientes tes del equipo de montaje y su operación.   Las columnas y vigas principales tienen que estar aplomada o bien nivelada de acuerdo a los  planos de diseño diseño o montaje. montaje.

12.5.  Chequeo topográfico. Aplome y nivelación. Maniobras de corrección. Antes de proceder con el apriete final de los pernos, el supervisor de la estructura será responsable de solicitar un levantamiento topográfico preliminar de la estructura montada, para estar seguro de que no se presente ningún problema en la estructura. Lo cual el supervisor es responsable de estudiar las maniobras para corregir el desplazamiento desplazamient o o desplome de la la estructura.

12.6.  Pre-armado Elementos Complementarios. El Supervisor tiene la responsabilidad de planificar los pre-armados por plano, identificar las  piezas por marcas, las cantidades que conformarán. conformarán. Los pre pre-armados -armados siempre siempre se realizarán sobre superficies parejas y horizontales para una mejor presentación del complemento y calce durante el montaje. Previo a los izamientos de los pre-armados, se verificarán distancias entre los puntos de conexión con el objetivo de permitir el mejor calce y seguridad de estos.

12.7.  Colocación y Apriete de Pernos de alta dureza. Para el apriete de pernos, todos los elementos estructurales deberán ser alineados, nivelados y ajustados antes que se dé el apriete (torque o tracción) definitivo. Los pernos en los empalmes, sólo se instalarán después de que las superficies en contacto permanente, hayan sido limpiadas y  puestas correctamente correctamente en contacto total. Se utilizará ut ilizará llave Tensiona dora en condiciones óptimas de usos y apropiada para apretar los pernos a la tensión requerida.

12.7.1.  5.2.9 Soldaduras. Las piezas por soldar y los electrodos deberán estar completamente libres de humedad, lo que se requiere es proteger de la lluvia, viento, humedad, con carpas o similar. En los casos donde el 16

 

 

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área de trabajo cuente con temperaturas bajas se deberá calentar la zona a soldar, para establecer la tempera te mperatura tura adecuada. adecuada. En ningún caso será aceptable que se adopten medidas para acelerar el enfriamiento de la unión de soldadura. La unión será protegida del viento y de los cambi cambios os bruscos de temperatura t emperatura con los implementos adecuados. El supervisor tiene que tomar medidas en estos casos.

12.8.  Pintura de Terreno (Touch-UP) Se realizará la pintura de la unión de acuerdo al esquema definido en el Proyecto y se inspeccionará. En caso de resultar nuevamente rechazada, se deberá remover la totalidad de la unión, y se ejecutará nuevamente.

13. Prevención de riesgos Antes de ejecutar la obra, el supervisor deberá tomar todas las medidas preventivas necesarias  para la correcta ejecución. ejecución. Luego se deberá asegurar que el lugar de trabajo se encuentre encuentre adecuadamente adecuad amente despejado, despejado, libre de cualquier tipo de obstrucci o bstrucción ón o un riesgo extra al trabaj tr abajo. o. Tomar todas las medidas medidas necesarias para prevenir los peligros, riesgos a los los personales de servicio tomando en cuenta los siguientes aspectos:   Instruir a los personales de servicio sobre el uso adecuado instrumentos de protección

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 personal   Instruir a los personales de servicio sobre uso de maquinaria, herramientas, maquinarias



manuales,, etc. manuales et c.   Instruir a los personales de servicio sobre los riesgos asociados según ítems del

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 procedimiento.  procedimiento. 13.1.1.  Riegos Asociados En La Construcción   Caída al mismo y distinto nivel.

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  Aplastamiento.

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  Golpes.

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  Ruido.

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  Vibraciones.

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  Proyecci Proyección ón de cuerpos extraños a los ojos.

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  Cortes con objetos corto punzante, etc.

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13.1.2.  Equipos de protección personal. Al usar los instrumentos de protección personal garantiza la seguridad. Casco de seguridad Barbiquejo. Protector auditivo Zapatos de seguridad Antiparras Mascara Masca ra para soldadura Arnés de seguridad. Guantes de cuero (cabritilla), etc. 14. Limpieza                

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Después del montaje, todo el acero se limpiará de arcilla, barro u otros materiales extraños, listo para recibir el acabado final. Todas las zonas oxidables como: soldadura de campo, cabezas de pernos, tuercas, abrasiones deberán ser retocadas después del montaje de la estructura de acero con la pintura de taller. Pero antes e retocar la pintura, las superficies deberán estar cepilladas con alambre y limpiada con solvente para quitar toda la escoria de soldadura, óxido, pintura quemada u otro tipo de contaminación. Las superficies deberán ser retocadas con pintura para reparar las superficies afectadas.

15. Inspección y pruebas El ingeniero responsable podrá aprobar un método alternativo de inspección y verificación. Los pernos deberán ser inspeccionados por lo menos un mínimo del 10% y aprobadas de acuerdo a las norma. Si uno o más de los pernos aprueban es está tá por debajo debajo de ttensi ensión ón especificada. Calibración Calibraci ón de la presión de aire para el procedimiento de re re-ajuste -ajuste se realiza median mediante te pistolas de impacto separadas distinto al tipo utilizado en el apriete original. Se realizara una inspección visual al 100% de Las soldaduras de taller y campo según lo estipulado, un 20% debe ser sometida a pruebas de las soldaduras de penetración completa lo cual indica que deben ser revisadas por un método de ultrasonido o radiografía.

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16. Protección de la estructura 16.1.  Protección contra la corrosión El acero debe ser protegido contra la corrosión, esto se logra con pinturas que son aplicadas generalmente en taller o campo de obra. La intensidad necesaria de la protección depende del grado de ataque corrosivo del ambiente donde se encuentra la estructura. En la estructura hay puntos críticos donde es necesario controlar la protección contra la corrosión. Por ejemplo las soldaduras y puntos donde hay concentración de tensiones. Sobre todo en chapas para cubierta o cerramientos se utilizan elementos con tratamientos de galvanizado o alunizado por evitar el pintado pues proveen una capa protectora, en los casos es necesario cuidar que esa capa de protectora no se dañe o destruya en el proceso de montaje como ejemplo por la ejecución de las soldaduras. Existen aceros aleados que por su composición química resultan resistentes a la corrosión. La estructura debe conservar su aptitud en toda su vida útil.

17. Protección contra el fuego Las estructuras metálicas son incombustibles pero al elevarse la temperatura por un incendio disminuyen su capacidad resistente y pueden colapsar. Por eso en algunos casos es necesario  protegerlas contra contra la acción acción del fuego. Los objetivos de la protección son:   Permitir la elevación rápida y segura de los ocupantes.

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  Dar seguridad al personal que combate el fuego.   Evitar la propagación del fuego desde el foco al resto del edificio y construcciones

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adyacentes.   Reducir al mínimo las pérdidas económicas.

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El grado de la seguridad de la estructura se mide en horas de resistencia al juego. Para construcciones metálicas con bajo nivel de ocupación y que no contengan elementos de riesgo no resulta necesaria una protección especial. La resistencia al fuego de las estructuras metálicas puede aumentarse con la aplicación de revestimientos protectores de hormigón, pinturas especiales y otros. 19 

 

 

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Capítulo 2

Control d e calidad calidad

18. Control de calidad de la estructura metálica Mediante la norma E-090 el fabricante deberá proporcionar procedimientos de control de calidad hasta un nivel en que considere necesario para asegurar que todo el trabajo se realice de acuerdo con esta especificación. Además de los procedimientos de control de calidad del fabricante, el material y la mano de obra pueden ser sujetos a inspección en cualquier momento  por inspectores inspectores calificados que representen representen al propietario. Si se requiere que tales t ales inspecci inspecciones ones sean realizadas por representantes del propietario, esto deberá estar establecido en los documentos de diseño.

18.1.  COOPERACION. En lo posible, toda inspección realizada por representantes del propietario deberá de ser hecha en la planta de fabricante. El fabricante cooperara con el inspector, permitiendo el acceso a todos los lugares donde se está haciendo el trabajo. El inspector deberá programar su trabajo de manera de inferir en lo mínimo el trabajo del fabricante.

