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UNIVERSIDAD RAFAEL LANDÍVAR FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA CIVIL ADMINISTRATIVA
“MÉTODO CONSTRUCTIVO Y MANTENIMIENTO DE UNA ESTRUCTURA DE ACERO”
GERSON DIDIER DE LEÓN
Guatemala, octubre del 2004
UNIVERSIDAD RAFAEL LANDÍVAR FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA CIVIL ADMINISTRATIVA
“MÉTODO CONSTRUCTIVO Y MANTENIMIENTO DE UNA ESTRUCTURA DE ACERO”
TESIS
Presentada al Consejo de la
Facultad de Ingeniería Universidad Rafael Landívar
Por:
GERSON DIDIER DE LEÓN
Previo a conferírsele el título de:
INGENIERO CIVIL ADMINISTRATIVO
En el grado académico de:
LICENCIADO
Guatemala, octubre del 2004
AUTORIDADES DE LA UNIVERSIDAD RAFAEL LANDÍVAR
Rector Licda. Guillermina Herrera
Vice-Rector General Ing. Jaime Carrera
Vice-Rector Administrativo Arq. Carlos Haeussler
Vice-Rector Académico Padre Rolando Alvarado, S. J.
Secretario General Lic. Luis Eduardo Quan Mack
Director Administrativo Ing. Otto Vinicio Cruz Porras
Director Financiero Ing. Carlos Vela Schippers
AUTORIDADES DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA
Decano: Ing. Edwin Felipe Escobar Hill Vice-Decano: Ing. Herber Smith Brolo Secretaria: Ing. Ruth Torres Director del Depto. de Ingeniería Civil: Ing. José Carlos Gil Rodríguez Director del Depto. de Ingeniería Mecánica: Ing. Alejandro Basterrechea Director del Depto. de Ingeniería Química: Ing. Ramiro Muralles Director del Depto. de Ingeniería Industrial: Ing. Jorge Nadalini Lemus Director del Depto. de Ingeniería en Informática: Ing. Arturo Rivera Director de Postgrados: Ing. Lionel Pineda Representante de Catedráticos: Ing. Julio Aguilar Schaeffer Representante Estudiantil: Br. Julio Barrios
Asesor:
Ing. Javier Emilio Furlán Ralón
Tribunal Examinador:
Ing. Patricia del Busto
Ing. Antonio Jiménez
Ing. Jorge Enríquez
DEDICATORIA
Este trabajo se lo dedico a Dios por darme la fuerza, esperanza y ánimo para seguir
siempre adelante.
A mis padres, por darme su apoyo incondicional y llevarme por el camino correcto.
A una persona muy especial que siempre está conmigo en las buenas y en las malas
brindándome su apoyo, gracias.
A mis hermanas.
A mi familia.
A mis amigos y compañeros.
A mi asesor y a mis catedráticos, por compartir conmigo sus conocimientos.
A todos ustedes muchas gracias.
Página MARCO UNO
1.1 INTRODUCCIÓN…………………………………………………………….………………………………….. 1
1.2 ANTECEDENTES……………………………………………………………….……………………………………5
1.3 MARCO TEÓRICO……………………………………………………………...…………………………………….6
ESTRUCTURAS DE ACERO……………………………………………………………………………………10
EDIFICIOS INDUSTRIALES…………………………………………………………………………..……………10
CARGAS DE CONSTRUCCIÓN…………………………………………………………………………………11
TABLA 1-3 CARGAS VIVAS MINIMAS DE DISEÑO…………………………………………………………12
CARGAS DE VIENTO Y CARGAS SÍSMICAS…………………………………………………………………..13
RESISTENCIA A LA FATIGA DE LOS COMPONENTES ESTRUCTURALES……………………………….14
CÓDIGOS DE DISEÑO ESTRUCTURAL……………………………………………………………………………14
MÉTODO CONSTRUCTIVO…………………………………………………………………………………………..15
TABLA 1-4 PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO…………………………………………………………….16
FABRICACIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS……………………………………………………………...….16
MONTAJE DEL ACERO ESTRUCTURAL…………………………………………………………………..…….19
ARRIOSTRAMIENTO………………………………………………………………………………………..………24
USO DE PERNOS Y SOLDADURA………………………………………………………………………….………25
EFECTOS DE LA TEMPERATURA EN EL ACERO Y PROTECCIÓN CONTRAINCENDIOS……………………………………………………………………………………………………...………27
PROTECCIÓN ACTIVA Y PROTECCIÓN PASIVA ………………………………..…………………………………………………...……...28
PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN………………………………………………………………….……29
MANTENIMIENTO Y CUIDADO DE UNA ESTRUCTURA DE ACERO……………………………… 30
LIMPIEZA Y PINTURA……………………………………………………………………...…………………….31
PREPARACIÓN DE SUPERFICIES………………………………………………………………..……………..32
TRATAMIENTO INICIAL DE SUPERFICIE PARA PLANCHAS DE ACERO………………………………....35
PáginaTRATAMIENTO DE SUPERFICIE PARA ACERO ELABORADO Y APLICA-CIÓN DE PARCHEOS………………………………………………………………………………………………..35
TABLA 1-5 NORMAS COMUNES PARA PINTURAS DE ACERO ESTRUCTURAL…………………37
VENTAJAS DEL ACERO ESTRUCTURAL SOBRE OTROS MATERIALES………………………………….38
MARCO DOS
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA………………………………………………………………………….……… 39
2.1 OBJETIVOS……………………………………………………………………………………………..…………41
2.1.1 OBJETIVO GENERAL………………………………………………………………………………………...41
2.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS……………………………………………………………………………….....41
2.2 HIPÓTESIS…………………………………………………………………………………………………..……41
2.3 VARIABLES………………………………………………………………………………………………...……..42
2.4 DEFINICIÓN DE VARIABLES……………………………………………………………………………..……..42
2.4.1 DEFINICIÓN CONCEPTUAL………………………………………………………………………………….42
2.4.2 DEFINICIÓN OPERACIONAL…………………………………………………………………………………..43
2.5 ALCANCES, LÍMITES Y LIMITACIONES………………………………………………………………...……..44
2.6 APORTE……………………………………………………………………………………………………...…….45
MARCO TRES
3.1 SUJETOS………………………………………………………………………………………………….……..46
3.2 INSTRUMENTOS…………………………………………………………………………………………...…….46
3.3 PROCEDIMIENTO……………………………………………………………………………………………..……47
MARCO CUATRO
RESULTADOS……………………………………………………………………………………………...…………..48
MARCO CINCO
DISCUSIÓN……………………………………………………………………………………………...……………. 52
Página MARCO SEIS
CONCLUSIONES…………………………………………………………………………………………...…………..54
MARCO SIETE
RECOMENDACIONES…………………………………………………………………………………..…………….56
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS………………………………………...…………………...……………………58
ENTREVISTAS………………………………………………………………………………………………………………………………………59
OTROS TEXTOS CONSULTADOS…………………………………………………………………...…………….59
ANEXOS…………………………………………………………………………………………………….…………. 60
ANEXO No. 1 TABLA 1-1…………………………………………………………………………………………….60
ANEXO No. 2 TABLA 1-2………………………………………………………………………………………..61
ANEXO No. 3 PLANO GENERAL DE UNA ESTRUCTURA DE ACERO……………………………………………………………………………………………….62
ANEXO No. 4 PLANO DE TALLER……………………………………………………………………………………………………63
ANEXO No. 5 ENTREVISTA ……………………………………………………………………….………………….64
ANEXO No. 6 ENCUESTA………………………………………………………………………………..……………..66
ANEXO No. 7 HOJA PARA EL ANALISIS DE UNA ESTRUCTURA DE ACERO………………………………………………………………….67
TESIS “MÉTODO CONSTRUCTIVO Y MANTENIMIENTO DE UNA ESTRUCTURA DE ACERO”
RESUMEN
En el siguiente trabajo de investigación se encuentra reflejada la situación de
Guatemala cuanto a la importancia de métodos constructivos y de mantenimiento a
estructuras de acero; que actualmente se ponen en práctica por ingenieros
profesionales y expertos en el campo de la construcción.
El país sigue creciendo a medida que el tiempo transcurre y cada vez se hace
más importante conocer sistemas y métodos de construcción más eficaces y
modernos, que amplíen criterios y ayuden a tomar decisiones de suma importancia en
la conservación de estructuras de acero, así como en proyectos millonarios que
podrían empezar a tomar auge en Guatemala.
Afortunadamente se contó con el valioso aporte de profesionales que conocen el
acero estructural perfectamente, han vivido experiencias en la construcción de
estructuras de acero y el interés de gente dedicada a la construcción para que se
implementen métodos de construcción que sean sencillos, poniendo siempre por
delante la calidad y la seguridad durante y después de la construcción.
Se concluye que es necesario seguir un método de construcción en una obra con
estructura de acero y se recomienda dar el mantenimiento necesario a dicha estructura,
realizando inspecciones a la edificación por lo menos una vez cada cinco años.
MARCO UNO
1.1 INTRODUCCIÓN Para realizar el diseño de una estructura es necesario seguir normas y
especificaciones; de igual manera, para construir una obra civil, se deben seguir
procedimientos y métodos en campo, que hagan más fácil y práctico el montaje de
elementos estructurales, con esto se pueden reducir tiempos de ejecución y agilizar el
proceso constructivo de una estructura, tanto de acero como de otro material.
¿Qué es una especificación y una norma estructural de construcción?
Especificación:
Esencialmente una especificación es un convenio entre los usuarios y propietarios
por una parte, y los diseñadores estructurales y los constructores por la otra parte. Las
especificaciones son una herramienta importante para comunicar con suficiente detalle
cómo, dónde y cuándo un proyecto debe construirse para satisfacer las necesidades
de un propietario, como las Normas Estructurales de Diseño y Construcción
Recomendadas para la República de Guatemala, AGIES.
Norma:
Si hay una norma, los primeros (usuarios y propietarios) saben que hay reglas de
juego definidas para exigir un estándar de seguridad y calidad en la construcción. A los
segundos (diseñadores y constructores), esas reglas de juego les facilitan ofrecer un
producto de calidad uniforme, reduciendo competencia desleal además los protege
individual y gremialmente dándoles un punto de referencia en un ambiente tecnológico
que cambia rápidamente.
El acero es uno de los más importantes materiales estructurales. Entre sus
propiedades de particular importancia en los usos estructurales, están la alta
resistencia, comparada con cualquier otro material disponible y la ductilidad. Ductilidad
es la capacidad que tiene el material de deformarse sustancialmente ya sea a tensión o
compresión antes de fallar. Otras ventajas importantes en el uso del acero son su
amplia disponibilidad (perfiles, planchas de acero, láminas, barras, tubería, placas,
etc.), tanto a nivel nacional como internacional, y su durabilidad, siempre y cuando se le
dé el adecuado mantenimiento y protección contra el intemperismo.
El acero se produce por la refinación del mineral de hierro y metales de desecho,
junto con agentes fundibles apropiados, coke (para el carbono) y oxígeno, en hornos a
alta temperatura, para producir grandes masas de hierro llamadas arrabio de primera
fusión. El arrabio se refina aún más para remover el exceso de carbono y otras
impurezas y se alea con otros metales como cobre, níquel, cromo y titanio entre otros,
para producir las características deseadas de resistencia y ductilidad, soldadura y
resistencia a la corrosión.
Figura # 1. Productos que ofrecen los fabricantes de acero: barras cuadradas, tubería redonda y cuadrada de diferentes diámetros, perfiles de acero estructural,
láminas y platinas entre otros.
El fabricante de estructuras de acero trabaja con los planos de ingeniería o
arquitectura para producir dibujos detallados de taller, de los que se obtienen las
dimensiones requeridas para cortar, aserrar, o cortar con antorcha, los perfiles al
tamaño pedido y localizar con exactitud los agujeros para barrenar o punzonar. Los
dibujos originales también indican el acabado necesario de la superficie de las piezas
cortadas. Muchas veces se arman piezas en el taller para determinar si se tiene el
ajuste apropiado o no.
Las piezas se marcan para facilitar
su identificación en el campo y se
embarcan las piezas sueltas o
armadas parcialmente hasta el
sitio de la obra para su montaje. El
montaje en el sitio lo ejecuta a
menudo el propio fabricante, pero
la puede hacer el contratista
general.
En el diseño de estructuras de acero, es de
suma importancia
seguir normas establecidas en
códigos para que los
elementos, que formarán la estructura, resistan las
Figura # 2. Arriba, planta de producción de aceros prefabricados. Abajo, las piezas llegan marcadas a la obra para saber su ubicación exacta en la estructura, según planos de montaje.
cargas para las cuales son diseñados; la manera de instalación, equipo utilizado y el método que se utilice también debe
ser considerado para su mejor funcionamiento en conjunto; luego de
tener montada la estructura es necesario prever y dar mantenimiento al acero para que éste cumpla por mucho tiempo la función de soportar cargas y resistir factores externos como lo son
el clima, las cargas accidentales, la temperatura, etc.
Esta investigación pretende dar a conocer el procedimiento y los métodos
utilizados en campo para construir una estructura de acero, el procedimiento que se
sigue en Guatemala para ensamblar un elemento estructural de acero según la
experiencia de profesionales, que aportaron sus comentarios; así también los procesos
conocidos en el medio para brindar el mantenimiento necesario a una estructura de
acero, también procura hacer conciencia en todas las personas involucradas en el
campo de la construcción y mantenimiento de estructuras de acero, para que la
competencia entre dueños, constructores, diseñadores y contratistas sea uniforme; se
construya con calidad y sobre todo con seguridad.
