INTRODUCCION Generalmente son construcciones grandes, destinadas para almacén. Son de diseño sencillo, prefiriéndose que no tengan apoyos intermedios para facilitar la circulación Actualmente la versatilidad y rapidez de la construcción de galpones, los ha llevado a usarse no solo como depósitos, sino crear oficinas dentro de los mismos, entre otras áreas. A pesar de que los galpones son fáciles de diseñar y construir, esto no dee ser referencia de deilidad, al contrario están diseñados para soportar todo tipo de sorecargas como cualquier construcción pesada! es decir soportan fuerzas de viento y sismos. "ara resolver con acierto la estailidad industrial de un edificio, es imprescindile entender el funcionamiento de su estructura, conocer la disposición estructural, las solicitaciones que le llegan y el material utilizado, con el fin de elegir los detalles y disp dispos osic icio ione ness cons constr truc uctitiva vass más más adec adecua uados dos,, as# as# como como reso resolv lver er los los punt puntos os singulares de la misma. $os materiales empleados en su construcción suelen ser metales y%u hormigón, pudiénd pudiéndose ose recurri recurrirr al empleo empleo de materi materiale aless compue compuesto stoss para para determ determina inados dos elementos estructurales o para aplicaciones especiales. $as construcciones e&ecutadas con estructuras metálicas permiten luces mayores, espec especia ialm lmen ente te inte intere resan sante tess para para local locales es come comerc rcia iale les, s, indus industr tria ias, s, donde donde se requieran edificios sin pilares intermedios, as# como para edificios de grandes alturas, sin pilares e'cesivamente gruesos, evitando ocupar espacios importantes.
OBJETIVOS
Objetivo General (stalecer una metodolog#a de cálculo de la estructura metálica )acero* y de la cimentación de las naves industriales, de acuerdo a la normativa vigente.
Objetivos Específicos + ecopilación de la información necesaria para el planteamiento del cálculo estructural. + ('plic ('plicaci ación ón del proceso proceso constru constructi ctivo vo de los Galpon Galpones es -ndust -ndustrial riales es o aves aves -ndustriales.
G!"ONES INDUSTRI!ES 1
Se deno denom mina galpón a una una construcción relati relativam vament ente e grande grande que suele suele destinarse al depósito de mercader#as o maquinarias. Suelen ser construcciones rurales con una sola puerta. /ipo de construcción de infraestructura simple que se usa com0nmente como almacén, odega, depósito, o como taller de traa&o. "uede tener una gran cantidad de usos. 1on&unto de elementos resistentes capaz de mantener sus formas y cualidades a lo largo del tiempo, a&o la acción de las cargas y agentes agentes e'teriores e'teriores a que ha de estar sometido2. "ara resolver con acierto la estailidad industrial de un edificio, es imprescindile entender el funcionamiento de su estructura, conocer la disposición estructural, las solicitaciones que le llegan y el material utilizado, con el fin de elegir los detalles y disp dispos osic icio ione ness cons constr truc uctitiva vass más más adec adecua uados dos,, as# as# como como reso resolv lver er los los punt puntos os singulares de la misma. $os materiales empleados en su construcción suelen ser metales y%u hormigón, pudiénd pudiéndose ose recurri recurrirr al empleo empleo de materi materiale aless compue compuesto stoss para para determ determina inados dos elementos estructurales o para aplicaciones especiales. $as construcciones e&ecutadas con estructuras metálicas permiten luces mayores, espec especia ialm lmen ente te inte intere resan sante tess para para local locales es come comerc rcia iale les, s, indus industr tria ias, s, donde donde se requieran edificios sin pilares intermedios, as# como para edificios de grandes alturas, sin pilares e'cesivamente gruesos, evitando ocupar espacios importantes
E!E#ENTOS $UE CO#"ONEN UN N N VE INDUSTRI!
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Nave in&'strial ( Características
34ué es una nave industrial5 6na nave industrial es una construcción propia para resolver los prolemas de alo&amiento y operación de una industria. /amién se define como la instalación f#sica o edificación diseñada y construida para realizar actividades industriales de producción, transformación, manufactura, ensamle, procesos industriales, almacena&e y distriución. (n una nave industrial se necesitan grandes claros, a fin de lograr grandes espacios sin e'istencia de apoyos intermedios, de tal suerte que la nave industrial pueda operar sin ostáculos ni restricciones, traa&ando as# con mucha versatilidad.
Características) a* Rapi&e+ 6na nave industrial es muy fácil y rápida de construir ya que la mayor#a de los elementos son prefaricados, se construyen en plantas y solo en ora se colocan y se ensamlan, para esto se utilizan las gr0as, las cuales son muy fáciles de mover y rápidamente colocan los prefaricados, por consiguiente se pueden construir estas naves en corto tiempo.
b* Econo,ía (n la construcción de las naves e'iste una gran econom#a deido al ahorro que se tiene al salvar grandes claros, tamién porque los elementos que forman las armaduras son muy ligeros, as# como la techumre es muy ligera, todo esto ayuda a la econom#a ya que se construyen estas naves en poco tiempo y con poca mano de ora.
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Ele,entos principales &e 'na nave in&'strial 3
a* -apatas $as zapatas pueden ser de hormigón en masa o armado con planta cuadrada o rectangular como cimentación de soportes verticales pertenecientes a estructuras de edificación, sore suelos homogéneos de estratigraf#a sensilemente horizontal.
b* Col',nas 4
$as columnas son elementos verticales cuya función es trasportar la carga del techo al piso, en cualquier tipo de edificio, nave, etc. "ara nuestro caso las columnas son elementos que soportan las cargas de la armadura, as# como las cargas que producen el viento, las cargas de impacto y los sismos
c* r,a&'ras "odemos decir que una armadura es seme&ante una viga cuya alma no es maciza sino está compuesta por piezas que forman un sistema a ase de triángulos. $a armadura se le considerara si estuviera simplemente apoyada en las columnas o semiempotrada. $as armaduras traa&an como arras unidas y asoren esfuerzos o de compresión o de tensión, en cualquiera de los casos el acero del cual están construidas es el material idóneo para asorer dichos esfuerzos y solamente se deerá revisar cuando traa&an a compresión su relación de eseltez y el esfuerzo de pandeo, esto hace que sean sumamente eficientes y puedan curir grandes claros con un costo más a&o ya que los perfiles de acero que asoren estos esfuerzos son de secciones pequeñas y por tanto de poco peso 5
&* !ar.'eros "ara soportar el peso de la lámina )peso propio y carga viva* se utilizan unas vigas ligeras que denominamos largueros ."ara resolver los esfuerzos provocados en estas vigas se pueden diseñar como armaduras pequeñas o como vigas prefaricadas sección monten o canal y si los claros son demasiados largos dos montenes o dos canales formando una sección ca&ón. (stos elementos traa&an predominantemente a fle'ión.
e* Tec/os &e l0,ina (n las naves industriales la techumre se dee hacer con elementos sumamente ligeros, usándose láminas muy ligeras de diferentes tipos y todas ellas tienen una caracter#stica que es el poco peso. (stas laminas es su mayor#a no son aislantes térmicos ni ac0sticos si emargo e'isten en el mercado con un costo más elevado laminas térmicas y ac0sticas, ya que en algunas naves industriales es necesario que no tengan ruido y conserven una temperatura adecuada.
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Ele,entos Sec'n&arios
a* #'ros &ivisorios (ntre columna y columna de una nave industrial se colocan muros divisorios prefaricados para curir grandes claros )7, 8, 9 y :; metros* de forma muy rápida y económica. (stos muros se ensamlan uno sore de otro y su colocación es muy rápida utilizando gr0as ya que su peso es apro'imadamente de una tonelada por tratarse de muros construidos de concreto ligero.
b* #'ros &e Contenci1n 6
$os muros de contención se utilizan para asorer el empu&e de tierras, desde el desnivel que e'iste entre el nivel de la nave y el terreno natural ya que normalmente estas naves quedan elevadas sore el nivel de la superficie, en ocasiones hasta un metro de altura
DISE2O DE G!"ONES Generalmente es de diseño sencillo, aunque las dimensiones pueden dificultar el cálculo de la estructura del techo, prefiriéndose que no tenga apoyos intermedios para facilitar la circulación, y el cálculo de la estailidad de los muros perimetrales, que suelen reciir el empu&e de los materiales depositados dentro. $os galpones son construcciones relativamente grandes, las cuales puede ser utilizada en diferentes situaciones, las cuales aarcan desde cuidado y orden de herramientas, criadero de animales hasta traa&os de régimen industrial. (ntre los tipos de galpones encontramos diferentes tipos de construcciones, las cuales dependerán e'clusivamente del uso o solicitaciones al cual será sometido. (ntre ellos se encuentran galpones de hormigón, madera, tuest y reticulado. 1ada uno de estos puede o no llevar accesorios ad&untos a la estructura con el fin de dar una me&or estética y durailidad a la ora. A pesar de que los galpones son de construcción y diseño sencillo, están diseñados para soportar todo tipo de sorecargas como cualquier construcción pesada, con esto nos referimos a sismos, fuertes carga de vientos y nieve. "ara la construcción de un galpón se deen seguir varios pasos, primero se deerá realizar la cimentación, luego ver el tipo de material que se utilizará para la estructura, la cuierta y las paredes de éste, tomando en consideración la utilidad que se le dará, y finalmente se eval0an aquellos requerimientos para el me&or equipamiento del galpón, uno de los complementos que puede resultar más importante es el de las instalaciones eléctricas y de alg0n material o sistema que
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permita la impermeailidad y el aislamiento térmico con el fin de hacer que interior de la construcción sea lo más grato y cómodo posile.
ESTRUCTURS DE CERO DISE2O 3 C4!CU!O DE ! ESTRUCTUR DE UN G!"5N DE CERO Base &el c0lc'lo (l modelo matemático se realiza mediante los valores de carga permanente y sorecarga sore la estructura 1", 1<, <-(/=. 6na vez tenido esto, se procede a modelar las correas y vigas en el soft>are A? A@
are A? A@
COVENIN 6776 8 99 % CRGS DE VIENTOB 1argas de ; 8 < #TERI!ES UTI!I-DOS ?GRDO DE
CERO*B "ara perfiles rectangulares 1=@6<( el acero es AF;; grado 1. "ara perfiles -, (A, el acero es AH7.
Estr'ct'ra &el c0lc'lo +
Se calculan cargas suministradas por la norma criterios para proyectos, seg0n carga muerta y carga viva. Nor,a Covenin 6776 8 99.
+
Se calculan cargas suministradas por la norma 1argas de
Covenin 677: 8 9;@ +
Se calculan los parámetros necesarios en el estudio s#smico mediante la
nor,a sis,o resistente@ Nor,a Covenin <=>;%<)6776@
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+
-ntroducir la estructura en el programa am Advance versión .; F. definir los estados de cargas.
+
@efinir los elementos a analizar )columnas, vigas y correas*.
+
1argar la estructura con las fuerzas anteriormente citadas.
+
revisar los diagramas flectores, cortantes y a'iales de la estructura.
