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5/10/2018 Detalles edifcicacion - slidepdf.com

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SISTEMAS ESTRUCTURALES METÁLICOS.SISTEMAS ESTRUCTURALES METÁLICOS.

Emilio Mos uera ReEmilio Mos uera ReCA CONSTRUCCIÓNS ARQUITECTONICAS

Construcción IIConstrucción II-- Estructuras MetálicasEstructuras MetálicasINGENIERIA DE LA EDIFICACIÓNCONSTRUCCIÓN II –curso 2010/11

TIPOLOGIAS ESTRUCTURALESTIPOLOGIAS ESTRUCTURALES

Emilio Mosquera Rey 1



DCA CONSTRUCCIÓNS ARQUITECTONICAS


Biblio rafíaBiblio rafía


1. CTE- DB-SE-A2. EUROCODIGO Nº 3

. . u s e e o r guez ar n. .4. ESTRUCTURAS DE ACERO. Vicente Cudós Samblancat. H. BLUME EDICIONES.5. ESTRUCTURAS METALICAS. PIEZAS FLECTADAS. Francisco Quintero Moreno. ESCUELA DE LA

EDIFICACIÓN.6. ESTRUCTURAS METALICAS, PIEZAS COMPRIMIDAS, Francisco Quintero Moreno, ESCUELA DE LA

EDIFICACIÓN.7. LA ESTRUCTURA METALICA HOY. R. Arguelles Álvarez. ETSIM DE MADRID.8. EL PROYECTISTA DE ESTRUCTURAS METALICAS. R. Nonnast. PARANINFO.9. FORJADOS. Luis Felipe Rodríguez Martin. ESCUELA DE LA EDIFICACIÓN.

10. . os mez errano. e .11. PRONTUARIO ENSIDESA.12. DETALLES CONSTRUCTIVOS METALICOS Y MIXTOS. CYPE Ingenieros.

13. VIGAS ALVEOLARES. Javier Estévez Cimadevila; Emilio Martín Gutiérrez; José A. Vázquez Rodríguez.BELLISCO.14. CONTROL DE PROYECTO Y PATOLOGIA DE ESTRUCTURAS METALICAS. Ramón Álvarez Cabal.

CUADERNOS INTEMAC, 4815. PRONTUARIO DE ALTOS HORNOS16. CONSTRUCCIÓN MIXTA HORMIGÓN –ACERO. Julio Martínez Calzón. EDITORIAL RUEDA.





Ti olo ía EstructuralTi olo ía EstructuralCA CONSTRUCCIÓNS ARQUITECTONICAS


Generalidades

Vamos a dar recomendaciones de estructuración de algunos tipos de estructuras aptas para serconstruidas con perfiles o chapas de acero, como pueden ser las estructuras típicas de:

- i icios.- Naves industriales.- Hangares, Grandes Luces, etc.- Vigas carril, etc.

Existen otros tipo de estructuras de poco peso y gran esbeltezson particularmente sensibles a los efectos dinámicos de viento, como sonlas estructuras de:

- Antenas.- Chimeneas.

En general, la mayor parte de las acciones que actúan sobre. las estructuras las podemos considerar- - . ,

fundamentalmente a edificios, se han reducido a cargas estáticas incluso acciones de tipo dinámico, como puedenser las del viento o de los seismos, para lo cual se han tenido en cuenta ciertos coeficientes dinámicos.

Forzosamente la Norma recurre a simplificaciones, por lo que es lógico que su ámbito se circunscribaa las estructuras convencionales suficientemente experimentadas, como pueden ser las estructuras de edificioso de las naves industriales.

En el cálculo de hangares y en general de las estructuras de gran luz, el conocimiento, experiencia ysentido común del proyectista son muy útiles para suplir las lagunas que las Normas no pueden cubrir.

En las estructuras de tipo vertical, como, son las antenas o chimeneas, en las que las cargas

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,Normas de cálculo.





Ti olo ía EstructuralTi olo ía Estructural


Se llama entramado al pórtico que engloba las vigas y pilares del edificio contenidos en un mismo plano.

resolverse de diversas formas en función de la configuración, deluso al que se destina y del tipo de cimentación.