18.2.  RECHAZOS. El material o mano de obra que no cumpla razonablemente con las disposiciones de esta norma  puede ser rechazado rechazado en cualquier momento momento durante el avance del trabajo. El fabricante recibirá copias de todos los reportes suministrados al propietario por el e l inspector.

19. inspecciones de la soldadura. 19.1.  Requerimientos generales. 19.1.1.  Inspección y Estipulaciones del contrato. La inspección y ensayo durante la fabricación serán realizados antes del ensamblaje, durante el ensamblaje, durante la soldadura y después de la soldadura para asegurar que los materiales y la mano de obra cumplan los requisitos de los planos y especificaciones técnicas. 20

 

 

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La inspección y los ensayos de verificación serán realizados y los resultados serán informados al propietario y al contratista de una manera oportuna para evitar evitar retrasos ret rasos en el trabajo. La inspección y ensayos durante la fabricación y montaje son de responsabilidad del contratista, a menos que se establezca otra cosa en los documentos del contrato.

19.1.2.  Requerimiento de calificación del inspector. Bases para la calificación. Los inspectores responsables de la aceptación o rechazo del material y la mano de obra empleada deberán de ser calificados. La base para la calificación del inspector deberá de ser documentada. Si el ingeniero proyectista elige especificar las bases para la calificación del inspector, estas deberán aparecer en los planos o especificaciones técnicas o documentos documen tos del contrato.

Las bases de calificación aceptables son la siguiente:   Inspec Inspector tor de soldadura soldadura certificado por el AWS.

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  Inspec Inspector tor de soldadura soldadura certificado por una institución autorizada autorizada para realizar este est e tipo

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de certificación.

19.1.3.  Examen de la vista. Los inspectores deberán pasar un examen de la vista con o sin lentes correctores cada 3 años o menos para probar que tienen una agudeza de visión adecuada.

19.1.4.  Inspección de materiales. El inspector deberá de asegurar que se use solo materiales que cumplan los requisitos de esta norma.   19.1.4.1. 

 Inspección  Inspec ción de los procedimientos procedimientos de soldadura soldadura (WPS) y los equipos. equipos.

El inspector deberá revisar todos los procedimientos a ser usados para el trabajo y deberá asegurarse que ellos cumplan los requisitos de esta norma. El inspector deberá inspeccionar los equipos de soldadura a usarse en el trabajo para asegurarse que cumplan los requisitos de esta norma. 19.1.4.2. 

 Inspección  Inspec ción de la calificación del soldador.

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El inspector solo debe permitir que la soldadura sea realizada por soldadores operadores de soldadura y soldadores provisionales que sean calificados o deberá de asegurarse que cada uno de ellos haya demostrado previamente previamente tal t al calificación calificación bajo otra supervisión aceptable. 19.1.4.3. 

 Inspección  Inspec ción del trabajo y los registros. registros.

El inspector deberá asegurar que el tamaño, la longitud y ubicación de todas las soldaduras cumplan los requisitos establecidos en los planos y que no se haya añadido soldaduras no especificadas sin aprobación. El inspector deberá asegurarse que se haya empleado solo procedimientos que cumplan las  provisiones de esta norma. norma. El inspector debe asegurarse que los electrodos se usen solo en la posición y con el tipo de corriente y polaridad para los cuales están clasificados. El inspector deberá, a intervalos adecuados, observar la preparación de juntas, las prácticas de ensamblaje, las técnicas de soldadura y los rendimientos de cada soldador, para asegurarse que se cumpla los requisitos de esta norma. El inspector deberá mantener un registro de calificaciones de todas las soldaduras, así como de todas las calificaciones de los procedimientos de soldadura (WSP) u otros ensayos realizados y otras informaciones que se pueden requerir. El inspector deberá examinar el trabajo para asegurarse que cumpla los requisitos de esta norma. Otros criterios de aceptación, diferentes de aquellos especificados en la norma, pueden ser usados cuando sean aprobados por el ingeniero proyectista. El tamaño y el contorno de la soldadura deberán de ser medidos con calibradores adecuados. El examen visual de grietes en soldaduras y en metal base y otras discontinuidades deberán de ser realizado con luz potente y lunas de aumento u otros dispositivos que pueden ayudar.

19.1.5.  Criterios de aceptación. La extensión extensión del examen y los criterios de aceptación deberían deberían de estar especificad especificados os en los planos o especificaciones técnicas o documentos de contrato. 19.1.5.1. 

 Inspección  Inspec ción visual.

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Todas las soldaduras deberán de ser visualmente inspeccionados y serán aceptables si satisfacen los criterios de las tablas que presentare a continuación. continuación. Cuando se requiera que la que la inspección visual sea realizada por inspectores de soldadura certificados, esto deberá de ser especificada en los planos o especificación técnicas o documentos de contrato. Tabla 3: Criterios de aceptación en la inspección visual Categorías de discontinuidad y criterio de inspección

Prohibición de grietas. grietas. La soldadura no debe tener grietas 2) Fusión de la Soldadura/metall de base. Soldadura/meta Debe existir una completa Fusión entre los diferentes cordones de soldadura y entre la soldadura y metal de base. 3) Sección Recta del cráter.  cráter.   Todas las cavidades deberán ser llenadas ala sección recta completa, excepto en los extremos de las soldaduras de filete intermitentes fuera de su longitud efectiva.

Conexiones de elementos no tubulares cargado estáticamente

Conexiones de elementos no tubulares cargadas cíclicamente

Conexiones de elementos tubulares (todas las cargas)

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4) Perfil de la sold adura. Los perfiles de soldadura deberán de estar de acuerdo con 13.2.4.e 5) Tiempo de Inspección . La inspección visual de las soldaduras en todos los aceros puede empezar inmediatamente después que la soldadura completa se haya enfriado a temperatura a temperatura ambiente. Los criterios de inspección para los aceros ASTM  A514, A517 estarán basadas en la inspección visual realizada a no menos 48 horas después de finalizadodela soldadura. 6) Menor tamaño de soldadura. Una soldadura de filete en cualquier soldadura continua simple, puede tener un menor tamaño que el tamaño nominal del filete especificado por 1,6 mm sin corrección, si la porción de menor tamaño de la soldadura no excede el 10% de la longitud de la soldadura. En la soldadura de alma a ala en vigas, no se permite el menor tamaño de soldadura, en los extremos, para una longitud igual a 2 veces el ancho de ala.

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b)

Socavación. Para materiales menores la que 25 mm de espesor, la socavación no ascenderá 1mm con la excepción que se permite un máximo de 1.6 mm para una longitud acumulada de 50 mm en cualquier tramo de 300 mm para materiales iguales o mayores que 25 mm de espesor, la socavación no ascenderá 1.6 mm para cualquier longitud de soldadura. En miembros principales la socavación no será mayor que 0.25 mm de profundidad cuando la soldadura es transversal al esfuerzo de tracción bajo cualquier condición de carga de diseño y menor de 1 mm de profundidad para todos los otros casos.

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Tabla 4: Criterios de aceptación de inspección visual 

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19.2.  Ensayo de partículas magnéticas y líquidos penetrantes. Las soldaduras que están sujetas a ensayos de partículas magnéticas y líquidos penetrantes, en edición a la inspección visual, los ensayos serán realizados de acuerdo con la norma ASTM E709, y los criterios de aceptación deberían estar de acuerdo con la sección 6, parte C de la norma ANSI/AWS D1.1, lo que sea aplicable. aplicable.

19.3.  Ensayos no destructivos. Excepto para conexiones de elementos tubulares, todos los métodos en ensayos no destructivos, incluyendo requisitos y calificaciones de equipo, calificación del personal, métodos operativos de equipo y los criterios de aceptación, deberán de estar de acuerdo con la sección 6, inspección de la norma ANSI/AWS D1.1. Las soldaduras sujetas a ensayos no destructivos deben de ser aceptables por la inspección visual. Los ensayos de soldaduras sujetas a ensayos no destructivos pueden empezar inmediatamente después que la soldadura terminada se haya enfriado a temp t emperatura eratura ambiente. Cuando se requiera ensayos no destructivos, el proceso, la extensión y los criterios de aceptación deberán estar claramente definidos en los planos o especificaciones técnicas o documentos de contrato.