1.2 ANTECEDENTES En realidad es poco lo que se ha escrito sobre el tema referente al acero
estructural en Guatemala. Lo escrito, son únicamente tesis de diversas universidades,
que involucran e investigan el acero; dichas tesis hacen énfasis en el uso del acero
estructural en la arquitectura de Guatemala, se centran en la producción del acero,
unión de elementos de acero, mencionan los edificios existentes con estructura de
acero en Guatemala e indican las ventajas que brinda el acero en cubiertas de grandes
luces; pero no se ha escrito sobre el procedimiento constructivo, procedimiento de
ensamblaje de elementos estructurales, montaje de perfiles de acero estructural en una
obra, y el mantenimiento que se le debe dar al acero.
Tampoco se ha investigado si en Guatemala se le da mantenimiento o no a una
estructura de acero durante su vida útil, que es un punto a considerar cuando se desea
que la duración de la estructura llegue a su máximo nivel, en cuanto a tiempo de
servicio se refiere.
Normas estructurales de construcción existen y son utilizadas en virtualmente
todos los países altamente sísmicos de América Latina, excepto en Guatemala; en el
país únicamente existen normas recomendadas como lo son las “Normas Estructurales
de Diseño y Construcción Recomendadas para la República de Guatemala”, de la
Asociación Guatemalteca de Ingeniería Civil y Sísmica, AGIES. En países de
Latinoamérica, como Argentina, Colombia, etc., hay códigos de construcción que
muchas veces son los códigos extranjeros (EE.UU., Alemania, Japón entre otros),
acoplados a las necesidades de los países donde son utilizados. En Guatemala la
calidad de construcción ha estado amparada en la ética de los profesionales. Eso no ha
sido malo dentro de un ambiente de construcción relativamente pequeño donde todos
se conocen y tratan de utilizar las mismas reglas de juego. Pero hoy la industria de la
construcción ha crecido en volumen y en la cantidad de profesionales de la
construcción y se necesita de auto-presión para que haya cierta uniformidad de criterio
(Normas Estructurales de Diseño y Construcción Recomendadas para la República de
Guatemala, AGIES).
1.3 MARCO TEÓRICO En todo diseño de acero se tiene en consideración la resistencia de fluencia del
material. La resistencia de fluencia de diversos grados de acero que están disponibles
para el diseño, se pueden ver en la Tabla 1-1 (Anexo No. 1), así como las propiedades
mecánicas especificadas de los aceros en la Tabla 1-2 (Anexo No. 2).
Desde 1900 a 1960, el grado principal de acero disponible era el llamado A-7 con
Fy = 33 Ksi. En 1954 se introdujo un grado A-373 para usar con soldadura y Fy = 32
Ksi; esto fue la consecuencia de la mayor popularidad de la soldadura debido a las
actividades en la construcción de buques en la Segunda Guerra Mundial. Cuando se
restauran edificios más antiguos, el ingeniero estructural debe ocuparse de incorporar
los nuevos aceros a los antiguos grados.
A partir de 1960 se han sustituido los grados de acero A-373 y A-7 por el acero A-
36, que representa un 10% de aumento en la resistencia de fluencia sobre el grado A-
7. En los años treinta, se inició la producción de acero de alta resistencia y también
resistente a la corrosión, y al que se designó como A-272 (está descrito en la
especificación A-272 de la ASTM, American Society for Testing and Material, Sociedad
Americana de Pruebas y Materiales). En 1959 se escribió la especificación ASTM
A-440, para otro acero de alta resistencia, aplicable a la construcción con remaches y
tornillos, si se tienen los pernos A307, A325 y A490 cuyo esfuerzo de tensión es 20, 44
y 54 ksi, respectivamente. En 1960 se introdujo el acero A-441, aplicable a la
construcción soldada, este acero ya quedó obsoleto. Estos tres aceros tienen un punto
de fluencia que depende de las propiedades mecánicas del metal, y de la aplicación
que se le dé al mismo, como se muestra en la tabla 1-1 y en la tabla 1-2 (En anexo
No. 1 y No. 2).
Desde 1964 se han incorporado a las normas de la ASTM las especificaciones
para varios otros aceros de alta resistencia; estos aceros aparecen como A-572 y A-
588. En la Tabla 1-1 se muestra que el acero descrito en la especificación A-572 cubre
varias resistencias de fluencia, llamadas grados, tales como los grados 42, 45, 50, 55,
60 y 65 para el correspondiente esfuerzo de estos nuevos aceros también dependen
del espesor, como se muestra en la tabla bajo el encabezamiento “espesor de placas y
barras”. Los productos de acero han clasificado los diversos perfiles W en cinco grupos,
dependientes del espesor del patín, compatibles con el grado del acero. El diseñador
simplemente tiene que buscar en dichas tablas (incluyendo las del AISC) para ver si
está disponible el perfil en el grado que se requiere o se desea. Por ejemplo, en el
grado 450-Mpa, sólo los perfiles del grupo 1, califican para el espesor del patín. En el
grupo 1, solamente se dispone de perfiles W18 con valores entre 35 y 60 lb/pie,
inclusive (son las cinco secciones más pequeñas y con un máximo espesor de la pieza
de 0.695 pulg.). En Guatemala se debe de chequear que haya en el mercado el perfil
necesario según el diseño; de lo contrario se debe hacer un pedido especial a países
que los produzcan y tengan en el mercado (EE.UU., Japón, China, etc.); por el tiempo
que se lleve el pedido en llegar al país, es mejor armar el perfil en Guatemala, siempre
y cuando se sigan especificaciones.
La especificación ASTM A-588 permite Fy = 345 Mpa para un acero de alta
resistencia y baja aleación cuyo espesor puede llegar hasta 100 mm (4 pulg.). El acero
descrito en dicha especificación se usa principalmente para trabajos de soldadura y es
resistente a la corrosión.
En términos de costo/unidad de masa, el acero A-36 es el más económico. Los
aceros de alta resistencia tienen su aplicación principal en aquellos casos donde los
esfuerzos son principalmente de tensión. Las vigas de acero de alta resistencia pueden
tener una deflexión excesiva, debido al módulo de sección reducido. Las columnas de
acero de alta resistencia pueden resultar menos económicas que el acero A-36 si la
relación de esbeltez (KL/r) es grande. Las trabes híbridas en que se usa acero de alta
resistencia puede que suministren mejores soluciones en los casos en que se restrinjan
las dimensiones de los miembros; en general, los miembros con claros entre soportes
principales se llaman trabes y a los soportados por ellas se llaman vigas. En un caso
determinado, es necesario efectuar un análisis económico y de disponibilidad para
determinar si es apropiado usar acero de alta resistencia (Bowles, 1984).
Entre las propiedades estructurales más importantes del acero están las
siguientes:
1. MÓDULO DE ELASTICIDAD, (E) es la pendiente de la curva esfuerzo-
deformación unitaria en el rango elástico. El rango típico para todos los aceros
es de 28000 a 30000 Ksi o 193000 a 207000 Mpa. El valor de diseño se toma
por lo general como 29000 Ksi o 200000 Mpa.
2. MÓDULO DE CORTANTE G, este módulo para cualquier material, se calcula de
la siguiente forma
G = E / 2(1 + γ)
Donde γ = coeficiente de Poisson que se toma como 0.3 para el acero y se
obtiene G=11000 Ksi o 77000Mpa.
3. COEFICIENTE DE EXPANSIÓN TÉRMICA, para el acero este coeficiente se
toma como τ = 11.25 x 10-6 por oC
4. PUNTO DE FLUENCIA Y RESISTENCIA ÚLTIMA, es el mínimo valor
garantizado por el productor de acero que se basa en el promedio estadístico y
en la consideración del valor mínimo de fluencia obtenido mediante gran número
de pruebas; este factor depende del perfil de acero estructural que se emplee y
varía según la denominación de la ASTM (Sociedad Americana de Pruebas y
Materiales, en español).
5. SOLDABILIDAD, es la capacidad del espacio para soldarse sin cambiar sus propiedades mecánicas básicas. Sin
embargo, los materiales soldados, los procedimientos y las técnicas empleadas deben basarse en los
métodos aprobados para cada acero. En general, la soldabilidad decrece con el
aumento de carbono y manganeso.
ES
FU
ER
ZO
, K
SI
120
100
80
60
40
20
0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.0300
DEFORMACION, PULG POR PULG
0.005
ACERO A514
LIMITE DE FLUENCIA CON DESVIACION DE 0.2%
LIMITE DE FLUENCIA CON 0.5%
ACERO DE ALTA RESISTENCIA AL CARBONO, TRATAMIENTO TERMICO
ACERO DE BAJA ALEACION, ALTA RESISTENCIA
LIMITE SUPERIOR DE FLUENCIA
LIMITE INFERIOR DE FLUENCIA
ACERO A36
LIMITE PLASTICO LIMITES DE DEFORMACION Y ENDURECIMIENTO
LIMITE INELASTICO
PENDIENTE = E
LIMITEELASTICO
0.002
Figura # 3. Curvas típicas de esfuerzo y deformación para aceros
estructurales.
Los lingotes de acero de la refinación del arrabio se laminan para formar placas de
anchos y espesores variables; diversos perfiles estructurales; barras redondas,
cuadradas y rectangulares; y tubos. La mayor parte del laminado se efectúa sobre el
acero en caliente, y el producto se llama “acero laminado en caliente”. Algunas de las
placas más delgadas se laminan o doblan aún más, después de enfriadas, para hacer
productos de acero laminados en frío o “formados en frío”.
En Guatemala no existen aceros de alta
resistencia, en el medio nacional se
tiene el acero de construcción o
comercial que es mal llamado hierro,
que en realidad es acero al carbono; los
aceros más utilizados en Guatemala
son el A-36 que es el más común, el
acero A-572 (grado 50, que es más
acerado que los otros), y el acero
inoxidable, estos materiales provienen
de países como Estados Unidos,
Alemania, Brasil y Argentina, entre
otros. Como se puede observar en la
figura # 4, el alma de un perfil
estructural es el elemento vertical que
une los elementos horizontales
llamados patines.
Figura # 4. Perfiles de Molino o perfiles rolados, en este tipo de perfiles no es necesario usar soldadura para unir sus componentes (patines y alma), ya que se funden en una sola pieza.
ESTRUCTURAS DE
ACERO
EDIFICIOS
INDUSTRIALES
Las estructuras de
acero incluyen puentes,
edificios, torres de
transmisión, tanques de
almacenamiento,
soportes para anuncios y
hasta objetos artísticos.
De acuerdo con su uso,
los edificios se clasifican
por lo general en
edificios industriales o de
muchos niveles. En la
actualidad se usa muy
poco el acero en la
construcción residencial,
excepto en los
apartamentos de varios
niveles.
a.
b. c.
d. e.
f. Figura # 5. a. Nave industrial de acero, bodega, b. techo en arco de acero, articulado, c. puente con estructura de acero, d. edificio soportado por miembros de acero que descansan sobre muros, e. armadura de acero para techo, d. edificio con marcos de acero en construcción.
En general, los edificios industriales son estructuras de uno o dos niveles que se
usan principalmente con fines industriales (como lo son las fábricas, almacenes,
bodegas). Entre otras estructuras se pueden incluir los gimnasios, iglesias,
restaurantes y terminales de transporte.
Estos edificios pueden estar compuestos de marcos de acero, o tener un techo
soportado por miembros de acero que descansan sobre muros de carga. El esqueleto
de acero de un edificio puede ser rígido o articulado; puede ser un arco con dos o tres
articulaciones, o puede ser un sistema de armaduras sobre columnas. La armadura
puede ser rígida o articulada.
La estructura de un edificio es un esqueleto tridimensional. Algunos edificios son
rígidos tanto en el plano XY como en el plano XZ, algunos años atrás este tipo de
estructura era más complicada de diseñar, pero ahora gracias a la tecnología, se
cuenta con programas de computadora que hacen más sencillo y práctico este diseño.
La estructura plana que se obtiene de considerar solamente los elementos principales
de la misma y/o la rigidez se llama marco y puede tener una altura de uno o más
niveles. El término “marco” se usa en todas las estructuras ya sean rígidas, armaduras
sobre columnas, dinteles sobre columnas, u otros miembros, y se utilizan para salvar el
espacio entre columnas en el plano principal.
El sistema de techo de todos los edificios consiste en una estructura, algún
sistema de piso y una cubierta impermeabilizante. La estructura principal del techo
consiste de la armadura en cualquier marco. Los largueros se tienden a través de los
dinteles (espacio entre dos muros de carga) y se espacian de 0.6 a 2.0 metros, o más,
medidos centro a centro, dependiendo del tipo de tablero de techo que se use. El
diseño de los largueros o vigas en los techos inclinados resulta bastante complejo
debido a la flexión asimétrica.
Las paredes pueden ser de chapa metálica, muros de cortina que consisten en
dos hojas metálicas con algún tipo de relleno aislante, tablones de asbesto, ladrillos,
bloques de concreto, etc. En los edificios industriales léase bodegas, el recubrimiento
ligero de las paredes lo soportan los puntales del alero y los largueros de pared.
CARGAS DE CONSTRUCCIÓN
En el diseño de un edificio es necesario determinar las cargas que ha de soportar
el esqueleto o estructura del edificio. Estas cargas se dividen en cargas muertas y
cargas vivas. Se hace esta distinción ya que la estructura y la cimentación deben
siempre soportar las cargas muertas (estas cargas son las que están destinadas a
quedarse permanentemente como materiales y equipo), las cargas debidas al peso
propio de los varios componentes del edificio y que incluyen el peso de la estructura.