ESTRUCTUR #ET4!IC %
A'ncionali&a&
6na estructura industrial es un Icon&unto de elementos resistentes capaz de mantener sus formas y cualidades a lo largo del tiempo, a&o la acción de las cargas y agentes e'teriores a que ha de estar sometido2. "ara resolver con acierto la estailidad industrial de un edificio, es imprescindile entender el funcionamiento de su estructura, conocer la disposición estructural, las solicitaciones que le llegan y el material utilizado, con el fin de elegir los detalles y disposiciones constructivas más adecuados, as# como resolver los puntos singulares de la misma. $os materiales empleados en su construcción suelen ser metales y%u hormigón, pudiéndose recurrir al empleo de materiales compuestos para determinados elementos estructurales o para aplicaciones especiales. $as construcciones e&ecutadas con estructuras metálicas permiten luces mayores, especialmente interesantes para locales comerciales, industrias, donde se requieran edificios sin pilares intermedios, as# como para edificios de grandes alturas, sin pilares e'cesivamente gruesos, evitando ocupar espacios importantes
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Ventajas e inconvenientes &e la estr'ct'ra ,et0lica
(l empleo del acero en las estructuras industriales tiene una serie de venta&as sore otros materiales que hace que las estructuras metálicas monopolicen la construcción de naves industriales. A continuación se enumeran algunas de sus propiedades más destacadasB +
$as estructuras metálicas, al tomar grandes deformaciones, antes de
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producirse el fallo definitivo Iavisan2. (l material es homogéneo y la posiilidad de fallos humanos es mucho más reducida que en estructuras construidas con otros materiales. $o que
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permite realizar diseños más a&ustados, y por tanto más económicos. =cupan poco espacio. $os soportes molestan muy poco, para efectos de la distriución interior, por lo que se otiene uena rentailidad a toda la superficie construida. $os cantos de las vigas son reducidos y los anchos a0n son menores. (n general las estructuras metálicas pesan poco y tienen
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elevada resistencia. $as estructuras metálicas no sufren fenómenos reológicos que, salv deformaciones
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térmicas,
dean
tenerse
en
cuenta.
1onservan
indefinidamente sus e'celentes propiedades. (stas estructuras admiten reformas, por lo que las necesidades y los usos pueden variar, adaptándose con facilidad a las nuevas circunstancias. Su
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refuerzo, en general, es sencillo. $as estructuras metálicas se construyen de forma rápida, ya que al ser elementos prefaricados, en parte, pueden montarse en taller. Asimismo
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tienen resistencia completa desde el instante de su colocación en ora. Al demolerlas todav#a conserva el valor residual del material, ya que este es recuperale.
Si ien, tamién presentan algunas desventa&as que oligan a tener ciertas precauciones al emplearlas. $as principales sonB
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+
Son necesarios dispositivos adicionales para conseguir la rigidez
+ + +
)diagonales, nudos r#gidos, pantallas, etc.*. $a elevada resistencia del material origina prolemas de eseltez. (s necesario proteger las estructuras metálicas de la corrosión y del fuego. (l resultado de las uniones soldadas es dudoso, especialmente en piezas traa&ando a tracción. )@efectosB falta de penetración, falta de fusión, poros
+
y oclusiones, grietas, mordeduras, picaduras y desordamientos*. ('cesiva fle'iilidad, lo que produce un desaprovechamiento de la resistencia mecánica al limitar las flechas, y produce falta de confort al transmitir las viraciones.
Ele,entos estr'ct'rales Algunos de los elementos resistentes de que constan las estructuras industriales son los siguientesB @-S(J=
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"lacas &e anclaje
$as placas de ancla&e son elementos estructurales que se emplean para unir los soportes metálicos a la cimentación y que tienen como o&eto hacer que la transición del acero al hormigón se realice sin que en ning0n punto se sorepasen las tensiones admisiles en este material. (l material que constituye el cimiento )casi siempre hormigón* es menos resistente que el acero, por lo que la ase dee ampliar la sección del soporte de acero hasta conseguir una superficie adecuada de contacto con el hormigón, para que la transmisión de esfuerzos de uno a otro material sea lo más uniforme posile. $a placa de ancla&e dee estar su&eta al cimiento mediante unos pernos de ancla&e que quedan emeidos en el hormigón, y que al fraguar y endurecer éste traa&an por adherencia. $os elementos que constituyen una ase del tipo generalmente utilizado en edificación sonB + "laca de ase o de reparto. 11
+ 1artelas de rigidez. + "ernos de ancla&e. Salvo en el caso e'cepcional de que el pie del soporte sea articulado, los soportes se consideran empotrados en la cimentación, lo que hace que la placa de ancla&e dea prepararse para resistir los siguientes esfuerzosB a'il, momento flector, cortante y momento torsor.
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Soportes
$os soportes son elementos verticales sometidos principalmente a compresión y a fle'ión pequeña o nula. Son los elementos que transmiten las cargas verticales al terreno a través de los cimientos y las ases. "ara dimensionar un soporte se tendrá en cuentaB el tipo de acero, el tipo de carga que va a reciir el perfil, la longitud del soporte )por si huiese pandeo* y la carga a'ial de compresión. (n las estructuras industriales podemos encontrar los siguientes tipos de soportes o pilaresB + + + + + +
Kormados por un solo perfil @os o más perfiles "erfiles y chapas yu'tapuestas Soportes simples Kormados por varios perfiles 1hapas yu'tapuestas Soportes compuestos
$os soportes simples más utilizados son el (E, el (A, el -" y el -"(. 1on ellos se otiene gran aprovechamiento y son muy aptos para formar pilares en pórticos r#gidos. $o soportes simples de varios perfiles más utilizados son los formados por L 6". $os soportes compuestos se otienen acoplando perfiles separados enlazados por medio de elementos transversales discontinuos. "ueden estar unidos mediante presillas o mediante celos#a )red triangular formada por montantes y diagonales*. /amién podemos encontrar soportes mi'tos, formados por un pilar metálico y un pilar de hormigón armado. 12
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Vi.as
$as vigas son elementos lineales en las que una dimensión predomina sore las otras dos. Su forma de traa&o es casi e'clusivamente a fle'ión, por ello suelen adoptar forma de -, para tratar de otener la má'ima inercia y el mayor módulo resistente con el material disponile, tratando de me&orar el rendimiento. $as vigas son los elementos sustentantes horizontales, o como en las cuiertas, ligeramente inclinados, que recien las cargas verticales y las transmiten, traa&ando a fle'ión, a los pilares o apoyos. $as cargas que la viga recie producen en sus secciones los siguientes esfuerzosB momento flector, esfuerzo cortante y torsiones )algunas veces*. Atendiendo a su constitución las vigas de acero se clasifican de la siguiente maneraB + + + + + + + + + + +
"erfil simple
+
Vi.as si,ples
$os perfiles empleados son -", -"( o (. (l empleo de los perfiles -"( resulta más económico en general, tanto por su mayor rendimiento mecánico como por la simplificación que, en empalmes y uniones, proporciona el espesor uniforme de las alas. $os perfiles simples laminados tienen la venta&a sore la viga armada que para igual resistencia su coste es menor.
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Vi.as ,ltiples 13
Son las vigas constituidas por dos o más perfiles - adosados, unidos a través de elementos de unión, tales como perfiles, presillas, tornillos, pasantes, etc., que solidaricen eficazmente los perfiles componentes.
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Vi.as refor+a&as
$a utilización de refuerzos, con chapa o pletina, en las estructuras metálicas es de gran eficacia para conseguir ahorro de material. 4ue un refuerzo sea económico o no, depende de los valores relativos de la chapa, el perfil y el cordón de soldadura. (l elemento de refuerzo más utilizado es la chapa o plataanda. Se utilizan estos refuerzos cuando queremos módulos resistentes )M* mayores que los e'istentes en el mercado, o cuando e'ista limitación de canto. +
Vi.as ar,a&as
$as vigas armadas están formadas por varias pletinas o chapas, unidas con cualquiera de los medios de uniónB soldadura, rolones, angulares y tornillos, etc. "ara unas solicitaciones determinadas, siempre es posile encontrar una viga armada de menor peso que el perfil laminado que corresponder#a a esas solicitaciones. Sin emargo, aun con mayor peso, los perfiles laminados son siempre más económicos que las vigas armadas, deido al menor coste de faricación.
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Vi.as ali.era&as
$a solución de las vigas aligeradas puede resultar muy económica, cuando pueda adoptarse el canto que se estime más conveniente, y cuando la fle'ión predomine sore el esfuerzo cortante, es decir, cuando se trate de luces grandes y de cargas moderadas A esta clase de vigas se les ha dado diversas denominacionesB vigas alveoladas, vigas void, en panal de ae&a. 14
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Vi.as &e celosía
$as vigas de celos#a son de gran utilidad en las construcciones metálicas, especialmente en edificaciones industriales y para grandes luces. "ara luces de cierta importancia el peso de estas vigas es inferior al de las vigas de alma llena equivalentes. (l coste de una estructura es el resultado de tres sumandosB coste del material, de la faricación y del monta&e. (stos 0ltimos, var#an notalemente seg0n las circunstancias. (l me&or aprovechamiento, a efectos resistentes, de las vigas de celos#a con relación a las de alma llena, se refle&a en que mientras que en una viga de alma llena las tensiones má'imas de agotamiento se alcanzarán sólo en dos puntos de su sección, en una arra triangulada puede conseguirse que toda la sección, tanto los cordones como las diagonales se agoten uniformemente, teniendo en cuenta que las arras a compresión deen dimensionarse teniendo en cuenta el pandeo. $as vigas de celos#a suelen estar constituidas porB cordón superior, cordón inferior, elementos de relleno )montantes y diagonales* y medios de unión )cartelas, soldadura, torniller#a, etc.*.
$os cordones pueden ser paralelos o no. A aquellos cuyos cordones son paralelos se les llama Ivigas de celos#a2, mientras que las que tienen dichos cordones inclinados, se les denomina Icerchas2. (n las cerchas el cordón superior sigue la inclinación de la cuierta. Suelen ser estructuras ligeras, con cartelas simples y arras constituidas por angulares, o simples /.
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$as posiilidades y variedades de las vigas de celos#a son prácticamente infinitas, seg0n el trazado de los cordones y la disposición de la triangulación. Sin emargo, e'isten unos tipos que podr#amos llamar clásicos, y sonB "ratt, o>e y Marren. (l cálculo de las celos#as se rige por tres principios simplificatoriosB + "ri,er principio) $os e&es de los perfiles que concurren en un nudo, deen coincidir en el mismo punto. + Se.'n&o principio) $as cargas deen estar contenidas en el plano de la viga y la colocación de los perfiles dee ser simétrica respecto al plano de la cercha. + Tercer principio) $os sistemas de cálculo de las estructuras trianguladas )1remona, Miliot, etc.*, e'igen que las cargas estén apoyadas directamente en los nudos.
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Correas
$as correas son las vigas en que se apoya la chapa u otro tipo de techumre, por lo que tienen que soportar su peso, as# como el deido a posiles cargas de nieve y viento. Se encuentran a su vez apoyadas sore las cerchas o los pórticos, normalmente en un plano inclinado, lo que hace tender a flectar tamién en el sentido de la inclinación. Siendo variale su separación, dependiendo del material de cuierta, etc. (l apoyo de las correas sore las cerchas o pórticos, se asegurará ien mediante uniones soldadas )un cordón por cada lado de la correa con el má'imo espesor que permita la unión*, ien mediante uniones remachadas poniéndose un casquillo en angular. $as correas se calcularán como vigas apoyadas, con carga uniformemente distriuida. Suelen emplearse perfiles -", simple /, perfil N, o vigas de celos#a.