20. Inspección de conexiones con pernos de alta resistencia de deslizamiento crítico. La inspección de las conexiones empernadas de alta resistencia de deslizamiento crítico deberá cumplir los siguientes requisitos:   Todas las conexiones deben inspeccionarse para asegurar que las distintas superficies

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de los elementos conectados tengan un contacto pleno. En todas las conexiones, el inspector observara la instalación y el ajuste de los pernos para asegurar que se hagan de acuerdo con los procedimientos mandados por la norma   Si se ha especificado o si considera la verificación de la tracción aplicada a los pernos,

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el inspector verificara el torque aplicado a los pernos mediante una llave de torsión manual con un indicador de torque. No se aceptan relaciones torque a tracción obtenidas de tablas o formulas. La relación se debe determinar en un ensayo con un aparato medidor de tracciones por un laboratorio de ensayos de materiales, competentes. La llave de torsión debe calibrarse diariamente con este aparato. En este caso debe 26

 

 

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inspeccionarse el 10% de los pernos pero no menos de dos, seleccionados al azar. Si se encuentra algún perno incorrectamente ajustado, se verifican todos los pernos.

20.1.  Identificación de acero. El fabricante deberá de ser capaz de acreditar por medio de un certificado de calidad o por ensayos, la calidad del material que se está empleando en la fabricación de una estructura.

20.2.  Resumen: Recapitulando de los procesos que anteriormente ya hablados, una vez culminado la fabricación, ingresan las piezas al control de calidad de la soldadura, utilizando básicamente dos métodos:   Ensayo no destructivo: Que es especialmente para examinar el cordón de soldadura.

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  Ensayos destructivos: Para la c calificación alificación y h homologar omologar a los soldadores. soldadores. 

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20.2.1.  Ensayos de piezas soldados no destructivos: Ensayos en el que la soldadura no sufre cambios fisicoquímicos. Ejemplo: Ejempl o: tinta t inta penetrante, rayos x, ultrasonido, etc. Ensayoo de tinta penetrante Ensay

Figura 5: Ensayo no destructivo

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 20.2.1.1. 

 ENSAYOS DE PIEZAS PIEZAS DESTRUCTIVOS: DESTRUCTIVOS:

Ensayos en el que la soldadura sufre cambios fisicoquímicos. Son usados además para la homologación homologaci ón de soldadores. Ejemplo: prueba de unión de tope. (Si al doblar la pieza apareciera una fisura en la soldadura  por más de 3mm, 3mm, la prueba prueba quedaría no no aceptada).

Figura 6: Ensayos destructivos

Una vez aprobada la pieza, en lo que respecta al control de calidad de la soldadura, dimensiones de las piezas fabricadas y afines, se procede a la limpieza de la pieza, existen varios procesos de limpieza de acuerdo a la norma SSPC: STEEL STRUCTORES PAINTING COUNCIL (norma americana), las más comunes en nuestro país son:   Limpieza manual, según norma SSP ½.

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  Arenado (comercial o blanco), según la norma SSPC SP5 o SP6.

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  Granallado Granallado,, según la norma SSPC SP5, SP6 o SP10.

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21. Costos de estructuras metálicas. Los precios de este tipo de materiales varían según su fabricación y tratándose de que empresa sea su fabricante y la material fabricado. Básicamente varía precio unitario con los precios al por mayor. a.  Peso de acero: Se calcula el peso total tot al del acero en kilos y se pedirá ooferta ferta de material al suministrador de perfiles comerciales en otras palabras a la empresa proveedor de este material, básicamente el precio es por kil kilos. os.

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 b.  Mano de obra: Se considera según la experiencia en este trabajo, un rendimiento del soldador o montador montado r de 30 a 80 kg de acero montado a la hora. Lógicamente el montad montador or con experiencia permite reducir el precio de mano de obra, y así ofrecer un precio más competitivo. Hay que calcular precio por kilo, esto se hace dividiendo lo que cobra uno de los montadores a la hora y dividiendo entre 30 u 80 kilos. (Precio hora montador)/30= precio kilo montado. c.  Consumibles: según las tablas del taller y experiencia comercial, aproximadamente 5 cent. De euro por kilo. d.  Galvanizado:  Para este caso tendríamos que saber lo que cobra la empresa de galvanizados, pero si no lo sabemos, podemos considerar que el galvanizado aumenta aproximadamente aproximada mente en un 25% el peso de la estructura, asique añadimos un 25% al balos del precio del acero. Ejemplo: si el kilo de acero vale 1 euro, el galvanizado nos va a costar el 25% esto es 25 céntimos por kilo. e.  Transporte: En este caso se presupuesta aparte y si es normal con un camión 22ton. f.  Oficina técnica: También son personas comerciables que trabaja en la obra se efectúa su pago mediante el análisis de la inmensidad del proyecto. g.  Control de calidad:  Son personas especializadas y su pago es alto porque gracias a ellos podemos obtener una construcción construcción en calidad alta. h.  Seguridad y salud: es importantísimo contar con ello porque dependemos de ello y su  pago es mediano, mediano, no tengo un monto exacto como ya decía anteriormente es depende de la magnitud de la obra. i.  Gastos financieros: son derivad der ivados os de sistemas s istemas de pagos mínimos.

22. METODOLOGIAS DE DISEÑO Existen dos métodos de análisis y son los siguientes:

22.1. 

“Diseño por Esfuerzos Permisibles”,  conocido por sus siglas

Design).

29 

ASD (Allowable Stress

 

 

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Es un método determinista en el que se diseña de manera tal que las tensiones calculadas por efectos de las cargas de servicio no superen los valores máximos en las especificaciones, es decir que se trabaja en función de las tensiones admisibles, donde estas son una fracción de las tensiones cedentes del material, ya que por basarse en el análisis elástico de las estructuras, los elementos deben ser diseñados para comportarse elásticamente.

22.2. 

“Diseño por Factores de Carga y Resistencia o Estados límites”, conocido por sus

siglas LRFD (Load and Resistance Factor Design). Es un método probabilístico que emplea como criterios de análisis y diseño los de la teoría  plástica o una combinación combinación de análisis y diseño dise ño plástico. En este caso, basado basado en estados límites, hay consistencia con el método de diseño para concreto reforzado ACI-318, que emplea  procedimientos  procedimien tos probabilísticos probabilísticos y provee un nivel más uniforme de confiabilidad. Además de la calibración de los resultados con los que se obtiene en el método ASD, con el objeto que las estructuras no sean muy diferentes entre ambos métodos. Las cargas de trabajo Qi se multiplican por ciertos factores de seguridad γi (casi siempre > 1) y se obtienen las cargas factorizadas usadas en el diseño de la estructura. La estructura se dimensiona para que tenga una resistencia última de diseño suficiente para soportar las cargas factorizadas. Esta resistencia última se considera igual a la resistencia teórica del elemento Rn multiplicada por un factor de resistencia Ø (normalmente < 1). Este factor permite al calculista tomar en cuenta las incertidumbres relativas a la resistencia de los materiales, defectos de fabricación, dimensiones inexactas y mano de obra no especializada. Estos factores se ajustan para lograr una mayor uniformidad y confiabilidad en el diseño. En resumen, para todo miembro componente de una estructura, el Método LRFD establece:

    Q i

i

      Rn  

22.2.1.  Estados límites Se define como "estado límite" la situación más allá de la cual una estructura, miembro o componente estructural queda inútil para su uso previsto, sea por su falla resistente, deformaciones

30

 

 

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y vibraciones excesivas, excesivas, inestabilidad, inestabilidad, deterioro, colapso colapso o cualquier cualquier otra causa. En estas Normas se consideran los siguientes:  

Estado límite de resistencia: Se alcanza este estado cuando se agota la resistencia de la estructura o de alguno de sus miembros.

 

Estado límite de servicio: Se alcanza este estado cuando las deformaciones, vibraciones, agrietamiento, o deterioros afectan el funcionamiento previsto de la estructura pero no su capacidad resistente.

 

Estado límite de tenacidad: Se alcanza este estado cuando la disipación de energía es incapaz de mantener un comportamiento histerético estable.