Las cargas vivas son cualquier carga que han de soportar los componentes del
edificio y que se considera como algo transitoria. Esto es, la carga se puede aplicar por
varias horas o hasta varios años, pero su magnitud es variable. Los códigos de
construcción acostumbran prescribir las cargas vivas basándose en quiénes ocupan los
edificios y su situación, y entre las que incluyen las cargas de viento, nieve y sísmicas;
los valores de cargas vivas que dan los códigos de construcción, por lo general se
basan en valores estadísticamente conservativos, y aunque el diseñador puede pedir a
la oficina local de construcción que se le permita variar el código esto se debe hacer
sólo después de haber evaluado cuidadosamente los valores propuestos según Bowles
(1995).
TABLA 1-3 CARGAS VIVAS MÍNIMAS DE DISEÑO Cargas vivas uniformemente distribuidas, lb/pie²
Ocupación o uso Carga Ocupación o uso Carga
Espacios de Reunión Otros edificios:
Auditorios con asientos fijos* 60 Corredores arriba del primer piso 80
Auditorios con asientos movibles* 100 Archivos 125
Pistas y salones de baile 100 Oficinas 50
Boliches, billares y lugares de recreo semejantes 75 Instituciones penales:
Salones de conferencia y de juego 50 Manzanas de celdas 40 Comedores, restaurantes 100 Corredores
Salones de práctica 150 Residencial: 100 Tribunas y lugares para acomodar tribunas 100 Dormitorios:
Gimnasios 100 Sin muros divisorios 60
Vestíbulos, primer piso 100 Con muros divisorios 40
Jardines en pent-house, terrazas 100 Viviendas multifamiliares: Pistas de patinar 100 Departamentos 40
Panaderías 150 Corredores 80
Balcones (exteriores) 100 Hoteles:
hasta 100 pies² en casas de una y dos familias 60 Cuartos de Huéspedes, corredores
Boliches, (sólo pasillos) 40 privados 40
Estudios de radiodifusoras 100 Corredores públicos 80
Pasarelas de servicio 30 Viviendas, para una o dos familias:
Corredores: Primer piso 40
Lugares de reunión pública, vestíbulos Desvanes para bodega 80
de primer piso 100 Desvanes no habitables 20
Otros pisos iguales en uso, excepto como Pisos superiores, desvanes habitables 30
se indica en otra parte de esta tabla Escuelas:
Escapes contra incendios: Salones de clase 40
Vivienda multifamiliar 40 Corredores 80
Otros 100 Taller y equipo ligero 60
Garages: Escaleras y salidas 100
Auto de pasajeros 50 Pasamanos, empuje vertical y horizontal,
Camiones y autobuses, utilizar cargas de carril de la lbs/pie lineal 50
AASHTO Almacenes:
Hospitales: Pesados 250
Quirófanos, laboratorios, zonas de servicio 60 Ligeros 125
Cuartos de pacientes, salas, zonas para personal 40 Tiendas:
Cocinas que no sean domésticas 150 Detallistas:
Labotarorios científicos 100 Sótano y primer piso 100
Bibliotecas: Pisos altos 75
Corredores arriba del primer piso 80 Mayoreo: 100
Salas de lectura 60 Cuartos de equipo telefónico 80
Bodegas, libros y estantería a 65 lb/pie³ Teatros:
por lo menos 150 Pasillos, corredores, vestibulos 100
Lugares de manufactura y reparación: Vestidores 40
Pesada 250 Salas de proyección 100
Ligera 125 Escenarios 150
Marquesinas 75 Baños 40
Forenses 125 Fuente: Merrit, Loftin, y Rickets, 2001
CARGAS DE VIENTO Y CARGAS SÍSMICAS
Las cargas de viento y las cargas sísmicas se deben de considerar, no sólo en el
diseño de estructuras de acero, sino también en estructuras de cualquier otro material,
ya que el territorio Guatemalteco está expuesto a éstas dos cargas constantemente
(Guatemala es un país altamente sísmico). Estas cargas se obtienen de las normas
del AGIES (Asociación Guatemalteca de Ingeniería Estructural y Sísmica) por una parte
y del código UBC (Uniform Building Code), ya que dentro de estas normas están los
parámetros más utilizados y cómo se deben de tomar en cuenta estas cargas en el
diseño de estructuras.
Un diseño correcto por viento o sismo depende de la atención que se preste a los
detalles de las conexiones. Es una buena práctica proporcionar tanta ductilidad a las
conexiones como sea factible, de manera que los conectores no resulten sobre
esforzados; en el diseño por factores de carga y resistencia, los factores de carga son
aplicados para ajustar los efectos de viento y sismo (Merrit, Loftin y Ricketts, 2001).
RESISTENCIA A LA FATIGA DE LOS COMPONENTES ESTRUCTURALES
En las especificaciones AISC, AASHTO y AWS, no se requiere que se revise la
fatiga en los elementos de los miembros, donde los esfuerzos calculados están siempre
a compresión.
En el diseño de un miembro estructural para resistir la fatiga, debe revisarse cada
detalle de las condiciones de esfuerzo en ese sitio. Cuando no puede evitarse un
detalle riguroso, a menudo resulta ventajoso localizarse en una región en donde la
clase de esfuerzos es baja, para que el miembro pueda soportar el número de ciclos
deseado. Las estructuras que están sujetas a fatiga son, por ejemplo, los muelles, los
puentes, etc.
Se han llevado a cabo también estudios para determinar el efecto del
intemperismo en aceros desnudos sobre la resistencia a la fatiga. La
información disponible indica que si bien la superficie más rugosa del acero
intemperizado tiende a reducir la resistencia a la fatiga, los rangos del
esfuerzo permisible pueden usarse para el acero desnudo porque los efectos de
los detalles estructurales dominan sobre
los efectos del intemperismo (Merrit, Loftin, y Ricketts, 2001).
CÓDIGOS DE DISEÑO ESTRUCTURAL
La Asociación Guatemalteca de Ingeniería Estructural y Sísmica (AGIES),
considerando la urgente necesidad de que en el país se utilicen normas estructurales
consistentes con las condiciones locales, que provean a las diferentes construcciones
con el nivel de protección necesario, y tomando en cuenta que estas pueden constituir
un aporte importante al bienestar y seguridad de los guatemaltecos, se permite
recomendar las normas del AGIES y su utilización a todos los profesionales del diseño
estructural y la construcción; en Guatemala existen normas propuestas para el diseño y
construcción de obras civiles, como lo son las de COGUANOR (Comisión
Guatemalteca de Normas) y las normas del Fondo de Hipotecas Aseguradas (FHA).
En la siguiente lista hay varios códigos de diseño y/o especificaciones, en los
cuales los diseñadores estructurales se deben basar y se hará mención de alguno de
ellos más adelante; indicados en Bowles (1995)
NATIONAL BUILDING CODE, (Código Nacional de Edificios) publicado por la
American Insurance Association, 85 Jonh Street, New York, N. Y. 10038
UNIFORM BUILDING CODE, (Código de Uniformidad en Edificios) del
International Conference of Building Officials, Calif. 90601
BASIC BUILDING CODE, (Código Básico de Edificios) Chicago Illinois, 60637
AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION (AISC), Instituto
Americano de Construcción en Acero Park Avenue, N.Y. 10017
AMERICAN IRON AND STEEL INSTITUTE (AISI), (Instituto Americano de Hierro
y Acero) publica varias especificaciones para el uso de los productos de hierro y acero.
AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION
OFFICIALS (AASHTO), (Asociación Americana de Carreteras Estatales y Oficiales de
Transporte), esta asociación publica especificaciones sobre caminos y carreteras.
AMERICAN RAILWAY ENGINEERING ASSOCIATION (AREA), (Asociación
Americana de Ingeniería Ferrocarrilera) especifica normas para el diseño de
ferrocarriles.
AMERICAN WELDING SOCIETY (AWS), (Sociedad Americana de Soldaduras)
Normas relacionadas con la unión de elementos por medio de soldadura.
STEEL STRUCTURES PAINTING COUNCIL (SSPC), (Consejo de Pinturas para
Acero Estructural), publica las especificaciones que comprenden métodos prácticos y
económicos para preparar superficies y pintura para las estructuras de acero.
AMERICAN NATIONAL STANDARDS INSTITUTE (ANSI), (Instituto Nacional
Americano de Estándares), Dedicado al desarrollo de normas para el comercio y
comunicaciones.
MÉTODO CONSTRUCTIVO
Como todo proyecto de construcción el método constructivo que se utiliza en
campo para edificar una estructura de acero, inicia desde la necesidad del proyecto de
construcción según la capacidad del cliente; ya que en base a estas necesidades se
podrá realizar un diseño y desarrollo del mismo.
Luego de la factibilidad del proyecto se tienen los rubros que contiene el proyecto
a desarrollarse, pagos, tiempo de ejecución, entrega del proyecto, etc.
Posteriormente se hace el diseño estructural y el desarrollo de planos, en base a
las medidas del terreno y teniendo ya a la mano la topografía del mismo. Dentro de la
planificación se tienen las órdenes de trabajo que incluyen armaduras, estructuras
metálicas y paredes entre otros; también está incluida la programación de materiales,
con esto se pretende agilizar el proceso de fabricación y armado de los elementos de
acero según el tiempo estimado.
TABLA 1-4 PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO
PLANIFICACIÓN DISEÑO EJECUCIÓN MANTENIMIENTO
-Estudio de mercado
-Factibilidad
-Optimización de los
recursos:
-Materiales,
-Mano de obra,
-Uniones, montaje.
-Planificación
-Organización
Tiempo-Costo
-Control de materiales
-Supervisión
-Preventivo
-De reparación
FABRICACIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS
Los elementos de acero estructural, columnas, vigas, gradas, joist, etc. se fabrican
en plantas ó se mandan a pedir perfiles de molino a otros países como Alemania,
Japón, Estados Unidos ó Brasil; sin embargo, por el tiempo que se puedan tardar los
envíos de materiales, es preferible armarlos en Guatemala. Por cuestiones de costo, es
más barato pedir los materiales a los países anteriormente mencionados que
conseguirlos en el país, ya que en ocasiones no se cuenta con los grados de acero que
se necesitan y también por los peraltes que se puedan necesitar, el tiempo de envío de
estos materiales varia entre dos y tres semanas. La calidad con que se arman los
perfiles de acero estructural en Guatemala, cumple con los estándares establecidos a
nivel internacional (las normas recomendadas como las del AGIES, únicamente
aportan como objetivo, proveer un mínimo de calidad estructural); ya que para su
diseño y ensamblaje, los ingenieros se basan y siguen especificaciones técnicas ya
establecidas en países como Estados Unidos (Como el de esfuerzos permisibles,
“Allowable Stress Design and Plastic Design”, ASD y el método de factores de carga y
resistencia, “Load and Resistance Factor Design Specification for Structural Steel for
Building”, LRFD del código AISC),
Alemania, Japón y Suecia entre otros,
que son los que se rigen con códigos
de diseño muy estrictos, además, los
materiales utilizados son de muy
buena calidad, esto se afirma ya que
cuentan con certificaciones que
aseguran su calidad.
Cuando se tienen los materiales
simultáneamente se realizan los
planos de taller, estos planos
muestran el detalle de cada elemento,
listado de materiales con
dimensiones, soldaduras, cortes,
perforaciones, estos planos contienen
todos los detalles muy bien
especificados de cada elemento
estructural, ya que con estos planos
Figura # 6. Arriba, cada pieza que conformará un elemento estructural como una columna o una viga, se identifica con un número de ítem, (abajo) al unir los ítems y formar el elemento estructural estos se codifican según planos de montaje (C1, V1, u otros).
se armará cada uno de los elementos que constituirán la estructura final (Ver anexo No.
3 y No. 4, Plano general de estructura de acero y plano de taller).
Cada pieza que conformará una columna o una viga se nombra con un número de
ítem. Una columna, por ejemplo, está formada por varios ítems como el alma, patines,
atiesadores y platinas para unirse a otros elementos en campo; el alma del elemento
estructural podría ser el ítem número uno, los patines el ítem número dos y tres, y así
se identifica cada pieza que formará el elemento final, este proceso se conoce como
armado de elementos; al tener todos los ítems integrados y formando una sola pieza
(los ítems se unen por medio de soldadura), esta pieza se codifica según su ubicación
en campo y según los planos de montaje. (C1=Columna 1, V1=Viga 1, por ejemplo) y
se envían al lugar donde se construye la obra para que se puedan ensamblar cada uno
de los elementos.
Al armar los perfiles de acero estructural en fábricas especializadas
para este trabajo, se tiene un proceso en línea el cual se sigue de la siguiente
manera: 1. Almacenamiento de materiales
debidamente identificados, se
recomienda que el almacenamiento
de la materia prima sea en un lugar
cerrado para evitar la intemperie.
2. Armado de piezas, según
números de ítem y planos de taller.
3. Colocación de placas, estas
placas se miden por lo general en
milímetros, para que cuando se
unan a otros elementos de acero
sea más preciso su acabado.
4. Remate o soldadura final, el
electrodo que se utiliza para unir
las piezas que formarán los
elementos estructurales se elige
según el perfil que se va a armar y
se basa en el código de referencia
D1.1/D1.1M 2004 del código AWS,
cuya revisión es realizada y
actualizada por la American
Welding Society (AWS) cada 2
años.