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rriostra,ientos 16
/ienen la función de transmitir los esfuerzos producidos por el viento frontal sore el pórtico e'tremo a las paredes laterales, que a su vez los transmitirán al suelo. (l arriostramiento ásico es la 1ruz de San Andrés, en forma de aspa, que se coloca entre dos cerchas o pórticos y pueden aarcar varias correas para evitar ángulos pequeños y repartir ien los esfuerzos a las arras. (ste tipo de configuración presenta el inconveniente de ser estáticamente indeterminado, con lo que tenemos que hacer hipótesis para llegar a una que sea determinada. (stas hipótesis se hacen respecto a las diagonales cruzadas, oservando que, cuando una diagonal está en tensión, la contradiagonal está en compresión. "or lo general, se toman dos métodos de análisisB + Si las diagonales se diseñan eseltas, es razonale suponer que no soportarán esfuerzos de compresión, pues en caso contrario podr#an pandear con gran facilidad. "or lo tanto la fuerza cortante será asorida #ntegramente por la diagonal en tensión, mientras que la diagonal en compresión se supone que es un elemento que no traa&a, es decir, a todos los efectos es como si no e'istiese. + Si las arras diagonales se construyen con secciones roustas, serán capaces de soportar fuerzas de tensión y de compresión. (n este caso supondremos que cada diagonal toma la mitad de la fuerza cortante que aparezca. "or estar sometidos a esfuerzos de tracción, estos elementos serán eseltos y de sección circular o rectangular )arras y varillas*, e'istiendo tamién de sección angular. $as varillas )sección circular* han de engrosarse en sus e'tremos para compensar la pérdida de sección que supone la realización de roscas para su fi&ación, si ien, en ocasiones se opta por diseñar tomando como sección resistente la correspondiente al área de la sección transversal de la rosca, pues esta solución suele resultar más económica, aunque la pieza en este caso resulta ser más sensile a efectos de impacto y de fatiga, tendiendo a fallar por la zona de la rosca. 17
(n caso de arras de sección circular empleadas como elementos de arriostramiento, es conveniente someterlas a una tensión inicial, en torno a los FF; Op%cmL, que reduzca su defle'ión y viración.
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#e&ios &e Uni1n Uniones atornilla&as
$os medios de unión contemplados son los constituidos por tornillos, tuercas, y arandelas que, deerán estar normalizados y corresponder a los mismos grados del material que unenB l#mite elástico y resistencia a tracción.
Uniones sol&a&as 6n acero se considera soldale seg0n un grado, un procedimiento determinado y para una aplicación espec#fica, cuando mediante la técnica apropiada se puede conseguir la continuidad metálica de la unión y ésta cumpla con las e'igencias requeridas. (l material de aportación utilizale para la realización de soldaduras )electrodos* deerá ser apropiado para el proceso de soldeo, teniendo en cuenta al material a soldar y el procedimiento de soldeo! además deerá tener unas caracter#sticas mecánicas, en términos de l#mite elástico, resistencia a tracción, deformación a&o carga má'ima, etc. no inferiores a las correspondientes del material de ase que constituye los perfiles o chapas que se pretende soldar.
#to&os &e sol&a&'ra +
Soldadura manual con electrodo recuierto, con recurimientos de tipo
+
rutilo o ásico. Soldadura semiautomática a&o protección gaseosa, con hilo macizo tuular
+
relleno de flu', con transferencia de lluvia. Soldadura semiautomática con hilo tuular relleno de flu', sin protección
+
gaseosa, con transferencia de lluvia. Soldadura automática con arco sumergido. 18
Tipolo.ías estr'ct'rales A la cominación de los distintos elementos estructurales y los materiales de que están hechos se les denomina sistema estructural. @ichos sistemas estructurales pueden estar constituidos por la cominación de uno o varios tipos ásicos de estructuras. Se recogen seguidamente una reve introducción a algunos de los tipos estructurales máscomunes en las construcciones industriales.
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Cerc/as
Son la parte principal de la cuierta. Sore éstas se apoyan las correas, de tal forma que permiten que se transmitan las cargas actuantes sore las correas a los soportes. ('isten muchos tipos diferentes de cerchas, y seg0n sus triangulaciones as# podrán ser para mayor o menor luz.
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"1rticos o ,arcos
Se componen de vigas y columnas que están unidas entre s# ien r#gidamente o ien mediante articulaciones. Se clasifican en pórticos simples y pórticos m0ltiples, seg0n consten de uno o varios vanos. Suelen ser pórticos a dos aguas, adaptándose a la inclinación de los faldones, con lo que se aprovecha más el interior al no e'istir tirantes. (l traa&o de un pórtico es el de una viga apoyada por medio de empotramiento, en dos soportes. $os elementos que lo forman suelen ser de alma llena. $os
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encuentros se refuerzan con cartelas formadas por trozos de perfiles, que rigidizan el nudo y ayudan a contrarrestar el empu&e que e&erce el pórtico hacia el e'terior.
"ROCESO CONSTRUCTIVO 3 EJECUCION DE G!"ON #ET!ICO !evanta,iento topo.r0fico (ste concepto se utiliza cuando vamos a medir el terreno a utilizar, por medio de aparatos de precisión o simplemente con una cinta métrica utilizada a conciencia mediante la que se podrá determinar la superficie del terreno y plasmarla en los planos. A esto se le llama levantamiento planimétrico. /amién medimos verticalmente los desniveles, ya sea que el terreno sea una planicie o sea
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accidentado y con pendientes! a este concepto se le llama levantamiento altimétrico, con&untándolos se les denomina levantamiento topográfico.
!i,pie+a ( &es(erbe &el terreno (s el retiro de la capa vegetal superficial e'istente en nuestro terreno.
Escarpe &el terreno Se le llama as# al retiro de la capa superior de tierra para poder encontrar el suelo firme! la profundidad del despalme la determina el resultado de una pruea de mecánica de suelos.
Tra+o (s plasmar f#sicamente en nuestro terreno los e&es de proyecto diu&ados en nuestros planos! son las referencias de las cuales parte nuestra cimentación y toda nuestra superestructura. Se puede trazar con cinta métrica, de&ando referencias como estacas de madera, varillas o mo&oneras de concreto. /amién se utilizan aparatos como nivel óptico y estaciones totales.
Banco &e nivel (s una referencia inamovile que nos sirve para iniciar una nivelación, se puede partir con una elevación de "/ P ;.;;; y as# poder darle valores a nuestras plantas arquitectónicas posteriores.
#ejora,iento &el terreno Algunas veces el terreno es arcilloso y lando! es entonces cuando deemos colocar una o varias capas de material sano y que se pueda compactar como el tepetate, logrando as# la dureza de un suelo firme.
Cepas &e ci,entaci1n Se le denomina cepa a la zan&a o e'cavación que nos servirá para alo&ar nuestra cimentación.
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1omproar en ora las cotas de replanteo de la estructura para la realización delos planos de taller, para definir completamente todos los elementos de laestruct ura.(stos planos deerán contenerB •
$as dimensiones necesarias para
• •
integrantes de la estructura. $a contra flecha de viga, cuando se hayan previsto. $a disposición de las uniones, inclusive todas las provisionales de armado,
•
distinguiendo las dos clases de uniónB de fuerza y de atado. (l diámetro de los agu&eros de tornillos, con indicación de la forma de
• •
la definición de todos los elementos
mecanizado. $as clases y diámetros de los tornillos empleados. $a forma y dimensiones de las uniones soldadas, la preparación de los ordes, el procedimiento, métodos usados en cada caso y posiciones
•
desoldeo, los materiales de aportación y el orden de e&ecución. $as indicaciones sore mecanizado o tratamiento de los elementos que lo
•
precisen. /odo plano de taller dee indicar tipo de perfiles, clases de aceros usados, los pesos y marcas de cada uno de los elementos de la estructurar presentados en él.
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A'n&aci1n para la Estr'ct'ra &e cero $a estructura de acero visto, por sistema vectorial o perfil estructural, es realizada en todo el mundo a fin de curir mayores e'tensiones minimizando los puntos de apoyo, logrando sistemas de prefaricación de fácil monta&e y uena visual, por el comportamiento del material que posee amplias resistencias a la hora de ser analizados por configuración geométrica ante cargas y momentos de la edificación. (l sistema de asamento y cimentación para este tipo de estructura, dee lograrse con un material resistente a la humedad y corrosión, por lo cual se incluye el concreto armado, que al ser tratado con aditivos impermeailizantes, restringirá la posiilidad de corrosión en la armadura interior, que tendrá por finalidad el ancla&e y soporte de elementos verticales )columnas* de acero. Sin duda, para el encuentro de materiales distintos el proyectista deerá realizar detalles constructivos de unión r#gida, los cuales posteriormente serán 23
calculados por la ingenier#a civil, a fin de no evidenciar torsiones que incrementen el momento cortante de unión. $os detalles constructivos, suspenderán del sistema estructural elegido para las columnas, puesto que los puntos de apoyo sore la ase superior del sistema de fundación podr#an ser variales, siendo que elementos por apoyo simple no serán permitidos dentro de este ruro ."or otro lado, a manera de aislar la estructura vertical de acero de la l#nea de tierra, el sistema de fundación deerá estar diseñado a fin de proporcionar una saliente de hormigón de por lo menos L; cent#metros de la l#nea de tierra, ya que al introducirse un elemento estructural de acero, a&o el nivel, con el tiempo presentara o'idaciones que dañaran su resistencia, por más de que se encuentren tratados y
revestidos con
pintura
anticorrosiva,
siendo
una
molestia
realizar e'cavaciones para mantenimiento cada cierto tiempo.
"ORCEDI#IENTO "R ! EJECUCION (n la mayor#a de los casos se dee prever que el encofrado de la fundación para estructura de acero sea la misma e'cavación, ya que al ser un sistema enganchado, la derivación de cargas pierde el ángulo de torsión y reside directamente en la ase, la cual se encuentra previamente calculada en su e'tensión con el fin de transmitir la carga hacia el suelo, seg0n su resistencia. Al colocar la malla previamente espaciada de la carpeta de nivelación, mediante espaciadores de concreto de F cent#metros de altura, usted deerá prever realizar todas las uniones y soldaduras del elemento constructivo de apoyo, anterior al vaciado de la cimentación. (n la mayor#a de los casos, se utilizaran grandes pernos, unidos esta malla, los cuales en la parte superior de la fundación presentaran salientes de rosca para ensamlar la columna por medio del detalle de unión, sin emargo dee tomarse en cuenta que estos pernos necesitan un enganche de doles, denominado astón.
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"ROCESO CONSTRUCTIVO (n la e&ecución de una estructura metálica hay que distinguir dos fasesB + +
Karicación en taller. ?onta&e en =ra.
ABRICCION EN T!!ER) $os traa&os a realizar en taller conllevan un proceso en el orden siguienteB
"!NTI!!JE 1onsiste en realizar las plantillas a tamaño natural de todos los elementos que lo requieren, en especial las plantillas de los nudos y las de las cartelas de unión. 1ada plantilla llevará la marca de identificación del elemento a que corresponde y los n0meros de los planos de taller en que se define. Se indicarán los diámetros definitivos de cada perforación y su e'acta posición. (l trazado de las plantillas es realizado por personal especializado, a&ustándose a las cotas de los planos de taller, con las tolerancias fi&adas en el proyecto o las que se indican en la formativa. 25
$as plantillas se realizarán en un material que no se deforme ni se deteriore durante su manipulación.
"reparaci1n en&ere+a&o ( &obla&o $os materiales deen estar limpios y pare&os y si fuese necesario enderezarlos, se usaran procedimientos que no afecten sus cualidades resistentes o elásticas. (l material puede ser rechazado antes de entrar a taller, si presenta torceduras doladuras muy agudas. (n general el material solo dee traa&arse en dos zonas de temperatura • •
$a correspondiente al ro&o claro);;Q a :;;;Q*. $a temperatura amiente );Q a F;Q*.