 

Estado límite de estabilidad: Se alcanza este estado cuando el comportamiento de la estructura o una parte importante de ella se afecta significativamente ante nuevos incrementos de las acciones y que podrían conducirla al colapso o desplome. desplome.

Lo que se pretende, entonces, es conseguir que la estructura no sobrepase los estados límites mencionados, pero como es imposible conseguir riesgo cero en la práctica, el diseñador se debe conformar con una probabilidad adecuada. Para poder conseguirla se debe basar en métodos estadísticos, que se denominan “Métodos de Confiabilidad de momentos de primer   orden segundo orden” para no sobrepasar la resistencia de los elementos.  

Algunas de las ventajas de este procedimiento son:   Es una herramienta adicional para que el diseñador no difiera en su concepto de solución



que emplea en diseño de concreto armado, por ejemplo.

  LRFD aparece más racional y por lo tanto se acerca más a la realidad de lo que ocurre en



la vida útil de la estructura.   El uso de varias combinaciones de cargas conduce a economía de la solución, porque se



acerca con más exactitud a lo que ocurra.   Facilita el ingreso de las bases de diseño conforme más información esté disponible.



31 

 

 

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  Es posible introducir algunos cambios en los factores γi o φ cuando se conoce con mayor



exactitud la naturaleza de las cargas. Esto tiene importancia cuando existen cargas no usuales,, o mejor usuales mejor conocimiento de la resistencia.   Futuros ajustes y calibraciones serán más fáciles de hacer.



23. Coeficientes de amplificación de cargas de servicio El código peruano clasifica las cargas en muertas, vivas, sismo, viento, nieve, etc. La carga última de diseño o efectos máximos últimos que intervienen en los estados límites es la suma de las diversas cargas actuantes en la estructura, afectadas por un factor de amplificación. Este factor de amplificación pretende mostrar la probabilidad que existe de que la carga estimada sea superada en la realidad. La carga muerta por ejemplo es evaluada con mayor precisión que la carga viva o sobrecarga por eso su factor de amplificación es menor. Los factores de Amplificación utilizados por el Reglamento Nacional Nacional de Edificaciones (RNE) han sido tomados del AISC. A continuación se da una tabla donde se muestran las diversas combinaciones con la numeración AISC respectiva. Se le adiciona un comentario para indicar, en la combinación correspondiente, la posible ocurrencia del tipo de carga esperado, en la vida útil de la estructura.

Figura 7: Combinaciones de cargas  

D= Carga muerta Lr = carga viva sobre el techo L= Carga viva de piso. S = Carga de nieve. 32

 

 

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R = carga inicial de lluvia o granizo. granizo. W= Carga de viento. E= Carga de sismo. Se debe considerar, para efectos del diseño estructural, la combinación de cargas que origine los mayores resultados, es decir la combinación que produzca la mayor solicitación a la estructura en general o al miembro en particular. Se debe encontrar la envolvente de esfuerzos internos, ya sea  por flexión, corte, acciones acciones nnormales, ormales, de tracción tracción o comprensión, comprensión, así como de los los esfuerzos combinados. Al mencionar esfuerzos en el método LRFD, se advierte no confundir con los llamados esfuerzos unitarios que se dan en el método ASD. Esfuerzos son las acciones internas que se generan en los miembros y que requieren un tipo definido de resistencia.

24. Factores de reducción de capacidad de carga Loa factores de reducción de la capacidad usados en el RNC han sido tomados del AISC y son los que se presentan a continuación:

Figura 8: Factores de reducción de cargas 

24.1.  Diseño en tracción  

Área total.- El área total de la sección transversal Ag en un punto cualquiera de un miembro se determina sumando las áreas obtenidas al multiplicar el espesor y el ancho de cada uno de los componentes, midiendo los anchos perpendicularmente al eje del

miembro.

33 

 

 

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 

Área neta.- El área neta An se determina sumando las áreas obtenidas al multiplicar el espesor y el ancho neto de cada uno de los elementos componentes, calculando el ancho neto de la siguiente manera: Los diámetros de los agujeros dn se considerarán 2 mm (1/16 pul) mayores que la dimensión nominal del agujero dh o 3 mm (1/8 pul) mayores que el diámetro nominal del perno d.

 

Área Neta Efectiva.- Si un miembro con conexiones es sometido a carga axial hasta que ocurre la falla en su sección neta, el esfuerzo real de falla es menor que el esfuerzo nominal, a menos que los esfuerzos se transmitan uniformemente a través de la sección. La causa de la reducción del esfuerzo de falla son las concentraciones de esfuerzo cortante alrededor de la conexión. Así, el flujo f lujo del esfuerzo de tensión entre la sección transversal del miembro principal y la sección del miembro conectado no es 100% efectiva. En consecuencia: 

Para conexiones atornilladas:  Ae   UAn    



Para conexiones soldadas:  Ae   UAg    

El factor de reducción U es:



 x  U   1     0.90    L 

Donde x es la distancia desde el centroide del área conectada hasta el plano de la conexión. 34

 

 

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Si se tienen dos planos simétricamente localizados de conexión se mide desde el centroide de la mitad del área más cercana

L es la longitud de la conexión en la dirección de la carga.

En soldaduras se mide de un extremo de la conexión al otro. Si los segmentos son de longitudes diferentes se toma el más largo.

Valores sugeridos por AISC :  

Conexiones apernadas:

Perfiles W, M y S (ancho / peralte > 2/3) y perfiles T: 35 

 

 

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U = 0.90 

Para todos los otros perfiles (incluidos ( incluidos los compuestos) con por lo menos tres sujetadores por p or línea: U = 0.85 

Para todos los miembros con solo dos sujetadores por línea: U = 0.75  

Conexiones soldadas:

Perfiles W, M y S (ancho / peralte > 2/3) y perfiles T conectados en las alas: U = 0.90 

Para todos los otros perfiles: U = 0.85

24.1.1.  Casos especiales para conexiones soldadas:  Ae < An sólo

cuando algunos elementos de la sección transversal no están conectados

- Para placas y barras simples  Ae = An - Para placas y barras conectadas por soldaduras longitudinales en sus extremos  Ae = UA g U = 1.00, para 1.00, para l ≥ 2w   U = 0.87, para 1.5w   l   2w  

36

 

 

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U = 0.75, para w  l   1.5w

 

24.2.  Conexiones atornilladas:  

Tornillos alineados: Todos los tornillos en una misma línea maximizan el área neta.

 

Tornillos no alineados: Razones de espacio nos pueden obligar a colocar varias líneas,  produciendoo una reducción  produciend reducción significativa del área neta.

Se puede minimizar la reducción del área utilizando un patrón alternado para colocar los pernos  

Patrón alternado

Si los agujeros están demasiado juntos, la influencia de un agujero excéntrico puede ser sentida  por una sección sección transversal transversal cercana y se puede producir producir una fractura fractura a lo largo de una una trayectoria inclinada.

37 

 

 

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Los esfuerzos sobre la línea de falla inclinada son una combinación de tracción y cortante (esfuerzos biaxiales), así que ya es posible utilizar la expresión s = P/A

24.3.  Método de Cochran (1922) El área neta será lla a menor de las áreas obtenidas por las diferentes líneas de falla posibles.

Para cada línea de falla obtendremos el área neta restando al ancho neto total un valor de d (diámetro del orificio) por cada agujero no alternado y un valor de d’ por cada agujero agujero alternado. alternado.

d '



d 

s2 

4g

 

S=paso G=gramil AISC usa la misma aproximación pero con un  procedimiento  procedimien to diferente: calcula calcula el ancho ancho neto restando restando al ancho total total la suma suma de los diámetros diámetros de los agujeros y sumando un valor de s2/4g por cada línea línea inclinada inclinada en la cadena. cadena. wn  wg   d   

s2 4g

 

24.4.  Bloque de cortante

38

 

 

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Este análisis se basa en la hipótesis que una de las dos superficies de falla se fractura y la otra fluye (cedencia).  

La fractura sobre la la superficie de corte corte es acompañada acompañada con fluencia (cedencia) (cedencia) sobre sobre la superficie de tensión   La fractura sobre la superficie de tensión es acompañada por la fluencia (cedencia) en la superficie de corte.