5. Limpieza, Sand Blast o sistema de
limpieza por chorros de arena
6. Pintura, por requisito se aplican
capas de pintura al perfil de 1.5 a
2.0 mils, el espesor de la pintura se
calibra con microtest
7. Producto terminado, este se
almacena mientras es transportado
hacia la obra y se protege con
madera y/o caucho para evitar
golpes innecesarios del elemento.
8. Transporte, el transporte depende
de la prioridad en el montaje según
la planificación y la necesidad del
cliente ó dueño, el transporte de las
piezas se realiza por medio de
plataformas; la plataforma se elige
según el peso del elemento a
transportar y se debe considerar el
largo y ancho de la misma. Para
trasportar un elemento de acero se
debe tomar en cuenta el acceso que
se tenga a la obra (Carreteras,
puentes, túneles, etc.), también la
maquinaria y equipo con que se
cuente para montarlo y
desmontarlo de la plataforma; esto
se hace con el fin de evitar
accidentes y como una medida de
seguridad tanto en el trayecto para
llegar a la obra como en la obra
misma.
MONTAJE DEL ACERO ESTRUCTURAL
Para realizar el montaje de una estructura de acero en campo es
necesario contar con una planificación y
prever cualquier contratiempo o imprevisto que
impida la ejecución de la
Figura # 7. Edificio conformado por marcos de acero en construcción.
misma, como retrasos en el envió de elementos estructurales, daños de los elementos en el transporte, clima entre
otros. Muchas veces el mismo fabricante de los perfiles de acero es el que se encarga de montarlos en campo.
El primer paso a seguir en el campo para edificar una estructura de acero es
realizar las excavaciones necesarias para poder armar y fundir las zapatas, teniendo en
cuenta la alineación entre ejes, distancia entre cimentación según planos y nivelaciones
de terreno. Posteriormente se debe colocar la columna de acero al cimiento; se debe
fundir monolíticamente a la zapata un pedestal o columna corta, para luego colocar una
placa de apoyo sobre el pedestal y con esto asentar la columna. El pedestal que
soportará a la columna debe de ir unos 5cms sobre el nivel de piso para no tener la
columna de acero en contacto con el suelo y con esto evitar corrosión. La placa de
apoyo es de acero y se une al pedestal de concreto por medio de pernos, que se
colocan cuando se está fundiendo el concreto, logrando así una fijación sólida entre el
pedestal y la placa de apoyo (ver figura # 8). Se muestra el esqueleto de acero para
armar el
pedestal y
los tornillos
de sujeción
de placas
de apoyo
en la figura
# 9.
NIVEL DE SUELO
ZAPATA
PEDESTAL
ACERO DE REFUERZO
PERFIL DE ACERO
ESQUELETO DE ACERO PARA PEDESTAL
PERNOS Y TUERCASDE ACERO
PLACA DE APOYO
Figura # 8. Esquema de unión entre placa de apoyo y pedestal de concreto, para asentar
columna de acero estructural.
Al tener montada la columna sobre la placa de apoyo, se debe de apuntalar la
misma para evitar inclinaciones y mantener el nivel vertical de ésta, se sigue con este
procedimiento en uno o dos ejes más; posteriormente se solda la columna a la placa de
apoyo.
Ya teniendo las columnas en su
lugar y haciendo énfasis en la
alineación entre ejes, se procede a
armar en el piso la tijera (la tijera son
las vigas de acero que soportaran el
techo), si es una bodega la que se
está construyendo no es necesario
utilizar grúa, simplemente con un
balancín y polipasto se colocan las
vigas en el lugar que indica el plano
de montaje y se levantan
manualmente, pero si es una
estructura más grande ya se hace
necesaria la ayuda de una grúa o
pluma según el tamaño. Con dos
soldadores, una grúa y uno o dos
ayudantes se puede realizar este
trabajo en campo. Normalmente, la
unión entre vigas se hace por medio
de pernos, los cuales se calibran con
un torquímetro previamente y se alinean para elevarlas y unirlas a las columnas ya
montadas. Ya teniendo la nave montada, columnas y vigas (ver figura # 5 a.), se
procede a montar las costaneras y tensores para evitar movimientos entre los marcos
que conforman la estructura, luego se verifican las medidas y arriostres entre marcos,
para asegurar que la estructura se ha montado según los planos de montaje; los
templetes son necesarios para enderezar costaneras muy largas y también evitan el
pandeo y volteo de las mismas, finalmente se colocan los muros de cerramiento que
pueden ser de lámina estructural, prefabricados o de block según sea el detalle en
planos; el procedimiento de montaje para una bodega y un edificio son similares,
aunque para montar los elementos estructurales de un edificio, domo o puente entre
otros, se necesita de grúas, equipo e ingenio para hacer más fácil la construcción y se
Figura # 9. Arriba, esqueleto de acero para armado de pedestal. Abajo, tornillos para unión entre pedestal y placa de apoyo.
debe tener en consideración la dimensión del proyecto y el uso que se le vaya a dar
después de construido.
El acero estructural se monta mediante dispositivos para elevación manual o
elevación mecánica.
El dispositivo manual más simple es la grúa de poste o pluma (Figura # 10). El
poste es comúnmente un madero sano, de fibras rectas, aunque también pueden
usarse postes metálicos; polipastos, garrucha, balancín. Las retenidas, hechas de
torones de acero, generalmente se disponen a un ángulo de 45o con el poste o menos.
La cuerda de elevación puede ser cable manila o de alambres. La capacidad de una
grúa de poste o pluma se determina por la resistencia de las retenidas, la cuerda de
elevación, el gancho del cabestrante que soporta la estructura y el poste mismo.
Existen varios tipos de plumas, como la de marco en A y la holandesa. Una grúa
de brazos rígidos consta de una pluma, un mástil vertical y dos riostras o brazos rígidos
inclinados. Está provista de un cabestrante especial, equipada con dos tambores de
izar que proveen cables separados para la carga y para la pluma. Por ejemplo,
después que se completa la armadura estructural de un edificio alto, puede instalarse
esta grúa en el techo para elevar el material del edificio, equipo mecánico, etc., a los
diversos niveles.
Las grúas de retenidas tienen ventajas para erigir edificios de varios niveles y
otros de menor número. El brazo sirve temporalmente como una pluma para elevar el
mástil a niveles superiores.
Una pluma de Chicago es un dispositivo para elevación que usa la estructura que
se erige como un medio de soportar la pluma.
Las grúas son equipos mecánicos de montaje que constan principalmente de una
cabina rotatoria con un contrapeso y una pluma móvil (Ver Figura # 11).
Caballete de montaje. Marco en A ó grúa de tijera. Holandesa.
Figura # 10. Dispositivos para elevación manual de elementos de acero estructural.
Grúa de brazo rígido. Grúa de retenidas.
Pluma Chicago.
Grúa de camión.
Grúa de torre ó giratoria.
Variación de la grúa de torre.
Figura # 11. Distintos tipos de grúas.
La grúa de torre tiene ventajas importantes (Figura # 12). La estación de control se
puede colocar en la grúa o en un lugar distante que hace posible que el operador vea
siempre la carga. Del mismo modo, el equipo se puede utilizar para colocar concreto
directamente en las formas para pisos y techos, eliminando rampas, tolvas y carretillas.
En una conexión estructural, la distancia total de fuera de los ángulos de ensamble de
una viga es comúnmente 1/8 pulg. más corta que la distancia de cara a cara entre las
columnas u otros miembros a los que se conectará la viga. Una vez que la viga está en
su lugar, es fácil, si es necesario, doblar las alas sobresalientes del ángulo para
completar la conexión.
El caso común que también debe
cuidarse es el armado de una
viga dentro de las almas de
columnas. El método usual es
colocar la viga en el “seno” de la
Figura # 12. Grúa o pluma de torre para movimiento de perfiles de acero en obra.
columna inclinándola en el alma de la misma. Por supuesto, debe librar cualquier
obstáculo de arriba.
No hay reglas que cubran las tolerancias para extremos maquinados de columnas.
Rara vez es posible lograr apoyo estrecho por toda la sección transversal, y hay poca
razón para tal requerimiento. Ya que la columna recibe su carga, porciones del área de
apoyo pueden posiblemente, volverse plásticas, lo cual tiende a redistribuir los
esfuerzos. Dentro de los límites prácticos, no hay merma en la capacidad para soportar
carga.
ARRIOSTRAMIENTO
Comúnmente es necesario proveer arriostramiento para los miembros principales
o los miembros secundarios en la mayor parte de los edificios y puentes.
Hay dos clasificaciones generales de arriostramiento para la construcción de
edificios: arriostramiento lateral para cargas laterales y arriostramiento lateral para
aumentar la capacidad de vigas y columnas individualmente.
Los edificios de poca o de mucha altura requieren arriostramiento para proveer
estabilidad a la estructura y para resistir cargas laterales por fuerzas de viento o
sísmicas. Este arriostramiento puede tomar la forma de miembros diagonales o de
arriostramiento en X, acartelamientos, conexiones para momentos y muros de corte.
El arriostramiento en X es quizá el método más eficaz y económico de
arriostramiento. Sin embargo, los ventanales o consideraciones arquitectónicas a
menudo lo excluyen. Esto es cierto sobre todo para estructuras muy altas.
Las conexiones para momentos se usan frecuentemente en edificios de
mucha altura. Pueden ser con soldaduras, remaches o pernos, o puede usarse una combinación de soldaduras y pernos. Las conexiones de placa de
extremo, con soldadura de taller y
sujeción de pernos en el campo, son una alternativa económica (Merrit, Loftin
y Ricketts, 2001).
USO DE PERNOS Y SOLDADURA
El uso de pernos en campo es ventajoso comparado con la soldadura, aunque la
soldadura se hace necesaria en las plantas donde se fabrican elementos de acero; esto
se debe a que los pernos ahorran tiempo en el montaje de una estructura, siempre y
cuando se cuente con el equipo necesario para su uso, como lo son torquímetro y
llaves; el torquímetro se calibra según la presión que se le debe dar al perno o tornillo
al instalarlo, el torque (torque = fuerza por distancia) está en función del diámetro del
tornillo. El uso de pernos tiene un costo más bajo comparado con la soldadura, ya que
con dos personas se pueden realizar uniones de elementos pernada, aunque el
personal dependerá de la magnitud de la estructura (bodega, edificio, puente, etc.).
Además, cuando se usa soldadura en campo, es necesario llevar combustible, para las
máquinas soldadoras, en algunos casos energía eléctrica, por lo que seria necesario
transportar una planta eléctrica y personal certificado para desarrollar el trabajo de
soldadura, elevando con esto el costo, según el Ingeniero Rony Bran (Aceros
Prefabricados S.A., APSA).
a. b. c. d. e. Figura # 13. Los marcos de los edificios pueden estar arriostrados de varias maneras, a. arriostramiento en X, b. arriostramiento en K, c. Arriostramiento en V invertida, d. Arriostramiento de rodilla y e. Conexiones rígidas.
En las plantas donde se elaboran
o fabrican elementos de acero,
se debe usar soldadura, el
personal debe de estar
certificado por un ente soldador,
este ente está representado por
ingenieros que se encuentran en
las plantas de producción del
acero, (certificados por la
American Welding Society, AWS)
y le hacen pruebas a las
personas que se encargaran de
soldar los elementos de acero y se evalúan según el tipo de soldadura que se les pide
que realicen; se realizan pruebas de procedimientos de soldadura y se califican
soldadores.
La elección de un electrodo para soldar elementos de acero, se elige según el
perfil o los perfiles que se vayan a unir; se tiene la soldadura de arco metálico protegido
(SMAW en inglés), soldadura de arco sumergido (SAW en inglés), soldadura de arco
metálico y gas (GMAW en inglés) y la soldadura de arco con núcleo fundente (FCAW
en inglés) que son las más utilizadas en Guatemala, según el Ingeniero Enrique Soria
(SIE, Ltda.).
Los pernos de alta resistencia para conexiones tipo aplastamiento pueden en
general instalarse en la condición de apriete justo. Éste es el ajuste que existe cuando
todas las capas de la junta están en contacto firme y pueden obtenerse por unos
cuantos impactos de una llave ordinaria. El método de vuelta de una tuerca requiere
ajustar las partes que se van a unir y luego dar vuelta a la tuerca en una cantidad
especificada. La Especificación para Juntas de Acero Estructural que Usan Pernos
A325 o A490 (Specification for Structural Steel Joinst Using A325 or A490 Bolts),
especifica con detalle los procedimientos de apriete de pernos antes mencionados.
EFECTOS DE LA TEMPERATURA EN EL ACERO Y PROTECCIÓN
CONTRA INCENDIOS
Figura # 14. El uso de pernos en campo reduce costos comparado con la soldadura.
El acero no es un material inflamable; sin embargo, la resistencia depende en alto
grado de la temperatura, la resistencia tanto de fluencia como de tensión es alrededor
del 60 a 70 por ciento de la obtenida a la temperatura ambiente (alrededor de 21 oC).
La pérdida de resistencia es bastante notable a altas temperaturas, donde se ve que la
resistencia a 1600 o F (871oC) es sólo el 15% de la resistencia a la temperatura
ambiente. Las estructuras de acero que encierren materiales inflamables requerirán
protección contra incendios para controlar la temperatura del metal el tiempo suficiente
para que los ocupantes lleguen a un lugar seguro o para que el fuego consuma los
materiales combustibles o que se pueda apagar antes de que la bodega se desplome.