$os doleces ruscos o acodillamientos que no puedan realizarse en fr#o deerán efectuase en caliente al ro&o claro. o se consideran para estos efectos las grietas que se produzcan en el canto de las piezas, siempre que su profundidad sea inferior a la mitad del espesor de la plancha, pero superior a Hmm.$os doleces acodillamientos deen efectuase con la precisión suficiente ya que no se permite deformar elásticamente las piezas al armar la estructura.
#arca&o &e ejec'ci1n (stas tareas se efect0an sore los productos preparados de las marcas precisas para realizar los cortes y perforaciones indicadas.
CORTES $os recortes realizados con soplete manual en secciones de acero que dean trasmitir esfuerzos considerales serán sometidos a una terminación en fr#o mediante esmerilado, cepillado o limado para otener un corte liso y limpio. $os cantos cortados por sierra de fricción o soplete de avance mecánico en piezas altamente solicitadas serán terminados por medio de esmeril, cepillo, lima o sierra de corte fr#o 0nicamente, cuando as# lo e'i&an los planos o especificaciones o 26
cuando la inspección visual de la superficie de corte revele fallas que puedan producir concentración de esfuerzos. $os recortes de ángulos entrantes que se e&ecuten en planchas de acero no deen dañar las superficies o provocar grietas en ellas. $os radios de curvatura del vértice entrante deerán elegirse de la mayor dimensión posile! as# para cortes con soplete, deerán tener, por lo menos, LFmm.
.'jeros par re,ac/es ( pernos $os agu&eros para remaches y pernos deerán tener un diámetro entre : y :,7mm mayor que el diámetro nominal del remache o perno. (l diámetro de los agu&eros de pernos calirados dee ser igual al diámetro nominal del perno. (n lo posile, los agu&eros de las piezas que deen unirse serán escariados simultáneamente en su posición de correspondencia. $os agu&eros de pernos calirados deen taladrarse o escariarse con las piezas ensamladas en su posición definitiva o en su defecto, a través de plantillas especiales de cero con ocinas templadas. $os agu&eros deen ser perpendicular a las caras del material y presentar superficies lisas, sin grietas ni deformaciones notorias. Se elimina la reaa de los ordes. Salvo si se especifica lo contrario, se permite punzonar sin terminación posterior los agu&eros para remaches o pernos destinados a unir piezas cuyos espesores sean inferiores en Hmm o más al diámetro requerido para los agu&eros. Si esos espesores son mayores, los agu&eros se taladraran o se punzonarán con un diámetro :,F menor que el que ellos requieren y se terminaran con el diámetro e'acto usando el escariador. $os agu&eros defectuosos deen ser rellenados con soldadura y reparados por medio de escariadores. o se permite el uso de pernos cónicos para oviar el defecto de los agu&eros.
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Sol&a&'ra $as disposiciones siguientes se refieren a soldadura de arco en general. (n el caso de una soldadura al arco automática o semiautomática o métodos similares, se deerán tener presente, además las particularidades de cada uno de estos sistemas y las recomendaciones de los faricantes de las maquinas soldadoras correspondientes. (n el caso de soldadura por resistencia o de gas se emplearan técnicas sancionadas por la práctica oservando las recomendaciones de los faricantes de las soldaduras correspondientes. $as superficies que se van a soldar deen estar limpias de ó'ido, escoria grasa pintura u otras materias e'trañas. Será aceptale sin emargo la presencia de una capa de ó'ido de laminación que resista un fuerte escoillado, de una ligera capa de aceite de linaza o de una capa de pintura ase de ó'ido de fierro o cromado de zinc. $as piezas a soldar y los electrodos deerán estar completamente lires de humedad. (n consecuencia, al soldar a la intemperie los sectores correspondientes a la soldadura deerán protegerse contra el viento o lluvia. o deerán soldarse cuando el metal ase tenga temperatura inferior a +:FQc. si la temperatura estuviera entere ;Q y +:FQ1 se deerá calentar el punto inicial del cordón por 28
soldar y las tareas adyacentes dentro de un radio apro'imado de :;cm a una temperatura sensile al aplicar la mano. Al soldar espesores de H9mm o mayores, la temperatura del metal ase no deerá a&ar de L;Qc. Si la temperatura es inferior a L;Qc, se deerá antes de soldar se deerá calentar toda la unión. @urante la operación de soldar y durante la etapa inicial de enfriamiento del cordón no deerán martillarse o someterse a viración las que se unen. Sin emargo, cuando sea necesario para disminuir las tensiones internas, en especial en las soldaduras efectuadas por capas m0ltiples, se podrá martillarlas con golpes suaves de martillo manual o neumático empleando una herramienta alargada de e'tremo redondeado. (l martilleo se efectuara después que la soldadura se haya enfriado pero este todav#a caliente al contacto con la mano. Se deerá evitar que por un e'ceso de martilleo se produzcan escamas ose deforme el material. (l depósito de material de soldadura deerá realizarse adoptando precauciones adecuadas para otener un metal limpio, uniforme y continuo. "ara ello será oligación usar electrodos recuiertos, arcos sumergidos u otros métodos que limpian la o'idación y la nitrificación del metal fundido Al colocar varios cordones de soldadura superpuestos, la superficie de cada capa anterior deerá limpiarse perfectamente antes de colocar un nuevo cordón. Se procurara que el calor de la soldadura depositada se elimine tan lenta y uniformemente como sea posile, tanto del metal de soldadura como del meta
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Inspecci1n &e Sol&a&'ras $a inspección de soldadura, si no se prescrie otra forma, se efectuara mediante e'amen visual de las condiciones de superficie. "rueas destructivas, inspección por rayos ' u otros procedimientos, se emplearan solo cuando ellas se estalezcan e'presamente en el contrato de faricación. Serán causales de rechazo durante el e'amen visual de soldaduras los siguientes defectos que e'cedan las toleranciasB • • • • • • •
Grietas "oros Kalta de garganta Kalta de lado efuerzo e'cesivo Socavación del material ase /raslapo
#ontaje
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Sore las cimentaciones previamente e&ecutadas se apoyan las ases de los primeros pilares o pórticos. (stas ases se nivelan con cuñas de acero. (s conveniente que la separación esté comprendida entre R; y 9; mm. @espués de acuñadas las ases, se procede a la colocación de vigas del primer for&ado y luego se alinean y aploman los pilares y pórticos. $os espacios entre las ases de los pilares y la cimentación deen limpiarse y luego se rellenan por completo con mortero u hormigón de cemento portland y árido! el árido no podrá tener una dimensión mayor que :%F del espesor del espacio que dee rellenarse, y su dosificación no menor que . $as su&eciones provisionales de los elementos durante fase de monta&e se aseguran para resistir cualquier esfuerzo que se produzca durante los traa&os. (n el monta&e se realiza el ensamle de los distintos elementos, a fin de que la estructura se adapte a la forma prevista en los planos de taller con las tolerancias estalecidas. o se comienza el atornillado definitivo o soldeo de las uniones de monta&e hasta haer comproado que la posición de los elementos de cada unión coincida con la posición definitiva. $as uniones atornilladas o soldadas seguirán deen realizarse seg0n las especificaciones de la normativa en vigor.
r,a&o @urante el armado se harán las siguientes comproacionesB :. L. H. R.
-dentificación y disposición de elementos. Situación de los e&es de simetr#a. Situación de las zonas de su&eción a elementos contiguos. Ausencia de alaeos y aolladuras.
#ontaje en Obra @entro de esta fase el proceso a seguir es el siguienteB
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"rograma de monta&e Se redactará un programa de monta&e detallando lo siguienteB a* @escripción de la e&ecución en fases, el orden asignado y los tiempos de monta&e de los elementos de cada fase. * @escripción del equipo a emplear en el monta&e de cada fase. c* iostras y todo elemento empleado para su&eción provisional. d* $istado del personal asignado para realizar cada fase con especificación de su calificación profesional. e* (lementos de seguridad y protección del personal. f* 1ontrol y verificación de los replanteos. g* 1ontrol y verificación de aplomos, nivelaciones y alineaciones.
Reparaci1n &e s'perficies ( pint'ra $as superficies se limpiarán cuidadosamente, eliminando todo rastro de suciedad, cascarilla ó'ido, gotas de soldadura o escoria, mediante chorreado arasivo, para que la pieza quede totalmente limpia y seca. A continuación reciirán en taller una capa de imprimación deen realizarse las siguientes comproacionesB • • • •
evisión de certificados de pintura. -nspección visual de la preparación de superficies. (nsayo de adherencia. 1ontrol de espesor eficaz.)antes de entregarla para el monta&e de ora.*
#arca&o e i&entificaci1n 32
(n cada una de las piezas preparadas en el taller se marcará con pintura la identificación correspondiente con que ha sido designada en los planos de taller para el armado de los distintos elementos del mismo modo, cada uno de los elementos terminados en el taller llevará la marca de identificación prevista en los planos de taller para determinar suposición relativa en el con&unto de la ora.
Recepci1n al,acena,iento ( ,anip'laci1n (l almacenamiento y depósito de los elementos que integran la ora se dee hacer guardando un orden estricto y en forma sistemática, a fin de no generar demoras o errores en el monta&e. $as manipulaciones para la carga, descarga, transporte, almacenamiento a pie de ora y monta&e deen efectuarse con el cuidado suficiente para no producir solicitaciones e'cesivas en ning0n elemento de la estructura y para no dañar las piezas o la pintura. @een protegerse las partes sore las que hayan de fi&arse las cadenas, ganchoso cales que se utilicen en la elevación o su&eción de las piezas de la estructura. Antes de realizar el monta&e, se deerá corregir con cuidado cualquier aolladura, torcedura o coma que haya aparecido durante las operaciones de transporte. Si el defecto no se puede corregir, o se presume que después de corregido puede afectar la resistencia o estailidad de la estructura, se rechaza la pieza marcándola deidamente para de&ar constancia de ello.
Control &e ,ateriales /odos los materiales reciidos serán o&eto de ecepción y (nsayo. (l faricante dee garantizar las caracter#sticas mecánicas y la composición qu#mica de los materiales que suministra, es decir, garantizar que se cumplen las condiciones especificadas en la normativa. /odos los materiales deen llevar las siglas de la fárica, el tipo de acero y la denominación del producto, marcados deidamente. 33
ay que definir el tipo de acero de la estructura, as# como las operaciones y sus tolerancias tanto de la Tfaricación en tallerT como del Tmonta&e en oraT
DURBI!IDD DE !S ESTRUCTURS $a durailidad de una estructura de acero es su capacidad para soportar, durante la vida 0til para la que ha sido proyectada, las condiciones f#sicas y qu#micas a las que está e'puesta, y que podr#an llegar a provocar su degradación como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el análisis estructural. "ara conseguir la durailidad adecuada será necesario seguir una estrategia que contemple todos los posiles mecanismos de degradación, adoptando medidas espec#ficas en función de la agresividad a la que se encuentre sometido cada elemento. @eerán incluirse, al menos, los siguientes aspectosB + Selección de la forma estructural, definiendo en el proyecto los esquemas estructurales, las formas geométricas y los detalles que sean compatiles con la consecución de una adecuada durailidad de la estructura. Se facilitará la preparación de las superficies, el pintado, las inspecciones y el mantenimiento. + Se procurará evitar el empleo de diseños estructurales que conduzcan a una susceptiilidad elevada a la corrosión, eligiendo formas de los elementos sencillas. + Se reducirá al m#nimo el contacto directo entre las superficies de acero y el agua. + Se evitará el contacto directo del acero con otros metales )el aluminio de las carpinter#as de cerramiento, muros cortina etc.*.