Las estructuras metálicas, al igual que las dehormigón, se conciben y calculan como entramados planos, pero alrevés que en las estructuras de hormigón, lo más frecuente esproyectar los entramados metálicos totalmente isostáticos.

Sólo en casos especiales se proyectan entramadosrígidos metálicos, bien en su totalidad o en parte del entramado.

Los entramados de las estructuras metálicassuelen proyectarse isostáticos, ya que la sencillez defabricación y la facilidad de montaje compensan la mayorcantidad de acero que necesita la estructura.

En la figura siguiente se ha representadoesquemáticamente un entramado isostático en el que, por suconcepción de mecanismo, deberán disponerse elementosestructurales que le dan estabilidad horizontal, especialmente a

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.







, .como una viga de rigidez infinita en comparación de la rigidez a flexión de los pilares.

Así, las acciones horizontales que suponemos aplicadas en los nudos se transmiten a través de los

pisos a unos entramados especiales en los que se asegura la estabilidad mediante una triangulación vertical , obien por macizado de parte de los entramados con hormigón armado, construyéndose así pantallas de hormigón enfachadas, escaleras, etc., que no molesten al uso del edificio.

Algunas veces es posible macizar o triangular una fachada sólo en parte de su altura (generalmenteexcepto la planta baja).








,direcciones principales del mismo, o en dos direcciones ortogonales. .

Es conveniente colocar dos elementos verticales de arriostramiento en cada dirección, con objeto de

disminuir o anular las torsiones.El lu ar de em lazamiento más adecuado es donde no molestan a la ar uitectura:

- Fachadas ciegas.- Muros de escaleras.- Muros de ascensores.- Muros ciegos o semiciegos en general.

En los arriostramientos en Cruz de San Andréssólo se tiene en cuenta para el cálculo el elemento de diagonalque trabaja en tracción y en su conjunto se calculan comovoladizos verticales sometidos a las cargas de viento o seísmoen os nudos.








En las siguientes figuras se dan diversas soluciones para el caso de que razones de uso o arquitectónicas no

permitan una triangulación en Cruz de San Andrés.








En la figura siguiente se ha representado esquemáticamente una variante de entramado isostático conviga continua. Su concepción es también de mecanismo y, por tanto, cuanto se ha dicho de la estabilidad de los

entramados isostáticos es válido para este caso., , ,

sobre dos pilares, apoyan sobre tres o más, formándose carreras de dos o tres vanos (generalmente dos).Con este sistema se consigue disminuir la flecha en las vigas, consiguiéndose estructurasmás ligeras

sin perjudicar la facilidad de montaje.El aso de las vi as or los ilares se realiza como se indica en la fi ura.








Entramados rígidos

En la figura siguiente se representa esquemáticamente un entramado con nudos rígidos, cuyo cálculopuede realizarse por el método de Cross, Matricial u otro similar de continuidad teórica.

Este tipo de pórticos tienen estabilidad propia en su plano para todo tipo de acciones horizontales yverticales aun ue or su conce ción son más li eros ue los isostáticos, or razones de fabricación monta e nosuelen utilizarse con este material. Sin embargo, en algunos casos forzosamente hay que recurrir a ellos porrazones de uso o arquitecturas que impidan el uso de triangulaciones o macizados.

Son entramados mas sensibles a las diferencias deasiento de cualquier procedencia, debido a su hiperestatismo.

Existen sistemas que disminuye los costos defabricación y montaje, por reducir el número de nudosrígidos, aunque no son siempre recomendable, sobre todo en

caso de seísmos.








,articulados en la base de los pilares. Las articulaciones hay que proyectarlas de forma que, además de transmitirlas cargas verticales, también pueden transmitir las cargas horizontales de viento sin posibilidad de

desplazamiento y que además esté impedido el levantamiento.