Se han establecido clasificaciones de protección contra incendios para los diversos
materiales y espesores que se pueden aplicar a un miembro estructural para controlar
la temperatura. Se incluyen productos a base de yeso, o concreto ligero que se puede
rociar sobre el miembro o tableros aislantes de fibra para proteger el acero. La
clasificación de incendios se basa en el número de horas que le toma al acero alcanzar
una temperatura promedio de 540 a 650oC para el espesor dado de material de
protección contra incendios, utilizando un procedimiento estándar de prueba según
viene dado por la ASTM E-119 (en la Parte 18). (Bowles,1995).
En el mercado existen revestimientos intumescentes como el “stofire”, el cual al
entrar en contacto con la llama reacciona hinchándose y formando un aislamiento
multicelular que impide la propagación del calor. Este desarrollo progresivo de la
intumescencia retarda la acción destructora del incendio sobre los elementos
constructivos.
La lucha contra el incendio, tanto en su fase de prevención como de protección,
(prevención son las medidas adoptadas para que no se produzca un incendio), se
puede llevar a cabo en dos formas: ACTIVA Y PASIVA.
PROTECCIÓN ACTIVA incluye aquellas situaciones que implican una acción
directa, en la utilización de instalaciones y medios para la protección y lucha contra los
incendios. Por ejemplo: La evacuación, la utilización de extintores, sistemas fijos, etc.
PROTECCIÓN PASIVA incluye aquellos métodos que deben su eficacia a estar
permanentemente presentes, pero sin implicar ninguna acción directa sobre el fuego.
Estos elementos pasivos actúan directamente sobre el fuego, pero pueden
compartimentar su desarrollo (muro), impedir la caída del edificio (recubrimiento de
estructuras metálicas) o permitir la evacuación o extinción por eliminación de humos
que las harían imposibles.
La protección estructural es la fase más importante en la lucha contra el fuego, si
bien es también la más olvidada por las dificultades de aplicación que conlleva y por los
condicionantes que introduce el diseño. En Guatemala la mayoría de las estructuras de
acero no están protegidas contra el fuego ya que por su funcionamiento esta protección
no se hace necesaria, aunque si se almacenan productos químicos que puedan
producir incendio se deben tomar las precauciones pertinentes. Las columnas se
pueden recubrir con una capa de yeso ligero, cedazo especial de una pulgada o ahogar
la estructura de acero en concreto; también existen pinturas intumescentes, morteros
de perlita yeso y encajonados de cerámica (esto se puede ver en el Hotel Grand Tikal
Futura). Aunque en Guatemala no se le da mucha importancia a la protección del acero
contra el fuego, las estructuras de acero requieren de una adecuada protección contra
el mismo, bien a través de pinturas intumescentes o de revestimientos como se
mencionó anteriormente.
Una estructura de acero, tras un incendio, rara vez cae al suelo, pero provoca, en
cambio, la ruina de todos los elementos constructivos que sobre ella “cuelgan”. Las
barras de acero se retuercen, se alargan y quedan inservibles. Con el calor, la
propiedad dúctil del acero se va perdiendo hasta volverse frágil. Por ejemplo, si se
toma una pieza de acero y se va doblando hacia arriba y hacia abajo constantemente,
el material se quema y se llega a romper. Lo que ocurre es que el material va
perdiendo elasticidad por el calor y se vuelve frágil.
PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN
La resistencia a la corrosión no tiene índice específico. Sin embargo, los
índices nominales relativos de
resistencia a la corrosión se basan en las pendientes de las curvas de pérdida por corrosión (reducción del espesor)
contra el tiempo. Por lo general, la referencia de comparación es la
resistencia a la corrosión del acero al carbono sin cobre. Algunos aceros
estructurales de alta resistencia son aleados con cobre y otros elementos,
para producir alta resistencia al deterioro atmosférico.
Todos los aceros requieren revestimiento para su protección contra la corrosión
atmosférica. El acero no se enmohece, excepto cuando se expone a atmósferas arriba
de una humedad crítica relativa como de 70%. La corrosión grave ocurre a la
temperatura normal sólo en presencia tanto de oxígeno como de agua, los cuales se
deben reabastecer continuamente. En un recipiente totalmente cerrado, la corrosión del
acero continuará sólo hasta que se agoten el oxígeno o el agua, o ambos.
Para seleccionar un sistema de pintura para evitar la corrosión, por tanto, es
necesario comenzar con la función de la estructura, su ambiente, métodos de
mantenimiento y
requerimientos de
apariencia. Por ejemplo, la
pintura del acero que estará
encerrado por un edificio
interior comúnmente no se
requiere. Por otra parte, un
puente expuesto a
Figura # 15. Aplicación con rodillo de pintura anticorrosiva, para evitar oxidación.
condiciones severas del ambiente requiere un sistema de pintura diseñado
específicamente para ese propósito. (Merrit, Loftin y Ricketts, 2001).
El acero en contacto parcial con el concreto generalmente no se pinta. Esto Crea una
situación indeseable, pues el agua puede filtrarse por las hendiduras entre el acero y el
concreto, lo cual causará la corrosión.
El acero que está ahogado en concreto para refuerzo no se debe pintar. Si el concreto
se hace apropiadamente y de suficiente espesor sobre el metal, el acero no se
corroerá.
El acero no se debe cubrir con concreto que contenga cenizas, ya que la
condición ácida causa corrosión en el acero (Merrit, Loftin y Ricketts, 2001).
Tradicionalmente el acero ha estado protegido de la corrosión mediante la
interposición de una barrera aislante, de origen orgánico (esmaltes) o inorgánicos
(materiales cerámicos), para evitar el contacto del metal con el medio abrasivo.
Tratamientos posteriores se han basado en recubrimientos metálicos, estos
recubrimientos metálicos del acero se pueden clasificar en dos familias, según el metal
utilizado como protección:
1. Recubrimiento con un metal más noble que el acero (plomo, estaño, cobre,
cromo o níquel). En este caso, si el recubrimiento presenta discontinuidades
por defecto de aplicación o de deterioro mecánico y la pieza se encuentra en
un ambiente húmedo, se inicia la corrosión. La corrosión, entonces, empieza
por debajo del recubrimiento, en el acero, y cuando se hace evidente al
exterior, el proceso ya se ha extendido en el interior.
2. Recubrimiento con metales menos nobles que el acero (zinc, Cadmio,
aluminio). Se dan las mismas condiciones que en el caso anterior, pero si
empieza la corrosión se detecta más superficial.
Si el recubrimiento no presenta discontinuidades, el acero está más protegido
cuanto más noble es el metal.
MANTENIMIENTO Y CUIDADO DE UNA ESTRUCTURA DE ACERO
Según el Ingeniero Mario Chavaría (Ingeniería y Consultoría, S.A.,
INGECONSA), sí es necesario proteger una estructura de acero contra la corrosión; desafortunadamente la protección que se le da al acero
únicamente es antes de construirla, proceso que se debería de llevar a cabo también mientras esté funcionando la
edificación. En Guatemala antes de construir una estructura de acero (cuando los elementos están en la planta de producción), se le da el
mantenimiento preventivo contra la corrosión a los elementos estructurales, durante la construcción y mientras está
la estructura funcionando no existe prevención, ni se hacen inspecciones
para verificar si los elementos estructurales están bien o necesitan reparación; después de construida la estructura, si ésta está expuesta, es
necesario realizar inspecciones cada 5 o 10 años, según la calidad del acero y
dependiendo de la función de la
estructura, cosa que no se realiza en Guatemala,
la
responsabilidad recae en el dueño ó dueños del proyecto.
LIMPIEZA Y PINTURA
La “Specification for Structural Steel Buildings” del AISC señala que, en general,
el trabajo en acero que va a ir tapado dentro de la construcción no necesita pintarse y
que el acero embebido en el concreto no debe pintarse, como se ha venido
mencionando. La inspección de viejas construcciones, a nivel latinoamericano, ha
revelado que el acero resiste la corrosión casi de manera igual, bien sea que esté
pintado o no.
Cuando se requiere pintura, se aplica en taller un recubrimiento que sirve como
base para subsiguientes capas de recubrimiento aplicadas en la obra. El primero está
destinado a proteger el acero sólo durante un periodo corto de exposición y se conoce,
en el medio como “primer” y se aplican 2 mils (las capas de pintura anticorrosiva se
miden en milésimas); como se mencionó la primer capa se aplica en planta, luego se
aplican dos manos de pintura que es la aplicación intermedia y por último, en campo,
se aplica esmalte de aceite según el color que deseé el cliente. La capa intermedia se
Figura # 16. Ingeniero experto en mantenimiento de estructuras de acero, revisando torre principal de un puente.
puede aplican antes de transportar los perfiles de acero a la obra o bien al llegar a la
misma, comentó el Ingeniero Ángel González (Aceros Prefabricados, S.A., APSA).
El acero que va a pintarse debe limpiarse por completo de cualquier cascarilla de
laminación y óxidos sueltos, de suciedad y otras materias extrañas. A menos que el
fabricante hubiese sido instruido en contrario, la limpieza del acero estructural se hace
comúnmente con un cepillo de alambre.
El tratamiento del acero estructural expuesto con fines arquitectónicos difiere un
poco del tratamiento de acero en situaciones no expuestas. Ya que la preparación de la
superficie es el factor más importante de los que afectan el comportamiento de la
pintura en las superficies de acero estructural, es común que se especifique limpieza
con chorro de arena a presión, para el acero que va a ser expuesto, como medio para
eliminar toda la cascarilla de laminación.
La cascarilla de laminación que se forma sobre el acero estructural después de
laminado en caliente, protege el acero de la corrosión pero sólo mientras esta cascarilla
permanezca intacta y adherida firmemente al acero, según el Ingeniero Enrique Soria.
Sin embargo, la cascarilla de laminación raras veces se encuentra intacta en el acero
fabricado en razón del deterioro causado por la intemperie durante el almacenamiento
y embarque y por el aflojamiento causado por las operaciones de fabricación.
PREPARACIÓN DE SUPERFICIES
El éxito de un trabajo de pintado depende tanto o más de la preparación previa de
las superficies que el sistema seleccionado. El resultado óptimo que puede
proporcionar la pintura, tanto en calidad cromática como en comportamiento y
longevidad de la película seca, está íntimamente ligado al estado general del substrato
y a los trabajos de acondicionamiento que se realicen sobre el mismo.
En el acero se trata de prevenir la corrosión, por lo que en la preparación de
superficies se debe considerar seriamente el entorno medioambiental. En general,
deberá eliminarse cualquier vestigio de óxido, suciedad y contaminación de las
superficies, procediéndose a recubrir las mismas inmediatamente con una imprimación
compatible con las pinturas de acabado seleccionadas (acrílicas, alcídicas, epoxídicas,
poliuretano, etc.) y con el soporte (hierro, acero, aluminio).
Las pinturas de acabado acrílicas, son pinturas de alta calidad sobre diferentes
sustratos, para zonas que no estén en inmersión permanente (contacto directo del
acero con el mar o el suelo); esta pintura es resistente a condiciones climáticas
severas, posee una máxima retención de brillo y color, además posee una elevada
resistencia química y mecánica y es repintable. El espesor de este tipo de pintura
recomendado es de hasta 30 micras, su rendimiento teórico es de 16.70 m2/lt. El
tiempo de secado al tacto es de 4 horas y cuando es una capa de repintado la que se
aplica el tiempo mínimo es de 24 horas. La limitación de la pintura de acabado acrílica
es que no curará adecuadamente a menos de 5oC. Para la perfecta formación y
reticulación de la película, la temperatura debe ser, al menos, de 10oC y la humedad
relativa inferior al 65%; se recomienda su aplicación con pistola sin aire, pistola
convencional y con brocha o rodillo sólo en áreas pequeñas.
Las pinturas alcídicas pertenecen a la subfamilia de imprimaciones anticorrosivas,
esta pintura es sintética de secado rápido a base de resina alcídica en disolventes
aromáticos y óxido de hierro micaceo (que es un derivado mineral brillante del grupo de
los silicatos), con muy buena adherencia, dureza y resistencia a la oxidación. El
aspecto es líquido y con acabado rugoso. Esta pintura une a su excelente protección
anticorrosiva un acabado estético, rugoso y con brillo metálico. De uso general en
imprimar todo tipo de objeto de acero donde se requiera una gran calidad, adherencia y
resistencia a la oxidación. Se emplea en trabajos industriales en general, cerrajerías,
farolas, etc. Se puede emplear como pintura de acabado. Debe aplicarse con la debida
ventilación, y si se aplica con pistola, es recomendable usar mascarilla.
La pintura epoxídica posee extraordinaria dureza y resistencia química y
mecánica, recomendable para aplicación en zonas no sumergidas, sobre superficies
tanto metálicas como de cemento, su rendimiento teórico es de 10 a 12 m2/lt. El tiempo
de secado al tacto es de 3 horas (20oC y 65% de humedad relativa) y al repintar su
tiempo de secado es de 8 horas. Las limitaciones son que esta pintura no curará
adecuadamente a temperaturas inferiores a 5oC; es esencial respetar
escrupulosamente la proporción de mezcla que es de 7:3 en volumen y la exposición
prolongada a la intemperie produce caleo de la superficie, y no se recomienda aplicarla
con pistola convencional.