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+ 1uando la estructura presente áreas cerradas o elementos huecos, dee cuidarse que estén protegidos de manera efectiva contra la corrosión, mediante soldadura continua. @-S(J= (n casos de especial agresividad, cuando las medidas normales de protección no se consideren suficientes, se podrá recurrir a la disposición de sistemas especiales de protección )materiales de recurimiento en polvo, productos para tratamiento qu#mico de superficies
"rotecciones para estr'ct'ras ,et0licas 6na vez finalizada la construcción de las estructuras metálicas pueden aparecer prolemas por alguna de las siguientes causasB + efectos del calor, como consecuencia de incendios + o'idación e'cesiva y consiguiente corrosión
"rotecci1n contra incen&ios Aunque el hierro no es comustile, no se puede considerar resistente al fuego, no sólo porque disminuye su resistencia en cuanto pasa de H;;U, sino porque por efecto de su dilatación sufre grandes deformaciones. $os materiales de protección del acero que pueden utilizarse sonB granito, mármol, hormigón, fárica de ladrillo cerámico con mortero de cemento, placas de yeso, pinturas intumescentes, etc.
"rotecci1n contra corrosi1n
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$a o'idación constituye el peor enemigo de las construcciones metálicas. "ara evitarlo se cure con un revestimiento protector y es indispensale que la superficie a tratar esté limpia de suciedad y ó'ido. @eerá considerarse con&untamente el tratamiento de protección frente a un incendio, ya que los requisitos del mismo pueden determinar un grado de defensa frente a la corrosión muy superior al estrictamente necesario, especialmente en el caso de pinturas intumescentes y morteros proyectados.
CRGS CTUNTES SOBRE ESTRUCTURS (l diseño de una estructura, comienza con aquellos elementos que están sometidos a las cargas principales que dee tomar la estructura, y procede en secuencia con varios elementos de soporte hasta llegar a la cimentación. 6na vez conceida una estructura, el paso previo a su resolución es el estalecer a&o que cargas se supone que se va a encontrar sometida a lo largo de su vida. "or lo general el estalecimiento de las cargas a considerar viene regulado por ormas, -nstrucciones o eglamentos =ficiales, quedando tan solo en contadas ocasiones la fi&ación del valor de dichas acciones en manos del proyectista. Sin emargo, dee tenerse siempre presente que estas normas son tan sólo una gu#a, por lo que la responsailidad final del diseño reside en el ingeniero industrial. "or lo tanto, para diseñar una estructura, es necesario especificar primero las cargas que act0an sore ella. Generalmente una estructura está sometida a varios tipos de carga, que por su naturaleza, variación en el espacio o permanencia en el tiempo pueden ser clasificadas en distintos grupos.
Clasificaci1n &e las acciones por s' nat'rale+a
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$as acciones se pueden clasificar seg0n su naturaleza en los siguientes gruposB + cciones &irectas) Son aquellas que se aplican directamente sore la estructura. (n este grupo se incluyen el peso propio de la estructura, las restantes cargas permanentes, las sorecargas de uso, etc. + cciones in&irectas) Son aquellas deformaciones o aceleraciones impuestas capaces de dar lugar, de un modo indirecto, a fuerzas. (n este grupo se incluyen los efectos deidos a la temperatura, asientos de la cimentación, acciones geológicas, acciones s#smicas, etc.
Clasificaci1n &e las acciones por s' variaci1n en el espacio $as acciones se pueden clasificar seg0n su variación en el espacio en los siguientes gruposB + cciones fijas) Son aquellas que se aplican siempre en la misma posición. @entro de este grupo se incluyen ásicamente las acciones deidas al peso propio de los elementos estructurales y funcionales. + cciones libres) Son aquellas cuya posición puede ser variale en la estructura. @entro de este grupo se incluyen fundamentalmente las sorecargas de uso.
Clasificaci1n &e las acciones por s' variaci1n en el tie,po $as acciones se pueden clasificar seg0n su variación en el tiempo en los siguientes gruposB + cciones per,anentes) Son aquellas que act0an en todo momento y son constantes en magnitud y posición. @entro de este grupo se engloan el peso propio de la estructura, de los elementos emeidos, accesorios y del equipamiento fi&o. + cciones per,anentes &e valor no constante) Son aquellas que act0an en todo momento pero cuya magnitud no es constante. @entro de este grupo se incluyen aquellas acciones cuya variación es función del tiempo transcurrido y se 37
producen en un 0nico sentido tendiendo a un valor l#mite, tales como las acciones geológicas, etc. (l pretensado )"* puede considerarse de este tipo. + cciones variables) Son aquellas que pueden actuar o no sore la estructura. @entro de este grupo se incluyen sorecargas de uso, acciones climáticas, acciones deidas al proceso constructivo, etc. + cciones acci&entales) Son aquellas cuya posiilidad de actuación es pequeña pero de gran importancia. (n este grupo se incluyen las acciones deidas a impactos, e'plosiones, etc. $os efectos s#smicos pueden considerarse de este tipo. (sta clasificación queda recogida en el cuadro siguienteB + + + + + + + + + + + +
1lases de cargas. /emporalidad @irectas -ndirectas. "ermanentes 1on cargas. @e pretensado.
Seguidamente se detallan con mayor detenimiento aquellos tipos de carga que pueden considerarse como principales desde el punto de vista del diseño estructural.
Car.as per,anentes $as cargas permanentes está constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que están permanentemente unidos a la estructura. "ara un edificio cualquiera las cargas permanentes estarán 38
formadas por los pesos de las columnas, vigas, losas, techo, muros fi&os, ventanas, plomer#a, instalación eléctrica y otros dispositivos diversos. "ara hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a catálogos de faricantes o prontuarios. /amién en el Ane&o 1 del 1/(+@E+A( )Acciones en la edificación* se incluyen los pesos de materiales, productos u elementos constructivos t#picos.
Sobrecar.as &e 'so (stas cargas pueden variar en magnitud y localización, y son deidas al peso de todos los o&etos que pueden gravitar sore la estructura deido al uso de la misma, o incluso durante su e&ecución )sorecargas de e&ecución*. "or tanto, estas cargas pueden ser causadas por el peso de los o&etos colocados temporalmente sore una estructura, por veh#culos en movimiento, personas, maquinaria, instalaciones, moiliario, taiquer#a... "ara calcular el valor de estas acciones se deen calcular las cargas deidas de cada una de ellas, si ien, en cualquier caso, nunca podrán ser inferiores a las indicadas por las normas de edificación. (n ocasiones, puede resultar complicado predecir con e'actitud el valor de todas y cada una de estas acciones, por lo que suele recurrirse al estudio de la historia de estructuras e'istentes de similares caracter#sticas y funcionalidad, con el fin de otener una estimación lo más apro'imada posile de la realidad.
Sobrecar.a &e viento $as acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie, que dependen de la zona eólica, de la altura sore el terreno, de la situación topográfica )normal o e'puesta*, de la construcción )aierta o cerrada* y de la forma, posición y orientación de los elementos con respecto al viento. 1uando las estructuras impiden el flu&o de viento, la energ#a cinética de éste se convierte en energ#a potencial de presión, lo que causa la carga de viento.
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6na masa de aire m con movimiento uniforme unidireccional de velocidad <, tiene una energ#a cinéticaB
Ec F , V 6 Si V es la densidad del aire de la corriente uniforme, la energ#a por unidad de volumen de esta masa esB
EFV6 Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier dirección. Se estudiará en cada caso la dirección más desfavorale. $a norma estalece la acción del viento como presión dinámica, que depende de la velocidad de éste, as# como de su densidad. $a fuerza que act0a sore los elementos será dicha presión dinámica, afectada por un coeficiente eólico, el cual depende de la forma y superficie del elemento, y posición con respecto al viento. @icha fuerza se considerará perpendicular a las superficies de los elementos que componen la estructura. @ichos coeficientes se otendrán a partir de talas y e'presiones dadas por la normativa referente a acciones sore las estructuras.
Car.as &e sis,o 6n sismo es una sacudida o movimiento rusco de la corteza terrestre. $a tierra puede temlar por distintas causas, como impacto de meteoritos, colapso de cavernas, actividad volcánica... 1on todo, el origen principal de los movimientos s#smicos más importantes está en la lieración s0ita de energ#a acumulada por movimientos relativos entre fallas, produciéndose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensión acumulada. 40
$os sismos producen cargas sore una estructura estructura por medio de la interacción interacción del movimiento del suelo y las caracter#sticas de respuesta de la estructura. (stas cargas resultan de la distorsión en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de ésta. Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo, as# como de la masa y rigidez de la estructura. $a carga s#smica a considerar dependerá de factores tales como la importancia de la construcción )moderada, normal o especial, seg0n el daño a personas o a servicios servicios imprescindiles*, imprescindiles*, peligrosidad peligrosidad s#smica del territorio territorio en que se uicará uicará la construcción )(sto se otiene a partir de unos mapas de peligrosidad s#smica que nos darán el valor de las aceleraciones s#smicas ásicas*, periodo de vida para el que se proyecta la construcción, caracter#sticas del suelo en que se asentará la misma, etc etc. /odo ello se encuentra recogido en la orma rma de 1onstrucci cción Sismorresistente.
C4!CU!O ESTRUCTUR! #to&os &e c0lc'lo @e todos es conocida la dificultad de aplicar los distintos métodos de cálculo estructural en casos prácticos. $as formulaciones de las distintas teor#as llevan en todo todoss los los caso casos, s, plan plante team amie ient nto o de sist sistem emas as cada cada vez vez más más comp comple le&o &oss de ecuaciones diferenciales y en derivadas parciales, que las hacen imposiles de 41
apli aplica carr de form forma a dire direct cta a en los los caso casoss prác práctitico cos, s, salv salvo, o, tal tal vez, vez, a los los más más elementales y que por tanto carecen de interés técnico real. Surge entonces la necesidad necesidad de uscar métodos prácticos prácticos de cálculo estructural, estructural, que asándose en las teor#as más o menos comple&as y en una serie de hipótesis simplificativas de las mismas, permitan el análisis de estructuras por complicadas que puedan ser sus respectivas geometr#as o los estados de carga a que éstas se ven sometidas. Aparecen as# a lo largo de los tres 0ltimos siglos, pero fundamentalmente en el 0ltimo de ellos, los distintos métodos de cálculo estructural utilizados actualmente. (n general, en todos ellos utilizan hipótesis simplificativas sore la geometr#a de la estructura, as# como el estado de cargas y el estado de deformaciones de la misma. Seg0n sean el n0mero y la calidad de las hipótesis simplificativas de cada método, tanto más pró'imos al comportamiento real de la estructura pueden ser los resultados otenidos de su aplicación. $os métodos de cálculo as# desarrollados, pueden clasificarse en orden creciente de capacidad y e'actitud de los resultados, en los siguientes gruposB + ?étodos clásicos de la resistencia de materialesB W ?étodos asados en los teoremas de ?ohr W ?étodos asados en el teorema de 1astingliano W ?étodo de 1remona + ?étodos iterativos + ?étodos matriciales + ?étodos de discretizaciónB W ?étodo de los elementos finitos W ?étodo de las diferencias finitas A continuación se analizarán revemente cada uno de los métodos de cálculo mencionado
#to&os cl0sicos &e la resistencia &e ,ateriales 42
#to&os basa&os en los teore,as &e #o/r Son métodos poco potentes, aplicados normalmente sore teor#a de elasticidad, y utilizados en el cálculo de estructuras idimensionales de arras con a&o grado de iperestaticida. Se asan normalmente en analizar cada arra por separado, por medio de los teoremas de ?ohr de la viga con&ugada, y plantear un sistema de ecuaciones lineales a través de la compatiilización de desplazamientos e'tremos de arra y del equilirio de fuerzas en los nudos de la estructura. (n el caso de estructuras con astantes nudos, aparecen sistemas voluminosos de ecuaciones lineales que, se deen tratar y resolver manualmente, resultan engorrosos y limitan mucho el método.