En cualquiera de los casos, ambas superficies contribuyen con la resistencia total y la resistencia por bloque de cortante será la suma de las resistencias de las dos superficies.

Se tomará el mayor valor entre los dos casos:   Cuando F u Ant      0.6F u Anc   el mecanismo de falla es: fractura por tracción y



cedencia por corte.  N n



0   .6   F   y   Ac



F u Ant   

  F u Ant    el mecanismo de falla es: cedencia por tracción y   Cuando 0.6F u A nc 



fractura por corte.  N n



0   .6  F u  Anc



Ac = área total de corte = b t At = área total en tracción tr acción = s t Anc = área neta en corte = t (b - ncda) Ant = área neta en tracción tracción = t (s - ntda) t = espesor del la pieza de conexión s = ancho del bloque de corte nc= n° de agujeros en el plano de corte nt = n° de agujeros en el plano de tracción da = Ø del perno + (3 mm o 1/8 pul.)

39 

F  y At   

 

 

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En teoría, si cada perno resiste una porción desigual de carga puede ocurrir que diferentes líneas de posible falla estén sometidas a diferentes cargas. En la práctica, se calculan las posibles líneas de falla más desfavorables.

24.4.1.  Conectores a ambos lados de un ángulo (alternados): El área se obtiene desdoblando el ángulo para obtener una placa equivalente. Desdoblamos a lo largo de la superficie media, así que el ancho total de la placa equivalente es la suma de los lados menos el espesor del ángulo. A cualquier línea de gramil que cruce el talón del ángulo se le resta el espesor de éste

24.4.2.  Esbeltez La esbeltez ( parámetro  parámetro crítico para el d diseño iseño a compresión) no tiene influencia en la resistencia de los miembros en tracción. Sin embargo es prudente limitarla para evitar que ocurran comportamientos no deseados si por alguna razón se retira la fuerza de tensión. Se define esbeltez  λ a la relación L/r en donde L es la longitud no arriostrada lateralmente del miembro y r el menor radio de giro del área de la sección transversal. El AISC recomienda que la relación de esbeltez no se exceda de 300 (se excluyen expresamente cables y barras). Esto es con el fin de controlar la flexibilidad, vibración, el combamiento y aflojamiento que puedan producirse en condiciones de servicio. 40

 

 

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 L  r 

300 0   30

Criterio de diseño Seleccionar un miembro con la sección transversal suficiente para que la carga factorizada no exceda la resistencia de diseño.

       R   Q i

i

 

n

 

 Resistencia  Resistenc ia de Diseño: Un miembro en tracción fallará cuando se alcance uno de dos estados

límites:   Deformaci Deformación ón Excesiva



  Fractura



Para prevenir la deformación excesiva la carga sobre la sección total debe ser tal que no se alcance el esfuerzo de fluencia Fy. Para prevenir la fractura, el esfuerzo sobre la sección neta debe ser menor que la resistencia última a la tracción Fu. P



 A

F   P



FA  

El lado izquierdo de la inecuación es la carga aplicada factorizada y el lado derecho representa la resistencia. Resistencia nominal por fluencia: Pn     F  y Ag   Resistencia nominal por fractura: Pn     F u Ae   Ae=área neta efectiva, igual al área neta, o en algunos casos, menor. El factor de resistencia Ø = Øt es menor por fractura que por fluencia.   Fluencia Øt=0.90



  Fractura Øt=0.75



Para miembros en tracción podemos escribir:

  Q    P    P   P



i

i

t 

n

u

t 

41 

n  

 

 

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  0.9   0 F  y Ag   Pu   0.7   5F u Ae   En los miembros en tracción es muy importante la forma de conexión. Normalmente una

Siempre que:

Pu

conexión debilita al miembro, y la medida de su influencia se llama eficiencia de la junta.   Ductilidad del material



  Espaciami Espaciamiento ento entre conectores



  Concentración de esfuerzos en los agujeros



  Procedimi Procedimiento ento de fabricación



  Retraso de cortante



 24.4.2.1. 

 Resumen para para Diseño de Miembros Miembros en Tracción: Tracción:

Diseño: encontrar un miembro con áreas total y neta adecuadas

  Si la conexión es atornillada: Pérdida de área debido a los agujeros Área Neta Efectiva



  Si la conexión es soldada: Área Neta Efectiva (para los casos indicados)



Verificar la relación de esbeltez

 Ag



 L   30 300 0  r 

Pu 0.90 F  y

Pu  Ae  0.75F  u

r   

 L 

300 30 0  

25. Uniones y medios de unión La estructura está formada por elementos estructurales que generalmente deben unirse para que aquella funcione como tal. Asimismo muchas veces los elementos estructurales se componen de  piezas simples que deben de unirse para que trabajen conjuntamente. conjuntamente. Para lograr el funcionamiento funcionamiento de las partes que se unen, las uniones deben transmitir en forma segura las fuerzas y momentos que correspondan y su deformación debe permanecer en el orden de la magnitud de la magnitud de las restantes deformaciones de los elementos estructurales y de la estructura. 42

 

 

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Las uniones realizadas con soldadura deben ser consideradas según el reglamento específico correspondiente. La clasificación de tornillos normales en calibrados y en bruto es consecuencia del ajuste entre el tornillo y el agujero. Cuando la terminación del orificio permite asegurar que el  juego entre entre diámetros de tornillos y agujero es inferior inferior a 0,01 del diámetro del tornillo, a éste éste se lo debe considerar calibrado, calibrado, en caso contrario tornillo en bruto.

25.1.  Uniones abulonadas a)  TIPOS DE BULONES

Los bulones tienen cabeza, vástago roscado, tuerca y arandela, en la actualidad se utilizan dos tipos de bulones: Tabla 5: Tipos de bulones

TPOS

DE

CARACTERISTICAS

USOS

Se fabrican con aceros al

Se utilizan para uniones

BULONES

carbono de caraceristicas caraceristicas similares de tipo aplastamiento, la al tipo ASTM A36 ó F24 IRAM- cabeza hexagonal permite Bulones comunes calibradas

IAS.

un mejor manejo de las

Tensión de rotura de tracción (F=370 MPa) Tensión (Fy=235 MPa)

llaves de apriete y necesta menos espacio para girar. Tienen mayores tolerancias

de

fluencia en las dimenciones del vástago.

Se fabrican con aceros al Pueden usarse en Bulones de alta carbono tratados termicamente (templado y revenido), o aceros uniones de tipo resistencia aleados. aplastamiento o en uniones Bulones tipo ASTM A325 (Fu≥825 MPa Φ ≤1”; Fu>725 MPa

43 

de deslizamiento critico.

 

 

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Φ>1”; Fy≥650 MPa Φ ≤1”; Fy>725 MPa Φ> 1”)  Bulones tipo ISO 8.8 (Fu≥800 MPa; Fy≥0.8Fu≥680 MPa) 

Bulones tipo ASTM A490 Bulones tipo ISO 10.9

Figura 9: Partes de los bulones

Figura 10: Bulones

b)  TIPOS DE UNIONES ABULONADAS

Existen dos tipos de uniones abulonadas diferenciadas por la manera en que se transmite las fuerza cuando esta actua:   Uniones tipo aplastamiento



44

 

 

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Figura 11: Uniones de tipo aplastamiento

Figura 12: (a) Falla por corte, (b) falla por po r desgarramiento, desgarramiento, (c) falla por aplastamiento (d) falla por aplastamiento de la chapa, (e) falla por rotura de chapa

c)  TIPO TEMAÑO Y USO DE AGUJEROS

Según CIRSOC 301-EL; admite varios tipos de agujeros Tabla 6: Dimensiones de os agujeros según CIRSOC 301-EL

  Resistencia de diseño de bulones a tracción y a corte en uniones de tipo aplastamiento



Resistencia a tracción La resistencia nominal de un bulón es en kN: =  . . (10− ) 

.[]  

Donde: Fn= Tensión de rotura a tracción en MPa An= área neta de la parte del bulón (cm2) Para los distintos tipos de bulones se adoptan los siguientes valores de Fn 45 

 

 

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Tabla 7: Valores de la sección y resistencia a tracción