La pintura de acabado de poliuretano es resistente a condiciones climáticas
severas, máxima retención de brillo y color y elevada resistencia química y mecánica,
su tiempo de secado al tacto es de 4 horas, al aplicar capas de repintado este tiempo
va de 8 a 24 horas y su curado total llega a los 7 días de aplicada. El rendimiento
teórico de la pintura de poliuretano es de 10 a 12.5m2/lt. y sólo se recomienda su
aplicación con pistola sin aire o convencional.
El esmalte marino industrial posee excelente resistencia a la corrosión.
Alta resistencia y gran durabilidad, gran poder cubriente y es de uso industrial, su
tipo de acabado es semi brillante.
Los usos típicos del esmalte marino industrial van desde el recubrimiento exterior
de tanques, tuberías, acero estructural, señalización y superficies de metal en general.
Las condiciones de servicio son: la temperatura límite de servicio es de 90oC. El
color puede cambiar dependiendo de
la pigmentación, pero el film
permanece intacto. No puede
utilizarse en inmersión.
Su almacenamiento debe ser en un
lugar fresco y cubierto a temperatura
no menor de 5oC, ni mayor a 38oC. El
tiempo de secado al tacto de esta
pintura es de 30 minutos; su dilución y
limpieza debe realizarse con solvente
mineral, su tipo de curado es
oxidación.
El limpiador para metales
(desoxidante) se usa para limpiar
hierro o acero, se aplica con una
brocha sobre la pieza o elemento
estructural y se deja unos minutos,
para que la solución actúe, luego se
frota con una esponja o cepillo hasta
Figura # 17. Arriba, proceso de limpieza de perfil de acero por sistema de chorro de arena. Abajo, estructura de acero blanco, al salir de chorro de arena o sand blasting.
desprender el óxido y después se enjuaga bien la superficie con abundante agua, se
seca con un trapo, papel o franela limpia. Se recomienda para limpiar acero, hierro y
también capas sueltas de óxido pobremente adherido. Las ventajas de este limpiador
son que es altamente efectivo para remover herrumbre; pasiva la superficie,
previniendo por un período prudente, promueve el anclaje, lo que facilita la aplicación
de primario o “primer”.
Es de suma importancia observar escrupulosamente los intervalos de repintado de
los elementos, pues de ello dependerán el resultado final del sistema y la adherencia
de las capas de acabado.
TRATAMIENTO INICIAL DE SUPERFICIE PARA PLANCHAS DE ACERO
1. Los restos de aceites o grasas deben eliminarse frotando la superficie con
trapos limpios empapados en disolvente, como recomienda la norma SSPC-Sp-1-63:
Solvent Cleaning (limpieza con disolventes). Los restos firmemente adheridos a la
chapa se lijarán y limpiarán posteriormente con disolvente.
2. Las sales corrosivas, tales como cloratos, sulfatos, etc., se chorrearán con
agua limpia, eliminándose después los restos de agua y/o humedad frotando la chapa
con trapos secos o con aire caliente.
3. Todo resto de calamina, óxido, marca de pintado o partícula extraña debe
eliminarse mediante granallado o chorro de arena (Sand Blast) hasta alcanzar el grado
Sa 2’5 de la norma sueca SIS 05 5900, según recomienda la norma SSPC-SP-10-63t:
Near-White Blast Cleaning. (limpieza mediante chorro hasta metal casi blanco) o
cualquier otro sistema de limpieza de grado superior. Cuando se limpia el metal con
chorro de arena en obra nueva y en condiciones perfectamente controladas, puede
aceptarse un grado Sa 2 en lugar de un Sa 2’5, como se acaba de sugerir.
Antes de aplicar cualquier shopprimer deben eliminarse de la superficie
cualquier residuo de arena, polvo u otros contaminantes, bien sea mediante aspiración,
mediante chorro de aire a presión, etc.
TRATAMIENTO DE SUPERFICIE PARA ACERO ELABORADO Y APLICACIÓN DE
PARCHEOS
Las zonas defectuosas, con daños y óxido o restos de soldadura, marcas de
mediciones, etc., deben sanearse mediante chorreado o herramienta mecánica (cepillo
de alambre). Como paso previo a la aplicación de la pintura, puede ser necesario
limpiar la superficie lavando o desengrasando. Para ello, se deben observar los pasos
que a continuación se detallan:
1. Elimínense las sales corrosivas, caleos, aceites y cualquier otro
contaminante o partícula extraña mediante cepillado con fibra rígida, cepillo
de alambre, o una combinación de ambos.
2. Los restos de aceite o grasa eliminarse con disolvente.
3. Utilícese una herramienta mecánica para limpiar el óxido y las capas de
pintura envejecidas o dañadas en aquellas zonas expuestas a trabajos con
calor, hasta alcanzar el estándar St SIS 05 5900 de la norma sueca, tal como
recomienda la norma SSPC SP 3-63: Power Tool Cleaning (limpieza
mediante herramienta mecánica). Cuando se emplean herramientas
mecánicas para limpieza, deben elegirse con arena o granalla. Si la película
seca de los shopprimer ricos en zinc adquiere un color blanquecino debido al
calor, han de eliminarse los restos de las sales de zinc mediante cepillado
con fibra rígida o cepillo de alambre.
4. Usese una herramienta mecánica o chorro localizado para hacer
desaparecer todo resto de soldadura, óxido y pinturas dañadas a causa de la
soldadura. En este caso no será suficiente con una limpieza manual, como el
cepillado o el lijado.
5. Elimínense los restos de arena, polvo y cualquier otro contaminante mediante
aspiración.
Las cuatro siguientes normativas son las más conocidas y más comúnmente
aplicadas en la práctica:
1. NACE: NATIONAL ASSOCIATION CORROSION ENGINIERS (Norma
Americana)
2. SSPC: STEEL STRUCTURES PAINTING COUNCIL (Norma Americana)
3. SIS 055900: SWEDISH STANDARDS INTITUTION (Norma Sueca)
4. BS 4232: BRITISH STANDARDS INSTITUTION (Norma Británica)
TABLA 1-5 NORMAS COMUNES PARA PINTURAS DE ACERO ESTRUCTURAL
SSPC Standard Descripción Equivalencia
SP1 Limpieza con disolvente
Eliminación de aceite, grasa, sales y cualquier contaminante mediante limpieza con disolvente, vapor, álcalis, emulsión o aire a presión
SP2 Limpieza manual
Eliminación de restos de óxido, calamina o restos de pintura hasta el grado especificado, mediante cepillado, lijado o decapado.
SIS St2
SP3 Limpieza con herramienta mecánica
Igual que en el epígrafe anterior, pero a través de cepillado, lijado, descalaminado o pulverizado con herramienta mecánica.
SIS St3
SP5 Limpieza
hasta metal blanco
Eliminación de todo resto visible de óxido, calamina, pintura y partículas extrañas mediante chorro con disco o inyector (seco o húmedo) de arena o granalla.
NACE 1 SIS Sa3 BS 4232
(primera calidad)
SP6
Limpieza mediante
chorro comercial
Limpieza mediante chorro hasta que al menos dos terceras partes de la superficie quede libre de restos visibles.
NACE 3 SIS Sa2
BS 4232 (tercera calidad)
SP7 Chorro local
Chorro aplicado a cualquier zona excepto donde existan residuos de calamina, Limpieza mediante chorro hasta que al menos dos terceras partes de la superficie quede libre de restos visibles de oxido o pintura fuertemente adheridos al sustrato, inclusive marcas numéricas y puntos aislados de metal blanco.
SIS Sa1
SP8 Limpieza química
Eliminación total de óxido y calamina mediante agentes químicos.
SP10 Chorro hasta
metal casi blanco
Chorro hasta un grado de limpieza próximo al metal blanco, es decir, hasta que al menos un 95% de la superficie quede libre de restos visibles.
NACE 2 SIS Sa 2½
BS 4232 (segunda calidad)
Fuente: Steel Structures Painting Council (2004).
VENTAJAS DEL ACERO ESTRUCTURAL SOBRE OTROS MATERIALES
Según el comentario de ingenieros como Enrique Soria, Rony Bran y Gonzalo
Arriaga entre otros, se determinaron varias ventajas del uso del acero estructural sobre
otros materiales de construcción como lo es el concreto, por ejemplo.
1. Con el acero estructural se pueden cubrir grandes luces (distancia entre dos
apoyos) y soportar cargas a lo largo de las vigas de acero.
2. Una estructura de acero es más liviana que una de concreto, lo que facilita el
montaje de elementos en la obra.
3. El acero puede parecer más caro económicamente que el concreto, sin
embargo, el acero resulta más barato ya que si se eleva el costo en un
proyecto con estructura de acero, este costo se reduce en el tiempo de
ejecución.
4. El acero es más fácil de montar en obra que el concreto, ya que no requiere
de formaletas ni esperar a que seque o fragüe; en un proyecto con estructura
de acero, con las mismas dimensiones que otro donde se utilice concreto, se
puede reducir hasta un mes en el tiempo de ejecución y esto representa
ahorro en la inversión.
5. Arquitectónicamente, el acero permite hacer obras que pudieran no ser
factibles de trabajar con concreto, madera u otro material que se use para
construcción.
6. En el acero se pueden detectar deflexiones o pandeos y realizar
reparaciones inmediatas a los elementos estructurales, para que sigan
cumpliendo su función de soportar cargas, mientras que en el concreto si se
presentan grietas visibles pude ser que no se puedan realizar reparaciones
inmediatas y llegar a ocurrir un daño considerable que haga colapsar la
estructura.
7. El acero permite construir ampliaciones futuras sin mayores complicaciones
en la obra, como refuerzo, rediseño y romper elementos, como en el caso del
concreto, lo cual debilita la estructura al realizar estos trabajos.
8. El acero se puede pintar y dar una protección al material, mientras que en la
mayoría de obras de concreto este no se pinta.
MARCO DOS
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Actualmente el tema investigado y analizado ha sido poco estudiado, ya que de
alguna u otra manera, el acero representa un gasto considerable en lo que a
construcción se refiere; y se puede observar en la presupuestación de un proyecto de
obra civil.
Para poder hacer un diseño, que cumpla con las especificaciones de resistencia,
mantenimiento y montaje de elementos de acero en un proyecto, es necesario
acoplarse a normas y reglas que ya estén establecidas, y ese es un punto importante
así como el método constructivo a emplear; ya que como es de conocimiento común,
en Guatemala no existen códigos que especifiquen normas relacionadas al uso del
acero; por esa razón se debe de ir de la mano con códigos de talla internacional como
lo son las normas del código del AISC, y apoyándose en algunos renglones contenidos
en el AGIES (Asociación Guatemalteca de Ingenieros Estructurales y Sísmicos), que es
el único documento que existe en Guatemala en el que nos podemos guiar para hacer
un diseño efectivo en el aspecto sísmico y estructural.
Así como hay dificultades para trabajar con el acero, como son la disponibilidad de
perfiles, las dimensiones de los elementos, su peso, su transporte hacia la obra, etc.;
ya sea por la parte de diseño o construcción, también se tienen muchas soluciones al
hacer uso de este material, ya que podemos solucionar problemas de grandes luces
entre apoyos, sin tener problemas con peraltes demasiado grandes como sucede con
el concreto estructural.
Como Guatemala es un país que se encuentra en una zona volcánica, está
expuesto constantemente a sismos y terremotos, y esto debe de servir para que los
diseños y métodos de construcción sean ética y profesionalmente pensados para
resistir sismos, proteger a los usuarios y mantener a la estructura de pie ante cualquier
eventualidad de desastre.
Los ataques hechos en contra de los EE.UU. el 11 de septiembre del año 2001,
fueron a edificios cuya estructura era básicamente de acero, y jamás se pensó que
habría un ataque de este tipo, ya que fue el calor del combustible el que acabo con tan
renombrada estructura como las torres gemelas del World Trade Center. El calor afecta
tanto a una estructura de gran altura como a una de menor, ya que el acero tiene su
punto de fluencia a ciertos grados de temperatura.
En el ámbito de la construcción, a nivel nacional e internacional, existen perfiles de
acero que facilitan la construcción de un proyecto; además, se hace más efectiva la
instalación y montaje de los mismos, si se cuenta con la maquinaria necesaria. Lo
recomendable es construir con perfiles rolados y no con perfiles hechizos de mala
calidad, ya que aunque se tengan las mismas características físicas, se pierden las
propiedades más importantes que son las de resistencia y por ende hacen que la
estructura no se comporte como se tenía previsto en el diseño, en Guatemala hay
empresas que se dedican a producir perfiles de acero de muy buena calidad; para
armar un perfil, con el que no se cuente en Guatemala, es necesario seguir
especificaciones para asegurar la calidad del mismo.
Un problema en el medio es que se hace un diseño estructural apartado de
factores que también afectan el proyecto cuando ya se tiene construido, estos factores
podrían ser: el clima, el tipo de suelo en el que se asentará la estructura, etc. y no se
piensa en algún tratamiento que se le deba de hacer al acero para que resista la
humedad y el ataque de agentes químicos entre otros.
Una estructura de acero podría considerarse fácil de construir, pero así como se
han mencionado beneficios en el uso de acero, también se tienen desventajas y éstas
son de carácter económico, ya que al construir una estructura de acero, se termina el
proyecto y no se le pone interés al mantenimiento que se le deba de dar a la misma, sin
saber a que agentes externos estará expuesta; y todos piensan que resulta un costo
adicional y elevado el darle mantenimiento que en realidad es necesario para alargar
el período de vida del proyecto, sin embargo si se inspeccionaran los elementos que
componen la estructura de manera periódica, sería quizá un costo mínimo comparado
con el costo de un colapso de la estructura por no darle el mantenimiento necesario.