#to&os basa&os en el teore,a &e Casti.liano Son métodos análogos a los anteriores, sólo que el análisis de los desplazamientos de cada arra en particular se realiza por medio del teorema de 1astigliano, asado en el concepto de potencial interno de una viga.
#to&o &e Cre,ona Se trata de un método de cálculo gráfico. (s un método aplicale sore estructuras de arras articuladas, que se asa en el hecho de que una arra de este tipo, sólo puede estar sometida a esfuerzo a'il! es decir, esfuerzo en la dirección de la arra, y en el equilirio de fuerzas en los nudos. Se utiliza fundamentalmente en el cálculo de estructuras de celos#a idimensionales, pues la geometr#a tridimensional complica consideralemente el método. /iene la venta&a 43
de su simplicidad, pero el inconveniente de estar limitado solamente a estructuras planas de arras articuladas. (l método de los nudos y de las secciones se fundamentan en el mismo principio que el método de 1remona, aplicando respectivamente las ecuaciones de equilirio de cada nudo de la estructura, o a una parte de la estructura separada del resto por medio del corte de tres arras
#to&os iterativos $os métodos iterativos de cálculo de estructuras, se aplican sore estructuras planas de arras con nudos r#gidos y constituyen un intento de evitar el sistema de ecuaciones resultantes de estalecer la compatiilidad de giros en los nudos de las mismas, sistema que podrá contener numerosas incógnitas en los casos de gran hiperestaticidad, y que representaa dificultades prácticas importantes en la época previa a la aparición del computador. (l camino elegido para ello, consiste en resolver de forma iterativa un con&unto de estado más simples y cuya adición conduce al resultado teórico. (n la aplicación real, el proceso se interrumpe en la etapa en la que los resultados numéricos han alcanzado la apro'imación requerida.
#to&os ,atriciales $os métodos matriciales de cálculo de estructuras, se aplican sore estructuras planas o espaciales de arras con nudos r#gidos o articulados. "ueden aplicarse además sore teor#as lineales o no lineales. Son métodos que aplican ideas del álgera matricial al cálculo estructural apoyándose en el desarrollo de los ordenadores durante la 0ltima década y en el desarrollo paralelo de procedimientos numéricos apropiados para éstos. 44
(l empleo de la notación matricial presenta dos venta&as en el cálculo estructural. @esde el punto de vista teórico, permite utilizar métodos de cálculo de una forma compacta, precisa y al mismo tiempo completamente general. @esde el punto de vista práctico, proporciona un sistema apropiado de análisis de las estructuras y determina una ase muy conveniente para el desarrollo de programas de ordenadores. Su utilización es muy 0til en el cálculo de grandes y comple&as estructuras, en lasm que los métodos manuales tradicionales, requieren una dosis e'cesiva de esfuerzo humano. =tra venta&a importante de los métodos matriciales frente a todos los mencionados anteriormente consiste en que no desprecia las deformaciones producidas por el esfuerzo a'il.
#to&os &e &iscreti+aci1n (stos métodos se aplican sore estructuras planas o espaciales de arras )ya sean de nudos r#gidos o articulados* o de placas, o ien sore estructuras volumétricas generales que no se asimilen a la geometr#a de arras o placas. "ueden aplicarse además sore teor#as lineales o no lineales. /ienen tamién un planteamiento matricial y se apoyan, como los métodos matriciales, sore el desarrollo de los ordenadores y de los procedimientos numéricos para los mismos. (stos métodos se asan en los dos puntos siguientesB + $a estructura a analizar, que es un sistema continuo, se divide en un n0mero finito de partes )elementos*, cuyo comportamiento se especifica mediante un n0mero finito de parámetros. + $a solución del sistema completo, como ensamla&e de los elementos, se lleva a cao por las mismas reglas que se aplican a los prolemas discretos tipo! es decir, el estalecimiento de las relaciones entre fuerzas y desplazamientos para cada elemento de la estructura, y el ensamla&e posterior con&unto de todos los elementos por medio del estalecimiento del equilirio de nudos.
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C!SIAICCI5N "REVI DE ESTRUCTURS .
#o&eli+aci1n &e estr'ct'ra "ara
analizar
apropiadamente
una
estructura,
deen
hacerse
ciertas
idealizaciones sore cómo están soportados y conectados los distintos elementos entre s#. 6na vez que se haya determinado esto y se han especificado las cargas, las fuerzas en los elementos y sus desplazamientos pueden encontrarse ien utilizando la teor#a de la mecánica estructural aplicada directamente sore la estructura idealizada, ien mediante un programa informático. (n este apartado aordaremos algunas técnicas ásicas que nos permitirán simplificar los traa&os del método de resolución elegido, ya sea este un método anal#tico, ien unos numéricos. (l análisis e'acto de una estructura nunca puede en realidad llevarse a cao, ya que siempre tienen que hacerse estimaciones de las cargas y de las resistencias de los diseños de materiales que componen la estructura. Además, los puntos de aplicación de las cargas deen tamién estimarse. $a mayor o menor comple&idad de la estructura a analizar y la otención de resultados satisfactorios, vienen determinados por la forma en que se haya llevado a cao el modelado de la estructura. As# pues, si deseamos otener resultados de gran precisión, deeremos recurrir a comple&os modelos que reco&an el mayor n0mero posile de detalles estructurales, lo cual complicará enormemente el análisis de la estructura. Si por el contrario empleamos un modelo demasiado sencillo, el análisis se simplificará notalemente, si ien los resultados otenidos diferirán de la realidad tanto más cuanto mayor sea la sencillez del modelo empleado. "or tanto, es necesario llegar
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a una solución de compromiso, en la cual empleemos un modelo que nos dé resultados aceptales a la vez que no complique el análisis desmesuradamente. @e esto se desprende que la validez o no de un modelo dependerá del grado de precisión en los resultados que se necesite o desee en cada caso, de tal manera que no es siempre un modelo que reco&a un mayor n0mero de detalles estructurales será me&or que un modelo más simple.
Clasificaci1n &e las estr'ct'ras 6na vez idealizada la estructura, el siguiente paso será averiguar si ésta es m isostática o hiperestática, pues dependiendo de uno u otro los métodos de análisis a emplear serán distintos. Se dice que una estructura es isost0tica, cuando pueden determinarse todas las solicitaciones que aparecen en la misma a partir de las ecuaciones de la estática. 1ae distinguir entre que lo sea e'teriormente, en cuyo caso se podrán otener las reacciones en los apoyos! que lo sea internamente, se podrán otener los esfuerzos que aparecen en las arras! o que lo sea gloalmente, en tal caso se podrán otener tanto las reacciones en apoyos como esfuerzos en arras. Se dice que una estructura es /iperest0tica, si e'isten más fuerzas desconocidas que ecuaciones de equilirio aplicales. (n caso de estructuras hiperestáticas, se puede hacer una nueva clasificación, distinguiéndose entre estructuras traslacionales o intraslacionales, siendo los métodos de resolución en cada caso distintos. Se dice que una estructura es traslacional, cuando sus nudos sufren desplazamientos al ser cargada.
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Se dice que una estructura es intraslacional, cuando sus nudos no sufren desplazamientos al ser cargada. "ara esta distinción será necesario considerar inicialmente que las arras son ine'tensiles, es decir, que no se acortan ni se alargan, as# como tener en cuenta el sistema de cargas actuante, pues dependiendo de éste, una estructura puede ser traslacional o intraslacional. (n cualquier caso, hay que tener siempre presente que las ecuaciones de equilirio siempre serán aplicales y deerán cumplirse. $a diferencia estria en que mientras que en las estructuras isostáticas la simple aplicación de éstas a los distintos elementos de la estructura puede ser suficiente para resolverla, en las hiperestáticas será necesario uscar condiciones y ecuaciones adicionales.
Si,etría ( anti,etría 1uando una estructura presenta alguna de estas caracter#sticas, la resolución del prolema se simplifica notoriamente, al tenerse que analizar tan solo la mitad de la misma, con la 0nica precaución de imponer ciertas condiciones en el e&e de simetr#a % antimetr#a.
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"ara que una estructura sea simétrica esta dee serlo tanto de forma como de cargas. (n estos casos, tendremos que los puntos de la estructura pertenecientes al e&e de simetr#a tan solo pueden desplazarse en la dirección de dicho e&e, quedando el desplazamiento en cualquier otra dirección restringido as# como el giro. (sto se traduce en que en las secciones pertenecientes al e&e de simetr#a tan sólo puedan aparecer esfuerzos a'iles y momentos flectores, pero no cortantes. "or lo tanto, en caso de tener una estructura simétrica, su solución se limitará a la de una mitad de la misma, a la cual impondremos en las secciones del e&e de simetr#a las condiciones anteriores, para lo cual consideramos aplicadas sore dichas secciones unos esfuerzos ?i, i, momento y a'il respectivamente, cuyo valor se otendrá restringiendo para tales secciones los giros y desplazamientos en dirección de los a'iales.
6na estructura será altimétrica cuando presente simetr#a de forma y altimetr#a de carga. (n estos casos, tendremos que los puntos de la estructura pertenecientes al e&e de altimetr#a no pueden desplazarse en la dirección del e&e de altimetr#a, estando permitidos el giro y el desplazamiento en la dirección perpendicular a dicho e&e. (sto se traduce en que en las secciones pertenecientes al e&e de altimetr#a tan solo pueden aparecer esfuerzos cortantes, siendo nulos los a'iles y flectores. "or lo tanto, en caso de tener una estructura altimétrica, su solución se limitará a la de la mitad de la misma, a la cual impondremos en las secciones del e&e de altimetr#a las condiciones anteriores, para lo cual consideraremos aplicadas sore dichas secciones unos esfuerzos 4i, cortante, cuyo valor se otendrá restringiendo para tales secciones los desplazamientos en dirección de los cortantes.
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Aunque en principio pueda parecer que estas simplificaciones tienen poca aplicación, por la dificultad de encontrarse situaciones reales en que la carga sea simétrica o antimétrica, lo cierto es que en realidad lo 0nico que realmente se requiere para poder aplicar esto es que la estructura presente simetr#a de forma, pues todo estado de carga puede descomponerse en uno simétrico y otro antimétrico. (n esta situación encontraremos que este método es ampliamente aplicale, por lo haitual de emplearse estructuras con simetr#a de forma en la construcción, y por tanto pueden aligerarse los cálculos a realizar. (sto 0ltimo puede realizarse en virtud del "rincipio de Superposición.