Esto último puede conseguirse mediante tornillos de enlace colocados en el eje de la articulación (uno acada lado). Con objeto de simplificar el montaje, los pórticos múltiples de cada planta se subdividen en pórticossimples con voladizo, que posteriormente se unen soldando el tramo de viga AB, o bien con una unión mediante


tornillos







ATORNILLADA








.Un edificio se compone de tres elementos resistentes diferentes, que en su conjunto forman la

estructura:- Forjados.- Vigas.En la figura siguiente se representa una planta de un- Pilares.edificio en el que se indican los elementos resistentes del mismo.

Al estudiar la planta del edificiodebe tenerse presente la colocación de launta de dilatación.

Se considera adecuada unadistancia de 30 a 40 metros entre juntas.

La junta se realiza en toda la

altura del edificio, cada una de las partes delmismo se calcula como si de dos estructurasdiferentes se tratara (a excepción de lacimentación, que es común a las dosestructuras).








1) Cuando la dirección del forjado sea perpendicular a la junta es conveniente colocar doble pilar y doble viga,separando las dos estructuras como se indica en la figura, siendo ésta la solución más correcta desde el punto de

vista técnico. Si por razones arquitect nicas no es posi e co ocar o e pi ar, se co ocar o e

viga y las correas de un lado del forjado se apoyarán sobre una de las vigas conapoyos deslizantes, realizados con una capa de plomo o de neopreno.

constructivos de los elementos arquitectónicosde fachada e interiores que afectan a la junta, yaque, si no se diseñan bien, aparecerán fisuras enlos materiales provocadas por los movimientos dela unta de dilatación.








2) Cuando la dirección del forjado es paralela a la dirección de la junta, se colocará doble pilar, comose indica en la figura, siendo ésta la solución más correcta desde el punto de vista técnico.Si por razones arquitectónicas no es posible, se apoyarán las vigas sobre apoyos flexibles (rigidizados o no),colocando una capa de plomo o de neopreno que permita el deslizamiento.También en este caso deberán cuidarse los detalles constructivos como se ha indicado en el caso anterior.








En general, los forjados en estructura metálica pueden dividirse en dos grandes grupos fundamentalmente:1.-Forjados formados por perfiles doble T y bovedillas.2.- Forjados formados por chapas plegadas en frío y rellenos de hormigón. (Chapa colaborante)

Forjados de perfil y bovedilla

Se componen, fundamentalmente, de perfiles IPN o IPE apoyados en las vigas adyacentes de la planta y que sostienen una serie de bovedillas de cerámica u hormigón sobre los que se vierte hormigón para formar lasuperficie plana del piso.








, , .El cálculo de las viguetas se realiza comprobando la seguridad al momento flector y la flecha máxima admisible.

Generalmente la condición de seguridad la determina la flecha, por lo que resulta conveniente colocar

las viguetas de forjado continuas cada dos vanos, como se indica en la figura.

Con esto se consigue el mismo momento flector máximo de cálculo y unanotable reducción de la flecha.








Están formados por perfiles grecados de acero laminado en frío y galvanizado, recubiertos de hormigón

La chapa metálica hace las veces de armadura delhormi ón racias a la adherencia ue se consi ue entre la cha a el,hormigón de relleno.

Para que exista colaboración entre el hierro y el hormigónes fundamental que no se venza la adherencia entre ambos.

Entre las ventajas de este tipo de forjado, podemos citar las siguientes:

l.- Elimina apeos y encofrados.2.- Se monta muy rápidamente.3.- Permite ganar altura de piso debido a su pequeño espesor.4.- Permite alojar en su interior instalaciones eléctricas.








,vigas de soporte la greca mayor del perfil con objeto de conseguir una importante sección de hormigón en la parteinferior del forjado y así absorber los esfuerzos de compresión que se producen en la zona de momentos negativos.