La pregunta de investigación es: ¿Cuáles son los puntos específicos a
considerar en el proceso de construcción de una estructura de acero, y que
mantenimiento se le debe dar a la estructura después de construida?
2.1 OBJETIVOS
2.1.1 OBJETIVO GENERAL
Determinar los pasos a seguir, para realizar un método constructivo de una
estructura de acero efectivo, basándose en experiencias y comentarios de expertos
profesionales en el campo de la construcción a nivel nacional, así como la necesidad
de proteger una estructura de acero contra el fuego y la corrosión.
2.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1. Nombrar los pasos más importantes a seguir en la construcción de una
estructura de acero.
2. Dar a conocer las ventajas del uso del acero estructural sobre otros
materiales de construcción.
3. Indicar cual es la resistencia del acero al fuego y a la corrosión, así como
métodos existentes de protección.
2.2 HIPÓTESIS
Según Caballeros y Achaerandio (2002), por ser una investigación descriptiva en
la que no se manipularon variables, no se planteó una hipótesis.
2.3 VARIABLES
- ACERO ESTRUCTURAL - ECONÓMICO - FALLAS ESTRUCTURALES - FUEGO Y CORROSIÓN
2.4 DEFINICIÓN DE VARIABLES
2.4.1 DEFINICIÓN CONCEPTUAL ACERO ESTRUCTURAL
Los aceros de alta resistencia se utilizan en muchos proyectos de ingeniería civil.
Los nuevos aceros, por lo general, los introducen sus fabricantes con marca registrada;
pero un breve examen de sus composiciones, tratamiento térmico y propiedades suele
permitir relacionarlos con otros materiales ya existentes. (MERRIT, LOFTIN, y
RICKETTS, 2001).
ECONÓMICO
Poco costoso, relativo a la economía, ciencia que estudia la producción y
utilización de la riqueza. (Diccionario Larousse, 1994).
FALLAS ESTRUCTURALES
Las fallas estructurales pueden ser causadas por materiales de mala calidad,
errores de fabricación o montaje, o diseño defectuoso. (BRESLER, LIN, y SCALZI,
1970).
FUEGO Y CORROSIÓN
Fuego, luz y calor resultantes de la rápida combinación del oxígeno, o en algunos
casos de cloro gaseoso, con otros materiales. La luz se presenta en forma de llama, y
se compone de partículas resplandecientes del material en combustión y ciertos
productos gaseosos que se iluminan con el calor producido. La condición
imprescindible para que se dé el fuego es la presencia de una sustancia combustible, a
una temperatura suficientemente alta para provocar la combustión (llamada
temperatura de ignición), y la presencia de oxígeno (generalmente procedente del aire)
o cloro suficientes para mantener la combustión. (ENCICLOPEDIA MICROSOFT
ENCARTA, 2000).
Corrosión, desgaste total o parcial que disuelve o ablanda cualquier sustancia
por reacción química o electroquímica con el medio ambiente. El término corrosión se
aplica a la acción gradual de agentes naturales, como el aire o el agua salada sobre los
metales.
El ejemplo más familiar de corrosión es la oxidación del hierro, que consiste en
una compleja reacción química en la que el hierro se combina con oxígeno y agua para
formar óxido de hierro hidratado. Este óxido, conocido como orín o herrumbre, es un
sólido que mantiene la misma forma general que el metal del que se ha formado, pero
con un aspecto poroso, algo más voluminoso, y relativamente débil y quebradizo.
(ENCICLOPEDIA MICROSOFT ENCARTA, 2000).
2.4.2 DEFINICIÓN OPERACIONAL
ACERO ESTRUCTURAL
El término acero estructural incluye un gran número de acero que, debido a su
economía, resistencia, ductilidad y otras propiedades como los son las tolerancias para
las formas estructurales: laminado para placas, perfiles, láminas y barras laminadas de
acero, trato térmico entre otros, son apropiados para miembros que se cargan en una
amplia variedad de estructuras. Los perfiles de patín ancho van desde los perfiles de
W4x13 hasta W36x848 (36 pulg. de peralte y peso de 848 lbs/pie lineal) (MERRIT,
LOFTIN, y RICKETTS, 2001).
ECONÓMICO
Costos de producción del acero.
Costo de perfiles rolados y hechizos.
Economía en obra.
FALLAS ESTRUCTURALES
Las causas más frecuentes de fallas estructurales pueden clasificarse como:
a. movimientos de cimentación
b. resonancia dinámica e inestabilidad dinámica
c. conexiones inadecuadas
d. valoración incorrecta de la resistencia al pandeo
e. falta de contraventeo adecuado contra el movimiento lateral o pandeo
f. sobrecarga
g. fatiga
FUEGO Y CORROSIÓN
Estas variables se deben medir, considerando el tiempo expuesto de la estructura
al calor, la corrosión adquirida durante el tiempo operacional de la estructura y daño
causado al acero por exposición a estos factores sin ningún mantenimiento.
(BRESLER, LIN, y SCALZI, 1970).
2.5 ALCANCES, LÍMITES Y LIMITACIONES
ALCANCES Y LÍMITES Los alcances de esta investigación son:
El seguimiento que se le debe de dar al método constructivo de una edificación
con estructura de acero, en general, el proceso de fabricación de perfiles de acero,
equipo y material necesario para el montaje de los mismos e instalaciones básicas, así
como el mantenimiento que se le debe dar a la estructura.
Métodos de protección del acero contra el fuego y la corrosión, para hacer que la
estructura tenga el tiempo de vida estimado o mayor, ya que estos elementos son los
que más daño causan al acero, (Bresler, Lin y Scalzi, 1970).
La profundidad de la investigación se centra en los principios básicos y
experiencias de profesionales para el seguimiento de un método y/o proceso
constructivo de una edificación con elementos de acero, y se dan puntos de vista de
diferentes profesionales que tienen conocimiento o han tenido experiencia en el
proceso constructivo de estructuras de acero. Esta investigación no abarca el diseño en
acero y únicamente se mencionan los conceptos del método constructivo de una
estructura simple (bodega), aunque para un edificio, por ejemplo se sigue el mismo
sistema.
LIMITACIONES El acceso que se tiene a la información necesaria referente al acero
estructural. Lo amplio que resultan los procesos constructivos de estructuras de acero, que
como se mencionó anteriormente, serán principios básicos y elementales, para que de
esta manera resulte más sencilla su interpretación y su aplicación a la práctica sea
comprensible.
La disponibilidad de los profesionales para dar su aporte a esta investigación, y
analizar su punto de vista en el especto constructivo y de diseño.
2.6 APORTE
A Guatemala, para hacer conciencia en la importancia de seguir un método
constructivo y mantenimiento preventivo para el desarrollo y beneficio de la población y
del país en sí.
A las universidades del país, para que los estudiantes de carreras afines a la
construcción, encuentren una guía general del método constructivo y mantenimiento
efectivo para una estructura de acero y se interesen en este tema para futuras
investigaciones.
A instituciones que brindan servicios de sistemas contra incendios, para que
puedan definir, en base a lo investigado, la manera de contener, ó evitar, un incendio
en edificaciones con estructura de acero.
A los profesores y catedráticos, para que tengan documentos de apoyo, que sean
prácticos y aplicables al campo especificado.
A las entidades que se dedican a brindar servicios de mantenimiento y
reparaciones de estructuras de acero, para que apliquen los conceptos investigados en
esta tesis y así darles un mejor servicio a los clientes que los soliciten.
MARCO TRES
3.1 SUJETOS Para poder tener un criterio uniforme y amplio de información, se entrevistaron
profesionales guatemaltecos que se dedican a la construcción; para conocer la
importancia que le dan a los métodos de construcción, y a la aplicación de métodos de
mantenimiento que se les puede dar a las estructuras de acero.
Los profesionales que se entrevistaron fueron: Ing. Rony Bran (Aceros
Prefabricados, S.A., APSA), Ing. Enrique Soria (Servicios Industriales Especializados
Limitada, SIE Ltda.), Ing. Gonzalo Arriaga (Aceros Prefabricados, S.A., APSA), Ing.
Ángel González (Aceros Prefabricados, S.A., APSA), Ing. Mario Chavarría (Ingeniería y
Consultoría S.A., INGECONSA), Ing. Héctor Ochoa (CAD constructora), Ing. Eduardo
Cacacho, Ing. Javier Furlan.
También se entrevistó y cuestionó a profesionales que fueron recomendados por
los profesionales anteriormente mencionados.
Las unidades de análisis básicamente fueron las entrevistas y los cuestionarios
que se le proporcionó a cada uno de ellos, así como pláticas con los profesionales.
3.2 INSTRUMENTOS Los instrumentos que se aplicaron para poder obtener la información fueron
entrevistas y cuestionarios, que los mismos profesionales respondieron de acuerdo a
su criterio y experiencia.
El objetivo de realizar las entrevistas fue pedir la opinión de los profesionales
acerca de la importancia del uso y seguimiento de métodos constructivos en
Guatemala; y el objetivo de los cuestionarios fue verificar el conocimiento de ellos
mismos, acerca de códigos y normas aplicadas en el método constructivo y
mantenimiento de estructuras de acero y ver si en realidad se siguen métodos
apegados a normas o no.
Los cuestionarios constaron de varias preguntas directas y otras de criterio y
experiencias, para no hacer tediosa la cita con los profesionales; la entrevista se llevó a
cabo entre 20 y 50 minutos dependiendo del grado de interés que se dio durante la
misma, algunas fueron respondidas vía correo electrónico, debido a la disponibilidad de
los profesionales. (Ver anexos No. 5 y No. 6). 3.3 PROCEDIMIENTO
El primer paso para obtener la información fue elaborar una entrevista y un
cuestionario para recaudar toda la información necesaria del tema, tomando en cuenta
los objetivos general y específicos de la investigación, posteriormente se contactó a los
profesionales para solicitarles una cita y poder realizar la entrevista y el cuestionario.
Luego se planificó el tiempo en que se llevaría a cabo la entrevista y en que mes(es) se
realizaría, según la disponibilidad de los profesionales y finalmente se tabularon los
criterios y opiniones para poder dar un informe final de manera resumida.
Los puntos más importantes que se tocaron, tanto en la entrevista como en el
cuestionario, fueron el método constructivo al ejecutar la obra (pasos en campo,
escritorio, preparación del terreno, limpieza, fabricación y montaje de los perfiles de
acero, fundiciones, etc.), y por último se tocó el tema del mantenimiento de una
estructura de acero; protección contra el fuego y la corrosión, pinturas para protección,
aislantes térmicos, etc. Se realizaron observaciones, según el criterio de los
profesionales, de algunas estructuras de acero en Guatemala.
MARCO CUATRO
RESULTADOS Luego de recopilar la información de los instrumentos utilizados en esta
investigación, se observó de manera muy concisa que para los profesionales
entrevistados (incluidos en los sujetos del marco tres de esta investigación), el acero
estructural representa un material imprescindible en la construcción de obras civiles; ya
que por su versatilidad este material resulta de gran apoyo a las mismas.
El uso del acero estructural, según los profesionales, va desde pequeñas obras
como cubiertas para protección de materias primas, vehículos, granos, etc., pozos
pequeños de agua, telecomunicaciones, energía eléctrica y de pozos de
almacenamiento entre otros; hasta obras de gran magnitud como puentes, estadios,
domos, aeropuertos y edificios.
La mayoría de profesionales coincidieron en que no se puede hablar de “barato o
costoso” al trabajar con acero estructural en obras de ingeniería civil, ya que el acero
es un componente importante en la integración del costo de una obra; otros opinaron
que el costo de la utilización del acero estructural se basa en la magnitud de la obra a
construir, el equipo a utilizar, personal y el tiempo estimado para construir la misma. Al
iniciar una obra de grandes dimensiones podría ser que el uso del acero estructural
resultase de un costo relativamente alto, aunque posteriormente la inversión inicial se
recupere dependiendo del uso que se le dé a la estructura y el tiempo de ejecución que
se reduce comparado con materiales como el concreto.
Todas las estructuras están expuestas a factores externos, pero las estructuras de
acero pueden sufrir más daño con el fuego y la corrosión, ya que si no se da el
mantenimiento “preventivo” necesario la estructura podría llegar a colapsar en algún
momento.
Los ingenieros Soria, Bran, González y Arriaga consideraron que en Guatemala
no existe un método(s) específico(s) para el levantamiento de estructuras de acero; sin
embargo, sí se sigue un proceso de construcción similar, ya sea para estructuras de
gran tamaño como edificios, domos y puentes o estructuras más pequeñas como
tanques de almacenamiento, rótulos y pasarelas peatonales, por ejemplo.
Esencialmente en la construcción de una estructura de acero están involucrados los
productores y fabricantes de elementos de acero, diseñadores, constructores, obreros,
operarios, maquinaria utilizada como grúas, poleas, elevadores temporales y plumas
para el movimiento y elevación de los perfiles de acero estructural. Lo importante en
este tipo de construcciones es contar con un programa bien organizado y planificado
para evitar accidentes y contratiempos durante la edificación de la obra, asegurando la
calidad que muchas veces se deja por un lado.
El daño que puede provocar el fuego o la corrosión al acero, si no se da el debido
mantenimiento puede ser desastroso, ya que el calor produce dilataciones en el acero
las que a su vez generan esfuerzos haciendo colapsar la estructura. Cuando una
estructura de acero no está protegida contra la corrosión, el mismo ambiente exterior
produce en el acero la corrosión que va reduciendo la sección de la estructura
debilitándola, según los ingenieros Ochoa y Chavarría.