Bulones

Sección

Fn(MPa)

A325

0.75x825

620

ISO 8.8

0.75x800

600

A490

0.75x1035

778

ISO 10.9

0.75x1000

750

Resistencia a corte  Tabla 8: Valores de sección y resistencia a corte

Bulones

Sección

Fn(MPa)

A325

0.50x825

415

ISO 8.8

0.50x800

400

A490

0.50x1035

517

ISO 10.9

0.50x1000

500

Distribución de los bulones en una unión

Esto dependerá de la posible falla de desgarro de la chapa y las limitaciones por resistencia y deformación derivadas del aplastamiento de la chapa que fijan distancia mínimas a bordes cargados y distancia mínimas entre centro de agujeros en la dirección de la fuerza aplicada, en dirección normal las distancia mínimas surgen fundamentalmente del espacio necesario para ajustar el bulón y de que el material no se dañe al ser punzonado o taladrado el agujero

Figura 13: Distribución de los bulones

Uniones de deslizamiento critico proyectadas para cargas de servicio

46

 

 

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Tabla 9: Resistencia al corte Fy para cargas de servicio de Bulones de alta resistencia en uniones de deslizamiento crítico

Unión sometida a corte y tracción combinados Si la unión, además de corte esta sometida a fuerza de tracción, el efecto de esta disminuye el efecto de pretensado del bulón, por lo que se disminuye la capacidad para transmitir corte por fricción. Uniones de deslizamiento critico proyectadas proyectadas para cargas mayoradas mayoradas (u (ultimo ltimo estado) La resistencia de diseño a deslizamiento deberá ser mayor o igual a la fuerza requerida de corte, obtenida con las cargas mayoradas. d)  UNIONES QUE TRANSMITEN FUERZA AXIAL

Tramiten la fuerza coincidente con el centro de la gravedad de la unión, las fuerzas pueden ser de tracción o de compresión.

Figura 14: Fuerzas axiales que soportan los bulones:

47 

 

 

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  Uniones sometidas a corte y momento en el plano pl ano



Existen juntas donde la carga es excéntrica o la unión está sometida a fuerza y momento torsor, en estos casos se debe determinar cuáles son las fuerzas actuantes cobre cada bulón en la unión  para ello ello existen tres métodos: métodos: Método el elástico ástico lineal, lineal, método de exoticidad exoticidad reducida reducida y el método método de la resistencia última.

Figura 15: Bulones sometidas a corte y momento

  Uniones sometidas a corte y tracción



Los bulones quedan atraccionados por la componente Pn y sometidas a corte por la componente Pv, en ambos casos las fuerzas actuante en cada bulón se obtiene dividiendo de a unión.

Figura 16: Bulones sometidos a corte y tracción

25.2.  Uniones soldadas La soldadura es un proceso por el cual se unen las partes metálicas mediante la aplicación de calor combinada o no con una presión entre las superficies en contacto, puede o no adicionarse material de aporte base que permita permita unir. En la actualidad se utilizan dos procedimientos para las uniones soldadas: 48

 

 

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  Soldadura por contacto o puntos:  puntos:  Se utiliza solo para unir chapas de pequeño espesor (hasta 45

mm) en estructuras con elementos de chapa delgada doblada en frio, se ponen en contacto las chapas a unir y se hace para una corriente eléctrica que funde el material base, al mismo tiempo se aplica una presión de manera que en el punto de aplicación de la misma se une el material fundido de ambas chapas en contacto, al enfriarse queda un punto de unión entre las chapas.  

Figura 17: Soldadura por punto



  Soldadura por arco eléctrico con aporte de material:  material:   En este proceso se forma un arco eléctrico

entre piezas y una varilla con material de aporte (eléctrico), el arco genera un calor que funde un área limitada del material base de las pesas a unir y el extremo del electrodo, las gotas del material fundido del electrodo son impulsadas por el arco eléctrico dentro de la masa fundida del material  base. Al en enfriarse friarse la masa se solidifica y queda queda la unión reali realizada, zada, el electrodo pue puede de ser some sometido tido manualmente u por una maquina automática o semiautomática.

Figura 18: Soldadura con material de aporte

a)  Ventajas y desventajas de las uniones soldadas 

  Las estructuras soldadas soldadas resultan en general más livi livianas anas que las abullonadas po porr la eliminación

de los medios de unión y de chapas auxiliares muchas veces necesarias en ellas, esto también simplifica el detallado de las estructuras. 

   No hay disminución disminución de se sección cción resistente a tracción y corte como como en las unione unioness abulonadas po porr la



  En muchas situaciones las uniones y empalmes pueden ser realizadas en forma más simplificada. simplifica da.

 presencia de agujeros. agujeros.

49 

 

 

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  Cuando la posesión de soldado es cómoda se pueden ejecutar uniones en obra permitiendo mayor

tolerancia en el montaje que con las uniones abulonadas. 

  Como inconveniente, en uniones que no deben transmitir momento resulta más difícil evitar los

momentos secundarios, debiendo para ello proyectar cuidadosamen cuidadosamente te la unión. 

  Es necesaria mano de obra especialmente capacitada.



  Las uniones soldadas generan tensiones residuales al enfriarse por lo que deben ser cuidadosamente

 proyectadas y ejecutadas ejecutadas para reducir dichas tensiones.  Tipos de soldaduras

Figura 19: Tipos de soldaduras

Figura 20: Posesión de las soldaduras

Figura 21: Tipo de juntas

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a)  Calidad de soldaduras

Se entiende por control de calidad a las diferentes acciones llevadas a cabo tanto por el usuario como por el fabricante que contribuyen a asegurar la garantía de calidad y forma parte del control de calidad.

Para llegar a ser un Inspector de Soldadura, se deben cumplir los siguientes requisitos: 

  Debe gozar de buena condición física, ya que con frecuencia las condiciones de inspección son

difíciles. Tener una buena visión, indispensables para la inspección visual, interpretación radiográfica y de otros ensayos no destructivos. Tener actitud profesional: hacer cumplir los códigos y tener buenas relaciones con el resto del  personal. Tener conocimientos de soldadura: debe conocer sobre el proceso ya que éste define el tipo de discontinuidad a originarse, las variables esenciales de cada proceso pr oceso y debe monitorear las mismas durante la fase de construcción como especifique el código. Debe conocer de Dibujo, Especificaciones y Procedimientos e interpretarlos correctamente. Debe



 



 



 



 



conocerdelosmétodos símbolos soldadura ensayos no destructivos.   Saber dedeensayo, susyaplicaciones, limitaciones e interpretación de resultados. El



   



 



 



método seleccionado debe suministrar la información adecuada para compararlo a los estándares de aceptación establecidos. Tener habilidad para llevar registros y hacer informes escritos, concisos, claros y completos. Los registros deben incluir los resultados de la inspección y ensayos, los registros del  procedimiento de soldadura, soldadura, de calificación de soldadura y de control de materiales de soldadura. soldadura. Experiencia en Soldadura: la experiencia como soldador o operador de máquina es invaluable para un inspector, algunos empleadores solicitan como requisitos que los inspectores tengan experiencia  previa soldando. soldando. Entrenamiento en Ingeniería de Soldadura y Metalurgia: es deseable, sin embargo la práctica ha demostrado que la experiencia en campo y el estudio han desarrollado excelentes inspectores con conocimientos equivalentes a los primeros. Lo esencial es que conozca donde se encuentra la información relevante y sepa cómo interpretarla.

b)  Soldadores y operadores de equipos:

Verificar que las pruebas de calificación de los soldadores y operadores de máquina fueron realizadas y que tanto ellas como los documentos de calificación estén de acuerdo a los códigos, estándares y especificaciones que se están aplicando. Verificar que la calificación este de acuerdo y sea apropiada al procedimiento especificado para el trabajo que esté asignado. Requerir calificación si hay evidencia de que no está calificado para realizar la soldadura conforme con los requerimientos requerimien tos del trabajo.

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c)  Durante la Soldadura:   Verificar que solamente se estén usando los procedimientos de soldadura que fueron aprobados  para el trabajo.   Verificar que el precalentamiento, cuando sea necesario, se realiza de acuerdo al procedimien procedimiento. to.   Observar y asegurar que la soldadura se realiza conforme al procedimiento aprobado.   Verificar que la soldadura sea realizada por un operador calificado. 