"rincipio &e s'perposici1n (l principio de superposición constituye la ase de gran parte de la teor#a de análisis estructural. "uede enunciarse como sigueB (l desplazamiento o esfuerzo total en un punto de una estructura sometida a varias cargas se puede determinar sumando los desplazamientos o esfuerzos que ocasiona cada una de las cargas que act0an por separado. "ara que esto sea válido, es necesario que e'ista una relación lineal entre las cargas, esfuerzos y desplazamientos. @os requisitos deen imponerse para que el principio de superposición sea aplicaleB + (l material estructural dee comportarse de manera elástica lineal, a fin de que sea válida la ley de ooOe y el desplazamiento sea proporcional a la carga. + $a geometr#a de la estructura no dee sufrir camios importantes cuando se aplican las cargas. Si los desplazamientos son grandes, entonces camian consideralemente la posición y orientación de las cargas. ótese que en la práctica estos requisitos serán respetados por mero cumplimiento de la norma. "or un lado, toda estructura industrial se diseña para que todos sus elementos traa&en en régimen elástico. "or otra parte, por 50
consideraciones funcionales, de confort y estéticas, las deformaciones producidas se encuentran limitadas.
Teore,a &e reciproci&a& (l teorema de reciprocidad estalece que si tenemos una estructura cualquiera sometida a dos estados de carga distintos, - y --, entonces el producto de las cargas del estado - por los desplazamientos producidos en los puntos en que se encuentran éstas aplicadas cuando se considera actuando el estado -aisladamente, es igual al producto de las cargas del estado -- por los desplazamientos de los puntos en que están aplicadas suponiendo que act0a al estado - de forma aislado.
ESTUDIO GEOTHCNICO 3 CI#ENTCI5N
Est'&io .eotcnico Antes de acometer cualquier proyecto u ora de edificación es necesario conocer las caracter#sticas del terreno involucrado. 1on este fin se dee realizar un reconocimiento geotécnico del terreno, cuyos o&etivos sonB
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+ @efinición de la tipolog#a y dimensiones de la ora, de forma que las cargas generadas por cimentaciones, e'cavaciones y rellenos, o las cargas soportadas por estructuras de contención, no produzcan situaciones de inestailidad o movimientos e'cesivos de las propias estructuras o del terreno, que hagan peligrar la ora estructural o funcionalmente. Aunque no es haitual, en ocasiones la naturaleza del terreno puede hacer modificar algunos parámetros de la solución previa del edificio. + @eterminación del volumen, localización y tipo de materiales que han de ser e'cavados, as# como la forma y maquinaria adecuada para llevar a cao dicha e'cavación. + @efinición de los elementos de cimentación, tanto en cuanto a tipo )superficial o profunda* como a dimensiones en planta y profundidad. + "revisión de prolemas relacionados con el aguaB profundidad de nivel freático, riesgos deidos a filtraciones, arrastres, erosiones internas, sifonamiento, acción de la helada, etc.! influencia del agua en la estailidad y asiento de las estructuras. (n el informe geotécnico se plasmarán los resultados otenidos en el estudio geotécnico, su interpretación y las conclusiones que se derian de su análisis, generalmente en forma de recomendaciones para el proyecto y%o construcción de la ora que ha sido o&eto de estudio.
Ci,entaciones s'perficiales Se entiende como cimentación superficial aquella que transmite las cargas de la estructura a las capas más superficiales del terreno sore un plano de apoyo generalmente horizontal. $as cimentaciones superficiales se emplean para transmitir al terreno cargas de uno o varios pilares de la estructura o de los muros de carga o de contención de tierras en los sótanos. 52
$os principales tipos de cimentaciones superficiales sonB + -apatas aisla&asB zapatas individuales que recien la carga de un pilar )pueden ser interiores, de medianer#a o de esquina*. + -apatas co,bina&asB zapatas que recogen L o más pilares contiguos. + -apatas corri&asB zapatas para alineaciones de H o más pilares o muros. + "o+os &e ci,entaci1nB recogen pilares aislados. + E,parrilla&osB cimentaciones corridas o continuas que se entrecruzan. + !osas &e ci,entaci1nB recogen todos los pilares de la estructura, curiendo toda el área disponile en el solar. Se emplean para reducir asientos diferenciales en terrenos heterogéneos, o cuando e'iste una variailidad importante de cargas entre apoyos cercanos. (l diseño de una cimentación superficial requiere la comproación de varios aspectos relacionados tanto con la seguridad a la rotura )(stados $#mite Xltimos*, com con el adecuado funcionamiento a lo largo de su vida 0til )(stados $#mite de Servicio*. $os estados l#mites 0ltimos que siempre harán de verificarse para las cimentaciones superficiales, sonB +
'n&i,iento) Se produce cuando la capacidad soporte del terreno es
+
inferior a la carga transmitida por la cimentación. Desli+a,iento) Se produce cuando las tensiones de corte en el plano de contacto zapata+terreno igualan o superan la resistencia a corte de dicho contacto.
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+
V'elco) puede ocurrir en casos de cargas e'céntricas respecto del centro de gravedad del área de la cimentación, cuando el punto de paso de la
+
resultante de las acciones se apro'ima al orde de la cimentación. Estabili&a& .eneral) se trata de la estailidad del con&unto de la estructura
+
y su cimiento, sin que se produzcan fallos locales. Capaci&a& estr'ct'ral &el ci,iento) contemplan la posiilidad de que los esfuerzos sore las zapatas o losas superen su capacidad resistente.
(n cuanto a los estados l#mites de servicio, se ha de asegurar queB + +
$os movimientos del terreno sean admisiles para la estructura a construir. $os movimientos inducidos en el entorno no afecten a las estructuras colindantes.
Además de los (stados $#mite Xltimos y los (stado $#mite de Servicio, e'isten otros modos de fallo que deen tenerse en cuenta en el análisis de seguridad de una cimentaciónB estailidad de e'cavaciones durante la e&ecución de las cimentaciones, prolemas de filtraciones, posiles efectos nocivos de las heladas, prolemas de ataques qu#micos a los hormigones, limpieza del fondo de e'cavación, agrietamientos o levantamientos asociados a arcillas e'pansivas, prolemas de disolución cárstica, socavación en los cauces y orillas de los r#os, erosión interna del terreno por rotura de colectores y otras conducciones de agua, camios de volumen deidos a colapso de rellenos mal compactados o suelos naturalmente colapsales.
Ci,entaciones prof'n&as (n los casos en los que la e&ecución de una solución con cimentación superficial no sea visilemente técnica o económicamente se ha de contemplar la solución de cimentación profunda. Se considera que una cimentación es profunda si su e'tremo inferior, en el terreno, está a una profundidad superior a 9 veces su diámetro o ancho. $as cimentaciones profundas se pueden clasificar en los siguientes tiposB 54
+ "ilote aisla&oB aquél que está a una distancia lo suficientemente ale&ada de otros pilotes como para que no tenga interacción geotécnica con ellos. + Gr'po &e pilotes) son aquellos que por su pro'imidad interaccionan entre s# o están unidos mediante elementos estructurales lo suficientemente r#gidos, como para que traa&en con&untamente. + -onas pilota&as) son aquellas en las que los pilotes están dispuestos con el fin de reducir asientos o me&orar la seguridad frente a hundimiento en las cimentaciones. + #icropilotes) son aquellos compuestos por una armadura metálica formada por tuos, arras o perfiles introducidos dentro de un taladro de pequeño diámetro, pudiendo estar o no inyectados con lechada de mortero a presión más o menos elevada. $os pilotes pueden clasificarse atendiendo a distintos criteriosB + +
Se.n la for,a &e trabajo B pilotes por fuste, pilotes por punta. Se.n el ,to&o constr'ctivo) pilotes prefaricados hincados, pilotes
+
hormigonados Yin situZ. Se.n el ,aterial &el pilote) hormigón in situ, hormigón prefaricado, acero, madera, mi'tos.
$as formas de fallo de una cimentación profunda pueden ser de diverso tipo. $os tipos de rotura más comunes y que en cualquier caso deen verificarse sonB + 1apacidad estructural del pilote. + undimiento. + otura por arranque. + otura horizontal del terreno a&o cargas del pilote. + (stailidad gloal. 55
$os estados l#mite de servicio en cimentaciones profundas están relacionados con los movimientos. /anto en el proyecto de pilotes aislados como en el de grupo de pilotes,
se deen
realizar comproaciones con
respecto
a
asientos,
desplazamientos transversales, etc., en los que entra en &uego además de la resistencia del terreno, tamién su deformailidad. Al igual que para la cimentación superficial, además de las comproaciones sore (stados $#mite Xltimos y de Servicio, pueden ser necesarias otras comproaciones adicionalesB pérdida de capacidad portante por socavación provocada por cursos fluviales, daños a estructuras pró'imas, corrosión de los pilotes metálicos, e'pansividad del terreno, protección contra la helada, ataque qu#mico, asientos por mala limpieza del fondo, posiles efectos s#smicos.
GEO#ETR (n primer lugar y tras haer creado el archivo de traa&o y seleccionado el modo de visualización de las ventanas )vistas, escalas*, se procederá a la selección de la normativa a considerar en los cálculos y el sistema de unidades. 6na vez realizados los primeros pasos enunciados en el párrafo anterior, se procederá a definir la geometr#a de la estructura de la nave industrial que estará formada por nudos y arras. $os programas de cálculos nos permiten realizar la definición de la geometr#a de diferentes manerasB malla tridimensional, nave industrial estándar, introducción de nudos por coordenadas...pudiendo elegir la más adecuada en cada caso concreto.
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Al introducir la geometr#a de la estructura deemos de&ar determinados los tipo de unión entre arras )r#gido, articulada* y los tipo de apoyos )empotrado, apoyado*. 6na de las venta&as de programas de calculos es que nos permite definir con&untos de elementos )pilares de hastial, pilares de pórticos, pilares de for&ado, vigas de cuierta, vigas de for&ado* lo que facilita el pre dimensionamiento posterior.
CRGS 6na vez definida la geometr#a de la estructura, es posile introducir el estado de cargas que act0a sore ella. (l programa de cálculo nos permite seleccionar las hipótesis de carga y activar o desactivar determinadas acciones como el peso propio de las arras, la carga s#smica. "ara introducir las cargas en primer lugar hay que definirlasB elemento sore el que va a actuar )nudo o arra*, tipo de carga )continua, puntual, momento*, valor, dirección y sentido, e hipótesis )permanente, sorecarga, nieve, viento*. (s importante realizar un estudio de las cargas a considerar y estalecer los criterios para la introducción de las mismas, de forma que no se originen prolemas por duplicidad o errores en la dirección o sentido de las mismas o en las unidades.
SECCIONES 1omo paso previo al cálculo de la estructura, es necesario asignar a cada una de las arras una sección )predimensionamiento*. "ara ello los programas de cálculos disponen de una ase de datos con los perfiles normalizados, siendo posile modificarlos, girarlos...hasta conseguir la posición y geometr#a correcta. 57
(n función de si la arra es un pilar, una viga, una correa, un arriostramiento...se le asignará un perfil de una serie determinada )(A, -"(, NK, $...*, ya que cada uno de los elementos traa&a de forma diferente. 1omo se ha indicado anteriormente, si la estructura está dividida en con&untos podemos asignar una sección para todos los elementos que lo forman y nos evita tener que ir asignando una sección arra a arra.
C4!CU!O C0lc'lo &e esf'er+os 6na vez definida la geometr#a, introducido el sistema de cargas y asignado un predimensionamiento, es posile solicitar el cálculo de esfuerzos. /ras realizar el cálculo de esfuerzos y seleccionar los materiales tanto de la estructura como de la cimentación, se podrá comproar las secciones de acero y calcular la cimentación.