Para soportar pesos importantes o con luces grandes, las chapas pueden acoplarse de dos en dos conobjeto de conseguir mayores momentos de inercia.








entre estos elementos. Al conectar el forjado mixto de chapa colaborante con las vigas mediante conectadores, elconjunto resultante constituye un forjado mixto de chapa colaborante con vigas mixtas acero–hormigón

Ventajas e Inconvenientes

Se han mencionado ya algunas de las ventajas que la utilización de este tipo de forjados supone. No obstante,a continuación se efectúa una enumeración de las mismas.








enta as• Ideal para edificios en altura, en donde es posible avanzar con el montaje de la estructura sin necesidad dehormigonar forjados, solamente disponiendo la chapa nervada fijada a las vigas metálicas, que incluso aporta una

adecuada capacidad de arriostramiento a efectos horizontales, tanto en la etapa de ejecución como en la de.

• La chapa extendida, premontada y debidamente sujeta, resulta ser una plataforma segura de trabajo, parafacilitar el movimiento de las personas y para el acopio de los materiales.

• Puede no necesitar la colocación de apuntalamientos o cimbras para soportar el peso del hormigón antes delendurecimiento del mismo, lo que simplifica mucho la ejecución de la obra, permitiendo ejecuciones muy rápidas.

• En el caso de for ados a una determinada altura im ortante, or e em lo or encima de 5 metros, al no necesitarapuntalamiento ni cimbras resulta muy adecuado para no tener que montar castilletes o varios niveles deapuntalamiento, simplificando y abaratando la ejecución.

• Por la forma de la propia chapa este tipo de forjados permite, con la colocación de elementos complementarios, elintroducir instalaciones, evitando en ocasiones la necesidad de disponer falsos techos o falsos suelos demagnitudes importantes. Es muy adecuado para oficinas en donde es preciso tener flexibilidad en la disposición delmobiliario y por tanto en los puntos de conexión eléctrica, de datos, etc.








• Se trata de un sistema de forjado muy específico adaptable muy bien a estructuras mixtas o metálicaspresentando una mayor dificultad en otros tipos.

• ,muy particulares.

• Es necesario utilizar personal especializado para el montaje del mismo, debiendo cuidar mucho las condicionesde limpieza.

• Deben existir planos de montaje, pues no permite habitualmente la improvisación.









ÁÁ







Tiros o clavos aplicados con pistola. Los más utilizados.

Conectores soldadosPara soldar el conector a través de la chapa sobre el soporte,

la parte superior de la viga debe estar limpia, no pintada y, .


ÁÁ







Conectores clavadosPieza metálica en forma de ‘L’ fijada a la viga por medio dedos clavos aplicados por pistola. Sistema de ejecución rápido.


SISTEMAS ESTRUCTURALES METÁLICOSSISTEMAS ESTRUCTURALES METÁLICOS







rma uras.

Hormi onado.

















.

Atendiendo a la forma de estar constituidas. Las vigas de acero para estas edificaciones, seclasifican como se indica en el siguiente cuadro:

Vigas de Perfil Simple.Siem re ue sea osible se resolverán las vi as mediante erfiles laminados. a ue su coste de

mano de obra es mínimo.Su forma de trabajo es casi exclusivamente a flexión, por ello suelen adoptar forma de I, para tratar

de obtener la máxima inercia y el mayor módulo resistente con el material disponible, tratando de mejorar el

rendimiento. Las cargas que la viga recibe producen en sus secciones los siguientes esfuerzos: momento flector,esfuerzo cortante y torsiones (algunas veces). Pero, generalmente, es la flecha (deformación) la que sueledimensionar las vigas en estas edificaciones.

Los perfiles empleados, generalmente, son IPN, IPE o HE. El empleo de los perfiles IPE resulta más


, ,uniones, proporciona el espesor uniforme de las alas.








.Cuando el canto de la viga está limitado y un solo perfil de dicho canto no presenta resistencia

suficiente. ni aun empleando perfil HEM (que da el mayor W a igualdad de canto). puede recurrirse a acoplar dosperfiles haciéndolos trabajar solidariamente. Si. como es frecuente. Ambos perfiles son iguales. el momento deinercia de ambos será igual al doble de uno solo, por tanto el módulo resistente de la viqa múltiple así formadaserá también el doble del que corresponde a un perfil.