 



d)  Después de la Soldadura:   En esta fase la inspección está relacionada con:   Sistema de marcado e identificación:   Se debe emplear un sistema que sea claro e indique cuáles son las porciones a inspeccionar y el tipo de inspección a aplicar. 

 

e)  Ensayos No Destructivos:

Seleccionar la soldadura a inspeccionar por ensayos no destructivos (END), verificar que el END ha sido documentado apropiadamente de acuerdo al código, estándar y Especificación aplicable, verificar que los procedimientos de END han sido aprobados para su uso, hacer inspección visual de acuerdo con el plan de inspección y el procedimiento de inspección aplicable,  preparar los los informes informes de resultados resultados de los ensay ensayos os no destructivos destructivos y revisar, evaluar evaluar y verificar los reportes de END contra los estándares de aceptación aplicables.

Figura 22: Ensayo de tinta penetrante

f)  Ensayos Mecánicos:

Seleccionar las zonas para toma de las probetas para los ensayos, verificar si los procedimientos de ensayo han sido aprobados, verificar si las muestras de soldadura fueron tomadas de acuerdo al código, estándar y especificación aplicable, ejecutar e interpretar los ensayos macrográficos de las  juntas soldadas, soldadas, prepara prepara los los informes informes de los los resultados resultados de los los ensayos ensayos me mecánicos cánicos y revisar, evaluar evaluar y verificar los resultados de los ensayos mecánicos contra los requerimientos especificados

26. Estructuras livianas de acero 26.1.  Principales usos 



  Chasis de vehículos   Estanterías de almacenamiento

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  Protección de carreteras



  Monopos Monopostes, tes, torres y mástiles de transmisión



  Elementos para la construcción de puentes



  Estructuras de edificio



  Cerramientos de edificios

26.2.  Ventajas 

  Al igual que los perfiles laminados en caliente de mayor espesor, pueden fabricarse perfiles livianos

conformados en frio para cargas relativamente bajas o luces cortas. 

  Las configuraciones de secciones inusualmente pueden ser producidas económicamente por

operaciones de conformado en frio y pueden obtenerse relaciones resistencia-peso favorables. 

  Pueden producirse secciones encastrables, permitiendo acopiar perfiles en empaques.



  Pueden fabricarse paneles, cuyo eso permite su manipuleo con el fin de ejecutar entrepisos,

cubiertas, cerramientos. 

  Los paneles no solo serán capaces de soportar cargas normales a su plano, dados poseerán rigidez

en su plano podrán ser usados como estructuras de rigidez.

26.3.  Ventajas comparativas con otros materiales (madera y hormigón) 

  Bajo peso



  Alta resistencia y rigidez



  Facilidad de prefabricado y producción industrial



  Fácil y rápido montaje





  Eliminación sustancial de retrasos debido al clima   El detallando más exacto



  Encofrados innecesarios



  Economía en el transporte y el manipuleo



  Variedad de secciones

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Figura 23: Estructuras livianas de acero

27. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES En la actualidad las construcciones con estructuras metálicas están en su boom, los rascacielos más grandes del mundo, y las más modernas se construyeron con estructuras metálicas y ya non concreto armado, una de las grandes ventajas es porque el edificio tiene un muy inferior al del concreto armado, ya viene en tamaños predeterminados predeter minados ya y facilita facilit a rapidez en su construcción, los elemento metálicos son unidos mediantes alguno de los medios de unión, facilitando armar grandes estructuras en pocos días.

Se recomienda tener un minucioso seguimiento en el proceso constructivo para cumplir con todas las especificaciones, en los elementos donde se van a unir con bulones no se tienen que aumentar más hueco, debido a que estaríamos modificando su comportamiento, los encargados del  proyectos deben deben de llevar todos los ensayos ensayos necesarios necesarios para garantizar garantizar la calidad calidad de los los materiales ya sean barra o las uniones.

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28. BIBLIOGRAFIA: Troglia Gabriel R. estructuras metálicas proyectos por estados límites. 2000 parte 1 cuarta edición edici ón .editorial científica universitaria. España. España. Pag.370. ISBN: I SBN: 987-9406-52-4 Bermúdez Mejía Carlos A. curso básico de estructuras metálicas. 2005. Universidad nacional de Colombia sede Manizales. Pag.78. ISBN: 958-9322-89-1. http://www.peru.generadordeprecios http://www.peru.gene radordeprecios.info/obra_nuev .info/obra_nueva/Estructuras/Acero/Li a/Estructuras/Acero/Ligeras_para_tech geras_para_techumbr  umbr  es/Estructura_metalica_ligera_autoportante.html http://www.haug.com.pe/servicio-estructuras-metlicas-4 http://myslide.es/documents/calcul http://myslide.es /documents/calculo-presupuesto-de-una-es o-presupuesto-de-una-estructura-metalica.html tructura-metalica.html http://www.construccion.org.pe/normas/rne2009/rne20 http://www.construccion.org.pe/norm as/rne2009/rne2006/files/titulo3/02_E/RNE2006_ 06/files/titulo3/02_E/RNE2006_E_090.pd E_090.pd f  NTE-E-090 ESTRUCTURAS ESTRUCTURAS METALICAS.

FABRICACION Y MONTAJE DE UNA ESTRUCTURA METALICA- Instituto ttecnol ecnológica ógica de la construcción A.C.

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29. anexo EJEMPLO DE APLICACIÓN DE CÁLCULO ESTRUCTURAL ESTRUCTURAL

PROYECTO: AMPLIACION - TEJEDURIA 5 DEPARTAMENTO: LIMA PROVINCIA: LIMA DISTRITO: CERCADO DE LIMA

PROPIETARIO: CIA. Industrial Nuevo Mundo S.A. CONSULTOR: Ing. HOLDER CONTRERAS CALDERON C.I.P.

48500 30.  GENERALIDADES La presente Memoria corresponde al análisis sísmico y calculo estructural del proyecto

 TEJEDURIA 5 DE INSTALACION INDUSTRIAL ”, de Propietario “CIA. “AMPLIACION –  TEJEDURIA Industrial Nuevo Mundo S.A. ”; Estructura existente conformada por 1 T echo Tipo Arco Metálico, proyectada para albergar equipamiento de uso industrial; con ubicación en  jr. José

Celendín Nº 750 –  Zona  Zona Industrial; distrito de Cercado, provincia y departamento de Lima.  30.1.  1.1 ESTRUCTUR ESTRUCTURACION ACION 30.1.1.  1.1.1 DEL SISTEMA EXISTENTE La altura del Techo Metálico existente es 6.00m en el cielo raso, y 10.00m en la cumbrera, con un nivel de techo de +10.00m sobre la vía pública.   El sistema estructural existente consta de:  

Arcos Metálicos (con varillas de acero liso) apoyados sobre columnas metálicas y sobre una viga metálica, en sentido paralelo a la fachada.

 

Viguetas y arriostres metálicos (con varillas de acero liso) apoyadas sobre los Arcos metálicos en el sentido perpendicular a la fachada. 56

 

 

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La cimentación existente no fue inspeccionada, se descarta su Análisis considerando la calidad  portante del Terreno local (Grava mal graduada aprox.). Se tiene 2 secciones secciones de column columnas as metálicas: rectangulares de 6” x 6” x 1/4", circular de O 6 5/8”; mientras que la viga metálica es

de sección .31 x 1.10m co mpuesta por perfiles de acero tipo ángulo “L” y planchas.   El diafragma rígido lo conforman las Bridas y Cuerdas superiores del Arco metálico, así como las viguetas metálicas, arriostres entre viguetas y templadores, según se muestra en los Planos del  proyecto.

30.1.2.  1.1.2 DEL SISTEMA PROYECTADO El sistema estructural planteado consiste en:    

Incorporación Incorporaci ón de Pasarellas Metálicas, suspendidas suspendidas del Arco Metálico

 

Instalación Instalaci ón de Ductos Metálicos, suspendidos suspendidos del Arco Metálico.