Co,probaci1n &e secciones &e acero Antes de iniciar la comproación de las secciones de acero es necesario definir las opciones de cálculo )coeficientes, l#mites de pandeo y de flecha*. Al realizar la comproación, los programas de cálculos nos darán el listado de errores especificando cual es prolema de fallo en cada una de las arras y la sección recomendada. @ado esto tenemos dos opcionesB modificar de forma manual los perfiles asignados hasta que la comproación sea correcta o selecciona la opción de optimizar, de igual forma hasta conseguir que todos los perfiles cumplan a resistencia y a flecha.
C0lc'lo &e ci,entaci1n 58
"ara el cálculo de la cimentación deemos indicarB los datos del terreno, el tipo de zapata, el canto, las dimensiones m#nimas a considerar, el recurimiento m#nimo de la armadura. @el cálculo de la cimentación otenemos las dimensiones y el armado de cada una de las zapatas y de las vigas de atado.
RESU!TDOS $os resultados otenidos se muestran en forma de listados y gráficos, teniendo principalmenteB + $istados y gráficos de esfuerzos. + $istado y gráfico de desplazamiento. + $istado de reacciones. + $istado de comproación del acero. + $istado de flechas. + 1uadro de zapatas.
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#TERI!ES
CERO Acero estructural S+L8F+[. $#mite elástico P L.9;; \g%cmL ( P L.:;;.;;; \g%cmL G P 9:;.;;; \g%cmL
CERO R#DURS Será corrugado, tipo E+F;;+S
CONCRETO Será del tipo A+L; y A+LF, de resistencia a la rotura de L;; y LF; Og%cmL, para solera y cimentación respectivamente, proeta cil#ndrica de :F cm
∅ y
de H; cm 60
de altura, con edad apro'imada de L9 d#as. (l árido tendrá un tamaño de R; mm, resistencia plástica y compactación por virado. /odos los materiales empleados contarán con sus certificados de calidad correspondiente los cuales deen ser entregados a la dirección facultativa durante la e&ecución de las partidas su&etas a esta prescripción.
COEAICIENTES DE SEGURIDD Seg0n la norma venezolana, se han considerado los siguientes coeficientes, de mayoración de cargas y minoración de resistencias, para introducir la seguridad en el cálculo
OBR DE CONCRETO + ?inoración de la resistencia del concreto.................................................. :]F; + ?inoración de la resistencia del acero....................................................... :]:F + ?ayoración de las cargas.......................................................................... :]F;
ESTRUCTUR #ET4!IC + Acciones constantes.................................................................................... :]HF + Acciones variales...................................................................................... :]F; 61
+ 1oeficiente de minoración del acero............................................................ :]:;
Co,posici1n ( pro.ra,a &e necesi&a&es 1omo se ha indicado con anterioridad, se ha previsto la e&ecución de una nave industrial sin uso definido con una superficie ocupada total de F,F mL en planta a&a y una entreplanta de :R:,:9 mL.
$as diferentes superficies de las que está constituida la nave son
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$a altura lire de cada una de las plantas de oficina y de industria supera los L.8; metros m#nimos estalecidos en la normativa municipal, y la altura má'ima de la edificación no superará la má'ima permitida de :; metros.
!os esf'er+os a los K'e se ver0 so,eti&a la estr'ct'ra son los si.'ientes
Solera $a solera estará compuesta por una capa de hormigón armado A+L;%"%L; de :F cm de espesor sore un tomo de :F cm de zahorra compactada con un grado próctor del F^. (l acaado de la solera será pulido. Se prepararán &untas selladas cada cuadrado de F ' F como má'imo. "ara la armadura de la solera se colocará mallazo :F;':F;'F E+F;;+S con un recurimiento m#nimo de L cm
Cerra,ientos ( fac/a&as $os cerramientos de la nave se realizarán en hormigón prefaricado de :L cm de espesor de color natural y acaado liso en todo su per#metro, e'cepto en la 63
fachada de principal, en la que se realizará un cerramiento a ase de panel sánd>ich liso horizontal de HF mm de espesor apoyado sore un zócalo de fárica de loque hueco de hormigón lanco de dimensiones R;'L;'L; cm, seg0n se indica en planos. (l cerramiento del patio trasero se realizará tamién mediante hormigón prefaricado de :L cm de espesor de color natural y acaado liso con una altura de L,F metros. $as placas de hormigón prefaricado irán montadas dentro de los pilares. (ntre la unión de panel y panel, se dispondrán los elementos de estanqueidad oportunos recomendados por el faricante evitando as# filtraciones de agua hacia el interior de la nave.
C'bierta $a cuierta que se propone es de panel sánd>ich de H; mm de espesor formado por dos láminas de acero prelacadas a amas caras de espesor ;,7 mm y en el centro un n0cleo de poliuretano de R; \g%mH. Su pendiente será de un ::^ apro'imadamente. Su disposición será a dos aguas. (n el encuentro de las dos aguas se colocará caallete angular de chapa prelacada de espesor ;,8F mm. $os paneles se fi&arán a las correas mediante tonillos autorroscantes siguiendo las especificaciones técnicas de monta&e suministradas por el faricante del panel, respetando la distancia entre fi&aciones.
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(l solape m#nimo entre los distintos elementos vendrá determinado por las especificaciones del faricante de dicho panel. "ara realizar la iluminación natural de la nave se colocará en el :;^ de superficie de la cuierta lucernario a ase de placas de policaronato celular de espesor :; mm.
Carpintería ,et0lica (l acceso a la nave desde el e'terior se realiza mediante puerta metálica asculante de dimensiones indicadas en los planos ad&untos. "ara el acceso a la oficina se utilizará puerta de carpinter#a de aluminio. (l material utilizado para la puerta asculante serán chapas acanaladas metálicas sore astidor de tuo con herra&es de colgar y seguridad. Al ser una puerta de dimensiones mayores a R.;; ' R.;; el sistema de apertura será de transmisión dole para dar la seguridad necesaria a la puerta. @icha puerta alerga una puerta peatonal para acceso de personal a la nave.
Sanea,iento $as aguas de la cuierta se recogerán mediante canalones de más de ; cmL de sección 0til. Serán de sección cuadrada de acero galvanizado. 1onectarán a unas a&antes interiores de "<1 de :7; mm de diámetro, colocadas con arazaderas de acero su&etas a los pilares. (stas a&antes irán a parar a unas arquetas de distintas dimensiones dependiendo de su posición en la red de saneamiento proyectada tal y como puede oservarse en el plano de saneamiento ad&unto. @esde estas arquetas se llevan tuos de "<1 seg0n se pueden oservar en el plano. (ste tuo tendrá una pendiente superior a un :,F^. 65
(stos tuos irán sore una cama de arena y se recurirán hasta su generatriz superior con hormigón A+:F; evitando as# posiles roturas por el tráfico rodado de la ora. $as aguas sucias procedentes de los aseos irán hasta una arqueta de F: ' F: cm y desde la arqueta, con tuer#a de "<1 de L;; mm de diámetro se dirigirán las aguas hasta el saneamiento general. $as arquetas serán realizadas en ladrillo de pie de espesor salvo especificaciones técnicas realizadas por la dirección facultativa. @ichas arquetas se enfoscarán interiormente con mortero de cemento.
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NUEVS THCNICS CONSTRUCTIVS 69
Sistemas sand>ich de lana de vidrio en cuiertas y cerramientos verticales Sistema versátil que permite la realización de proyectos creativos, ya que permite radios pequeños de curvatura consiguiendo grandes resultados estéticos y la posiilidad de personalización corporativa.
Ventajas + Al tratarse de un sistema realizado in situ permite ofrecer precios más competitivos. + Sistema muy fácil para mantener a largo plazo, ya que permite poder camiar 0nicamente la chapa e'terior, sin necesidad de sustituir todo el panel. + $os costes de rehailitación serán menores, por tratarse normalmente en sustituir la chapa e'terior 0nicamente. + Euena clasificación al fuego deido a que el sand>ich está formado por materiales incomustiles )chapa metálica y lanas de vidrio*. (l sand>ich formado por chapa _lana de vidrio _ chapa, es A: seg0n la actual clasificación. + Kácil instalación deido a que la lana de vidrio se adapta perfectamente a la chapa metálica y a la ligereza de los materiales.
Desventajas 70
+ "roductos destinados a quedar aparentes. + Aumentamos la calidad ac0stica del interior de las naves. + (l aislamiento al ser visto asorerá el sonido, disminuyendo las posiles revereraciones que puedan haer. o confundir este concepto con aislamiento ac0stico que hace referencia al elemento constructivo, en el que deeremos aumentar el espesor de la chapa para incrementar el aislamiento ac0stico.
Aalsos tec/os in&'striales (sta aplicación se utiliza en los casos en los que, además de uscar una me&ora del aislamiento térmico y ac0stico en edificios industriales, interesa conseguir un aspecto final de acaado. $a incorporación de falsos techos de lana de vidrio permite reducir el tiempo de revereración del local.
isla,iento sobre falos tec/os in&'striales Aplicación utilizada en casos en los que se requiere una me&ora del aislamiento térmico y ac0stico. (l aislante, en este caso, quedará oculto por el verdadero falso techo, que servirá de ase de apoyo a la lana de vidrio 6SA G$ASSM==$ @eido a las nuevas técnicas de construcción ha sido posile no solo acondicionar de forma más segura y estale a las naves industriales sino tamién ha hecho posiles nuevos diseños de naves industriales
•
Nave "refabrica&a) $os módulos prefaricados son ensamlados totalmente en fárica y salen de ella totalmente terminados.
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•
Nave Des,ontable) Al ser plegales todos los módulos que forman la nave prefaricada, ésta se puede desmontar fácilmente, siendo el material que forma la nave industrial totalmente recuperale.
•
Nave "le.able) $as fachadas de dichos módulos prefaricados que forman la nave industrial se pliegan a&o la cuierta. 6na vez en ora los módulos prefaricados de la nave industrial se despliegan con la ayuda de una gr0a.
•
Nave R0pi&a) @esde el inicio del monta&e de la nave prefaricada, ésta puede quedar totalmente montada y terminada en un par de d#as.
•
Nave Transportable) $os módulos prefaricados que forman la nave industrial prefaricada se transportan en un camión totalmente ensamlados.
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NELOS
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CONC!USIONES
+
6n galpón es una construcción muy popular desde hace muchos años, deido a su estructura simple y su utilidad. ?ayormente se ha utilizado para almacenar mercanc#as o maquinarias y suele ser edificación rural con una 0nica puerta.
+
(ntre los tipos de galpón se encuentran diferentes tipos de construcciones, las cuales dependerán e'clusivamente del uso o solicitaciones al cual será sometido. (ntre ellos se encuentran el galpón de hormigón, madera, tuest y reticulado. 1ada uno de estos puede o no llevar accesorios ad&untos a la estructura con el fin de dar una me&or estética y durailidad a la ora.
+
?uy caracter#stico es el color de estos coertizos, que en su mayor#a son ro&os con techos lancos. (l color es posilemente deido a que el ó'ido férrico para hacer pintura ro&a era el producto más arato. =tra posiilidad es que pintaan con el producto por su propiedad de preservar la estructura del granero. oy en d#a, el galpón de gran&a se construyen usando principalmente el metal.
+
$as mercanc#as almacenadas pueden incluir cualquier materia prima, componentes y productos terminados relacionados con la agricultura, la industria manufacturera o el comercio.
+
A pesar de que el galpón son de construcción y diseño sencillo, están diseñados para soportar todo tipo de sorecargas como cualquier construcción pesada, comoB sismos, fuertes carga de vientos, entre otras.
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