igual W. Con más frecuencia se utilizan las vigas múltiples para aumentar la base en quedebe apoyarse un muro. por lo que son la solución específica en el caso de cargaderos ,apeos o de vigas en techo de planta baja destinada a local comercial, cuando sobre ellas

debe cargarse la estructura de fábrica de ladrillo de las plantas superiores

Las vigas constituidas por dos o más perfiles adosados se proveerán de los elementos deunión necesarios. como presillas. tornillos. pasantes. etc .. que solidaricen eficazmente losperfiles componentes. Habrá de justificarse la eficacia de esta solidarización siempre que









.Cuando el módulo resistente W de un perfil simple sea insuficiente, será necesario pasar a uno con

mayor W. pero puede resultar más económico reforzar la zona más solicitada del perfil mejorando su W, conplatabandas. lo cual ahorra fundamentalmente, canto de perfil. si bien consume una mano de obra cuyo costo seránecesario considerar.

Por lo general. la solución más económica se consigue reforzando deigual forma ambas platabandas. manteniendo as ¡ la simetría de la sección y. portanto , la posición de su eje X-X

Cuando sea necesarioreforzar las vigas de unaestructura ya construida. bienpor defecto de resistencia oporque sea necesario aumentar lascargas previstas. puede recurrirsea las dis osiciones si uientes:









.ello se dan al perfil unos cortes que como se indican en la figura. recomponiéndolo como se representa. Estadisposición es muy útil en vigas simplemente apoyadas que deban recibir una cubierta de pequeña pendiente. En elProntuario de ENSIDE SA. tomo l. dan valores estáticos de estas vigas. De manera semejante puede operarse

para formar vigas en ménsula, para marquesinas. etc.





DCA CONSTRUCCIÓNS ARQUITECTONICAS Ti olo ía EstructuralTi olo ía Estructural








.Vigas de alma aligerada

Se llaman vigas armadas las que se forman combinando chapas paraconstituir secciones en I o en Cajón ; las primeras tienen un alma y las segundas dos. Launión entre las cha as es ho , rácticamente. soldada.

Las vigas armadas se utilizan. en general, cuando los perfiles laminados noalcanzan las características mecánicas necesarias.

Las vi as de alma ali erada. se obtienen a artir de erfiles IPN.IPE o HE. por corte de los mismos y volviendo a soldar las dos piezas resultantes.

como indica la figura. Cuando se quiere aumentar mas el canto de la viga. se laperalta intercalando entre ambas piezas chapas rectangulares.Este tipo de vigas recibe el nombre de vigas alveolares







costosa si se realiza en serie: con igual peso por metro que el perfilprimitivo (algo mayor en las peraltadas) tienen mayor resistencia ydan menor flecha como consecuencia del incremento de su momento

de inercia. Además, permiten el paso de conductos por susa v o os.

El calculo de una viga alveolada difiere del de unaviga de alma llena . Para abordarlo se asimila la viga alveola daa una vierendel con cargas aplicadas en los nudos.







.

Los soportes o pilares son barras cuya función es recoger de las vigas las cargas del edificio yllevarlas hasta la cimentación . Su principal componente de solicitación es el esfuerzo normal de compresión,

que puede ir combinado con flexión. cortante y torsión, Son . por tanto. barras comprimidas en las que adquierenran im ortancia los distintos fenómenos de .

Pueden clasificarse los soportes por su sección en:

Soportes de un solo perfil.Una barra formada por un solo perfil exige mucho menor trabajo de preparación que otra formada

por dos o más perfiles. por lo que será preferida a igualdad de las restantes condiciones.. . . .

HE en los que la relación de radios de giro ix/ iy , es menor que en otros perfiles.

Tomando un canto

h = 300 mm. dicha relación toma. ara los erfiles indicados. los si uientes valores:

HEA 1.70;HEB 1.72:

.IPE 3.73:IPN 4.65:UPN 4.03.

Solamente para la serie HEB. desde HEB l00, a HEB 450. los perfilestienen asignada la letra (p) que significa que, en circunstancias normales semantienen en existencia permanente en el mercado.







.resistencia a flexión disponiendo el eje Y-Y en el plano del pórtico. l a sección de este perfil permite resolverfácilmente los nudos, y el espacio ocupado es relativamente reducido.