 

Instalación de falso cielo raso de baldosas, suspendido de las Viguetas metálicas

30.2.  NORMAS EMPLEADAS Se sigue las disposiciones de los Reglamentos y Normas Nacionales e Internacionales descritos a continuación.     -Reglamen -Reglamento to Nacional Nacional de Edificaciones Edificaciones (Perú)  –  Normas  Normas Técnicas de Edificación



(N.T.E.):   - NTE  NTE E.020 “CARGAS” “CARGAS” 



  - NTE  NTE E.060 “CONCRETO “CONCRETO A ARMADO” RMADO” 



  - NTE  NTE E.030 “DISEÑO “DISEÑO SISMOR SISMORRESISTENTE” RESISTENTE” 



  - NTE  NTE E.070 “ALBAÑIL “ALBAÑILERIA” ERIA” 



  - NTE  NTE E.050 “SUELOS “SUELOS Y CIMENTA CIMENTACIONES” CIONES” 



  - NTE  NTE E.090 “ESTRUCTURA “ESTRUCTURAS S METALICA METALICAS” S”  



  A.C.I. 318 –  2008  2008 (American Concrete Institute) - Building Code Requirements for



Structural Concrete   UBC 1997 Uniform Building Code -AISC-LRFD 99



Se entiende que todos los Reglamentos y Normas están en vigencia y/o son de la última edición.

30.3.  ESPECIFICACIONES –  MATERIALES  MATERIALES EMPLEADOS 57 

 

 

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30.3.1.  DEL SISTEMA EXISTENTE  30.3.1.1.  

 ACERO ESTRUCTURAL ESTRUCTURAL (A-36):

 

Resistencia (fy): 2,500 Kg/cm2 (G° 36)  Módulo de Elasticidad (E): 2’000,000 Kg/cm2  

 

Módulo de Poisson (u): 0.30 

 





 30.3.1.2. 

 ACERO LISO LISO (ASTM A-615):

  Resistencia a la fluencia (fy): 4,200 Kg/cm 2 (G° 60): “E”: 2’100,000 Kg/cm2 



 30.3.1.3. 

 PLANCHAS (A-36):

a.  Resistencia (fy): 2,500 Kg/cm2 (G° 36):  b.  Módulo de Elasticidad (E): 2’000,000 Kg/cm2  

30.3.2.  DEL SISTEMA PROYECTADO ACERO Arcos metálicos: Fy = 36 KSI λc = 7.85 Tn/m3, Ec = 2,000,000 Kg/cm2 Fu = 58 KSI u = 0.30 Corrugado: Fy = 4200 Kg/cm2, λc = 7.85 Tn/m3, Ec = 2,100,000 Kg/cm2

SOLDADURA: Electrodos: Fexx = 60 KSI (E70 XX - AWS, para acero liso) (en varillas) Fexx = 70 KSI (E70 XX - AWS, para acero corrug.)

COBERTURA: Pu = 8.50 kg/m2 (Calaminon curvo CU-6; catalogo fabricante) ARCOS METALICOS:

El tipo de miembros estructurales empleados son varillas de acero liso, con

las siguientes características:

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Tabla 10:COLUMNAS METALICAS: Los miembros estructurales empleados son perfiles tipo cajón hueco.

30.4.  REFERENCIAS 30.4.1.  ARQUITECTURA Y CONFIGURACION GEOMETRICA

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Ilustración 1 1: techo metálico existente 

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Ilustración 1 2: detalles -instalaciones 

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30.4.2.  ESTRUCTU ESTRUCTURACION.RACION.- CONFIGURACI CONFIGURACION ON

estructuración ción Ilustración 1 3: estructura

Ilustración 1 4: proyección del techo 

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estructuración ción con estructuras metálicas  Ilustración 1 5: estructura

31.  ESTADOS DE CARGAS Y COMBINACIONES DE CARGAS 31.1.  ESTADOS DE CARGAS CARGA MUERTA: El valor de las Cargas Muertas empleadas comprende el peso propio de los elementos estructurales (arcos, viguetas, arriostres, columnas, columnas, planchas p lanchas,, etc.) según características descritas en el Item 1.3; además del peso de los Equipos suspendidos, el peso de los acabados, según:  Falso Cielo Raso (bloquetas): 10.00 kg/m2 Pasarellas: 22.06 kg/m Luminarias: 9.04 kg/m Cobertura (calaminon (calaminon curvo): 8.50 kg/m2 kg/m2 Ductos: Peso: 4500 kg Longitud: 28.00 m Peso equiv.: 160 kg/m2 63 

 

 

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CARGA VIVA: El valor de Carga Viva empleada es de 30 kg/m2 (coberturas) y 500 kg/m2  (pasarellas), según especificaciones de la NTP E.020  –  TABLA  TABLA 1

CARGAS LATERALES:

CARGAS DE VIENTO (W):  NTE E.020 - Art. 12 →: V h = V(H/10) 0.22 > V ("V" de Mapa Eolico - zona Lima) Viento en Arcos metalicos: V = 45.00 km/h _ H ≈ 9.300 m (alt. prom. desde terreno)   VH = 45.00 km/h θ = 9.000 ° (pendiente promedio de la superficie - zona de baja pendiente) θ = 27.000 ° (pendiente promedio de la superficie - zona de alta pendien pendiente) te)

Presiones: NTE E.020 - TABLA 4 → Ph = 0.005(C)(V h2 )

Ilustración 1 6: datos del proyecto 

Donde: Ph = Presion o succion del viento a una altura “h” perpendicular a la superficie, para "h"> 10m (kg/m2) C = factor de forma adimensional adimensional (de tabla izquierda)

BARLOVENTO: Considerando presion: C = 0.8 _ ρh = 8.10 kg/m2 (en arcos) Considerando succion: C = -0.8 _ ρh = -8.10 kg/m2 (en arcos) 

SOTAVENTO Se tiene succion: C = -0.5 _ ρh = -5.06 kg/m2 (en arcos) CARGAS DE SISMO: Se Describe en el Item III

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31.2.  COMBINACIONES DE CARGAS.-

Tabla 11: Especificaciones A-4.1 LRFD - 99:

Se entiende que "W" y "E" corresponden a los casos más críticos de Viento y Sismo respectivamente. De dichas combinaciones, el diseño Estructural se efectúa con la “ENVOLVENTE” definida con dichas combinaciones

32. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.32.1.  CONCLUSIONES En la Estructura Existente, cada Arco Metálico contempla Bridas, Diagonales, y Cuerdas de ∅1” y ∅5/8” los cuales resultaron suficientes para adoptar las nuevas cargas a portar en la

estructura, a excepción de los detallados a continuación:  

Del Item 4.1: Las Columnas Metálicas, requirieron un encamisetado de C°A°, en una altura H= 2.25m. Esto para cumplir con los desplazamientos laterales permisibles, segun la NTP E.030.

 

Del Item 5.2: Los Tensores en cada Arco, requerían de menor longitud por tramo para evitar falla por pandeo, para lo cual se requirió la introducción de 4 nuevos colgadores (∅1/4" liso) en cada Arco.

 

Del Item 5.2: El resto de elementos (vigas Metalicas, viguetas, templadores) no requieren refuerzo para portar las nuevas cargas. Similarmente con las planchas y cartelas existentes.

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32.2.  RECOMENDACIONES Es indispensable el en camisetado de las Columnas existentes (∅6 5/8”) con C°A° de f’c= 210 kg/cm2, según se indica en Planos de Reforzamiento adjuntos.  

Del Item 6.1.3 6.1.3:: Es recomendable hacer una verificacion de las Soldaduras entre las uniones de cada miembro de las estructuras (Arcos, Vigas Metálicas, Viguetas, Columnas Metálicas) verificando que estas cumplan el espesor mínimo E= 3/16”. 

 

Aunque los fact factores ores de Segur Seguridad idad de los d disenos isenos del Proyect Proyecto o original pueden pueden cubrir en un amplio margen alguna distorsión o alteración alter ación en el comportamiento real de la Estructura respecto al Proyecto, es recomendable los reajustes al Proyecto contemplado en los Items anteriores, a fin de evitar sobrereforzamientos que puedan alterar perjudicialmente el comportamiento real de la Estructura. 

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