Para una longitud de pandeo de 3 m. el perfil HEB 450 resiste un esfuerzo con seguridad de 514 Tn.uera necesar a mas res s enc a, ue e re orzarse e er con os a a an as un as or cor n con nuo,como se indica en la figura. La resistencia de la sección reforzada alcanza 1.070 toneladas. Para HEB 450 conLK = 3m. Su relación de radios de giro, es la unidad o muy próxima a ella.

Soportes simples de varios perfiles.

Uniendo dos o más perfiles, se obtienen secciones que presentan ventajasrespecto al perfil único. a costa de mayor trabajo de taller.

Se busca con ello principalmente mejorar la relación ix/ i y, aproximándola ala unidad.

Una de las secciones muy utilizadas es la de cajón. obtenida uniendo dosUPN como indica la figura.

En todas las secciones que dejan encerrado unespacio inaccesible. los cordones de soldaduraque cierran dicho espacio deben ser continuos


.






IPN, es una solución elegante y práctica para resolver soportes comunes a dospórticos ortogonales. Como es natural iX=iY, para cualquier valor de h.

el encuentro de muros o de doble tabiques, la formada por dos IPN es apropiada pararesolver el cruce de dos pórticos de nudos rígidos.

En todos los casos es conveniente mantener elmismo tipo de sección en toda la altura de unsoporte. desde el cimiento a la cubierta. El cambio de

transmisión de esfuerzos del soporte superior alinferior.

En el P. ENSIDESA se tabulan otros tipos desecc ones a em s e as n ca as: t enen espec ainterés por su gran resistencia. las obtenidas uniendodos perfiles IPN, IPE. UPN. con platabandascontinuas







Son soportes constituidos por perfiles que no cumplen para serconsiderados como simples o reforzados. Cada uno de los perfiles es un cordón y su

enlace se realiza mediante presillas o celosía.La solución de presillas es la corrientemente utilizada en edificación. La

celosía se emplea en grandes soportes de naves industriales. torres de tendidoeléctrico. etc.

La mejor solución, desde el punto de vista de resistencia y economía, seobtiene dando a los perfiles una separación tal que la esbeltez mecánica del soportesea la misma respecto a los dos ejes

Este tipo de soportes permite dar continuidad a las jácenas pasándolasentre los dos cordones lo que supone una importante economía para la viguería. y el

centrad o de la carga. Ello condiciona la separación de perfiles a fin de permitir elpaso e a cena







La jácena se apoya sobre un casquillo generalmentede IPN soldado a las dos UPN. lo ue aconse adisponer hacia afuera las alas de los UPN. El espacioentre alas de la U puede a provecharse para lacolocación de bajantes u otras conducciones.



















.La tipología de nave es distinta a la edificación multiplanta por presentar, en general, menor robustez

en sus elementos constitutivos y se caracteriza por salvar luces mayores para usos industriales con distintosrequerimientos.

Su mor o og a c sica es:- Cubierta.- Entramados Frontales.- Entramados Laterales.

Nave a dos aguas.







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.







.







La viga de cristalera, que suele ser una vigara , ue e co ocarse ver ca o nc na a.

La solución con vigas verticales resulta máseconómica y de más fácil montaje que la de

, .iluminación y es menos estética.







- Correas.- Cuchillos o Cerchas.- Viga Pratt de cristalera.













,- Correas.- Cuchillos.- Viga Pratt de cristalera.

- .







Inconvenientes fundamentales son:

Que poresfuerzos suele sernecesario el tramo BD que es un elemento aislado de

gran esbeltez sometido acompresión.

Que debenimpermeabilizarse concuidado los nudos B y D.







.



















Algunos Ejemplos - Edificio de Viviendas. (Elementos en planta, Pórticos y Detalles)

- Nave a dos aguas. Simple. (Elementos en planta, elementos de Cubierta, Entramados y Detalles)- Nave multi-cercha. (Elementos en planta, Cerchas, Entramados y Detalles)- Nave Porticada. (Detalle de pórtico)- Estructura Espacial.



























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