Para evitar la corrosión en una estructura de acero es necesario revisar la
estructura en general, sobre todo las uniones entre perfiles, ya que en estos puntos es
donde se genera la mayoría de esfuerzos al ocurrir un sismo; esto sucede por que se
generan espacios entre un elemento y otro, específicamente en las placas que unen
una columna con una viga, por ejemplo; una carga accidental o una colisión contra la
estructura, y al no darle el debido mantenimiento podrían existir puntos que estén
sufriendo por corrosión y no se hayan detectado; es importante utilizar pintura
anticorrosiva, según la importancia y magnitud de la obra. El fuego no se puede evitar,
sobre todo en edificios industriales que almacenen materiales inflamables, es
indispensable tener extintores y rutas de evacuación en caso de incendio, en
Guatemala por el uso de las estructuras de acero, no es necesario incorporar sistemas
contra incendios (con esto no se dice que no sean necesarios).
Como en todo proyecto de construcción, es de suma importancia tener un
programa que indique el proceso que se seguirá desde el inicio hasta el final de la obra,
con el fin de analizar tiempos y avances; los pasos importantes a seguir en una obra
con estructura de acero, son los mismos que en cualquier otra obra de construcción.
Estos pasos inician desde la venta del proyecto, como menciona el ingeniero Bran, la
topografía y medición del terreno en el que se construirá hasta los acabados finales; los
mecanismos para el montaje de perfiles de acero en una obra son dispositivos para
elevación manual o mecánica, el uso de estos mecanismos varían según la inversión
que desee hacer el cliente o dueño del proyecto, que generalmente busca lo mas
barato. La obra se debe supervisar desde el inicio hasta la conclusión de la misma con
el fin de garantizar la calidad y el correcto funcionamiento, según el diseño y uso para
el que la estructura haya sido prevista.
El mantenimiento en una estructura, no sólo de acero, es obligado para dotar a la
edificación de una larga vida útil. El mantenimiento debe efectuarse periódicamente
para evitar daños posteriores a su construcción, algo que no se realiza en Guatemala, y
se puede observar en bodegas de supermercados que tienen una estructura de acero
vista que ya está oxidada, lo que se puede evitar pintando la estructura por lo menos
una vez al año.
Para determinar que tan necesario es un sistema contra incendios en un edificio
con estructura de acero, es necesario tener presente varios factores como son la altura,
área de piso, tipo de ocupación (contenido de materiales combustibles); los métodos o
sistemas de protección contra el fuego son sistemas contra incendios por rociadura y
los tan mencionados extintores, que deben estar colocados en puntos específicos y de
fácil acceso en una edificación. Para la corrosión el método más aplicable es la pintura
anticorrosiva para evitar daños mayores. En Guatemala existen edificios modernos que
cuentan con sistemas contra incendios, sin embargo los más antiguos no los poseen.
Lo mismo sucede con los puentes de acero en Guatemala no se les da el
mantenimiento preventivo necesario, ya que se cuidan o se les pone mayor interés
hasta que presentan un posible colapso o daño mayor.
MARCO CINCO
DISCUSIÓN Luego de verificar y analizar los comentarios proporcionados por los profesionales
en el campo de la ingeniería civil, se pudo constatar el interés de ellos sobre el tema
del acero estructural, su manejo y mantenimiento.
Con los antecedentes de esta investigación se pudo constatar que en Guatemala
no existe demasiada información referente al acero estructural, la información que se
obtiene es de autores internacionales y organizaciones extranjeras. Esto posiblemente
se debe a que el material es utilizado en gran cantidad de obras y los profesionales del
diseño se basan en códigos internacionales de construcción; ya que no se cuenta con
un código nacional de construcción que guíe el diseño y levantamiento de estructuras;
aunque se han hecho intentos de generar normas que se acoplen a la realidad del país,
no ha sido posible ya que siempre se tienen nuevos métodos e innovaciones de países
desarrollados como Estados Unidos, Argentina, Brasil y países de Europa y Asia.
Desafortunadamente no se puede competir con países avanzados, tanto
económicamente como tecnológicamente en el área de la construcción; pero se
pueden aprobar normas aplicadas a las necesidades del país, con el apoyo de
profesionales experimentados en el área de acero estructural y guiados por empresas
nacionales que produzcan y conozcan la nobleza del acero como material para edificar
obras; con esto se pueden dar opiniones e inducir técnicas nacionales que sirvan para
la realización de obras que se construyan fuera de las fronteras del país.
Métodos de construcción específicos para el levantamiento de una estructura de
acero en Guatemala no existen, pero como se mencionó anteriormente, se siguen
procedimientos en obra según las necesidades en campo, utilizando maquinaria
especial como grúas. Se puede mencionar métodos tecnológicamente muy avanzados
como el “Método de Techo Gigante” que consiste en cuatro o más torres hidráulicas
que levantan una plataforma inmensa, la cual va elevando nivel por nivel los elementos
necesarios para la construcción de un edificio de acero; pero esta tecnología se
empezó a usar recientemente en el Japón.
Afortunadamente, existen en Guatemala métodos de protección contra el fuego y
la corrosión, que son los principales agentes que podrían causar un daño a una
estructura de acero, pero lastimosamente no se utilizan en todas las obras que
necesitan de estos sistemas para evitar daños.
Los edificios de reciente construcción, cuentan con sistemas contra incendios por
dispersión y el tradicional sistema de extintores. Para evitar la corrosión en el acero lo
más común es el utilizar pintura anticorrosiva, siempre y cuando se le dé la limpieza
previa a la aplicación de pintura, con método manual, usando un cepillo de alambre o el
sistema de sand blast o chorros de arena que normalmente se usa en las fábricas
donde se arman perfiles y elementos de acero, pero para poder detectar un posible
daño en un elemento de acero se necesita inspeccionarlo periódicamente para verificar
si presenta indicios de oxidación o reducciones de espesor, trabajo que como se dijo no
se realiza en el país. A obras civiles con estructura de acero construidas por el estado,
como puentes, edificios y bodegas entre otras, no se les da el mantenimiento
preventivo necesario para alargar la vida útil de la edificación, simplemente se
construyen, muchas veces se invierte mucho dinero, y luego de construidas las obras
se dejan al olvido y hasta que desafortunadamente presentan un posible daño se les
presta el interés que no se le dio con anterioridad.
No se puede hablar de un costo alto o bajo en una obra con estructura de acero,
ya que el acero está incluido y es importante en cualquier obra, según comentó el
ingeniero Ochoa y el ingeniero Cacacho; sin embargo el costo dependerá del uso que
se le dé a la misma, así como el mantenimiento que se le dé después de construida, ya
que se podría elevar el costo si surgieran problemas posteriores a su edificación.
MARCO SEIS
CONCLUSIONES
1. Para poder hacer efectiva la construcción de una obra con estructura de
acero, es necesario iniciar con un buen diseño adaptado a las necesidades
que requiera el proyecto, chequear que se tengan disponibles los materiales
necesarios y los perfiles de acero; durante la construcción de la misma es
importante usar toda la maquinaria y equipo disponibles para el
levantamiento de perfiles de acero y poner especial atención en las uniones
de los mismos, ya sean uniones por medio de pernos o con soldadura.
2. El acero es un material que permite controlar el tiempo de construcción, ya
que si se cuenta con los mecanismos apropiados, la instalación de perfiles en
el proyecto se llevará a cabo en el menor tiempo posible, con la logística
previa; debido a que estos ya vienen prefabricados o de molino cuando se
piden al extranjero y únicamente es necesaria la instalación y unión, a
diferencia de una estructura de concreto en la cual influye el medio ambiente,
el tiempo para fundir y los demás materiales como agregados que forman el
concreto.
3. Se debe dar especial atención a la unión entre los perfiles de acero que
forman las columnas de una estructura y el concreto, que la mayoría de
veces resulta ser la base o cimiento de un edificio, puente, tanque de
almacenamiento, etc.
4. La importancia de un mantenimiento a una estructura de acero es básica,
para poder alargar la vida útil de una edificación y hacer que funcione en
base a lo que fue diseñada; el costo es lo de menos ya que estas
estructuras, la mayoría de veces alberga a personas y si está en óptimas
condiciones podría salvar vidas a la hora de que ocurriera un desastre
natural.
5. El acero es capaz de mantener su resistencia y rigidez durante cuatro horas
al ser expuesto al fuego cuando la temperatura alcanza los 2000oF ó 1090oC,
posteriormente empezará a fluir; El grado de resistencia al fuego requerido
para cualquier componente estructural se expresa en función de su
capacidad para soportar la exposición al fuego de acuerdo con los
requerimientos de la prueba de fuego normal de la ASTM para tiempo y
temperatura de 1000oF (537oC) en cinco minutos, 1700oF (927oC) en una
hora.
MARCO SIETE
RECOMENDACIONES 1. Para poder establecer un método
constructivo en el levantamiento de
una estructura de acero, se deben
tener en cuenta varios factores
como lo son el presupuesto, los
materiales, el personal y sobre todo
el tiempo de construcción de una
obra. Se recomienda que en
Guatemala se unan profesionales
de la construcción, universidades,
el colegio de ingenieros y empresas
que se dediquen al estudio y a la
producción del acero como
material para la construcción y
establecer procedimientos
efectivos que implementen equipo,
maquinaria y tecnología que
aporten una ayuda a la
construcción de estructuras de
acero con la certeza de que se
cumplan y se lleven a cabalidad, en
base a experiencias vividas de
profesionales expertos en este
campo y profesionales que acaben
de iniciar su carrera en la
construcción, para poder unir así la
experiencia y las ideas modernas
de los profesionales; con esto se
podrían fusionar los métodos
tradicionales de construcción y los
métodos más modernos de
edificación.
2. Se debe poner mayor interés al
cuidado de obras con estructura de
acero, como lo son puentes,
edificios antiguos y otras
estructuras cuyo material principal
de soporte sea el acero, ya que con
esto las edificaciones podrían durar
más y se evitarían daños
posteriores considerables, ya que
Guatemala no está preparada
económicamente para demoler
estructuras y volver a construirlas.
3. En las universidades se deberían
ampliar los cursos existentes en los
que se estudia el acero, realizando
visitas técnicas y trabajos prácticos
en los cuales se estudien casos
reales de edificios, puentes, domos
entre otros, con estructura de
acero, que presenten daños y
establecer posibles fallas que
pueda presentar en un futuro y
cómo se podrían evitar; así como la
implementación de métodos de
protección y mantenimiento que
eviten el colapso de la estructura, y
por otra parte realizar una revisión
técnica y comparar una estructura
que presente daño con otra que
esté sin ningún problema
estructural, visitas a fábricas en
donde se trabaje con acero
estructural y aprender sobre el
proceso productivo de elementos
estructurales.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS BOWLES, J. (1984) “DISEÑO DE ACERO ESTRUCTURAL” (1A ED.) MÉXICO, DF., EDITORIAL LIMUSA BOWLES, J. (1995) “DISEÑO DE ACERO ESTRUCTURAL” (5A ED.) MÉXICO, DF., EDITORIAL LIMUSA BRESLER, J; LIN, M.; Y SCALZI, S, (1970) “DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO” (1A ED.) BUENOS AIRES, EDITORIAL SANTA FE. CABALLEROS DE MAZARIEGOS, H. Y ACHAERANDIO, L. (2002)
“GUÍA GENERAL PARA REALIZAR TRABAJOS DE INVESTIGACIÓN EN LA UNIVERSIDAD RAFAEL LANDÍVAR” URL. GUATEMALA CONSEJO NACIONAL DE NORMAS DE CONSTRUCCIÓN STEEL STRUCTURES PAINTING COUNCIL (SSPC), (Consejo de Pinturas para Acero Estructural, 2004) Estados Unidos de Norteamérica LAROUSSE (1994) “DICCIONARIO ENCICLOPÉDICO DE LA LENGUA ESPAÑOLA” MÉXICO, DF. LOTTMANN, J.; MÉRIDA, L. F.; MONZÓN, H.; Y SOLÍS, R. (1996).
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MICROSOFT. (2000) ENCICLOPEDIA MICROSOFT ENCARTA TEXTO, RESUMEN DE: FUEGO Y CORROSIÓN
MERRIT, F.; LOFTIN, M. Y RICKETTS, J. (2001) MANUAL DEL INGENIERO CIVIL (4A ED.) MÉXICO, DF., McGRAW-HILL ENTREVISTAS ARRIAGA, GONZALO (AGOSTO DE 2004) ”ENTREVISTA PERSONAL”. GUATEMALA
BRAN, RONY (AGOSTO DE 2004) “ENTREVISTA PERSONAL”. GUATEMALA CACACHO, EDUARDO (JULIO DE 2004) “ENTREVISTA PERSONAL”. GUATEMALA CHAVARRIA, MARIO (AGOSTO DE 2004) “ENTREVISTA PERSONAL”. GUATEMALA FURLÁN, JAVIER (JULIO DE 2004) “ENTREVISTA PERSONAL”. GUATEMALA GONZÁLEZ, ÁNGEL (AGOSTO DE 2004) “ENTREVISTA PERSONAL”. GUATEMALA SORIA, ENRIQUE (JULIO DE 2004) “ENTREVISTA PERSONAL”. GUATEMALA
OTROS TEXTOS CONSULTADOS BUEN LÓPEZ DE HEREDIA, OSCAR DE (1992) “ESTRUCTURAS DE ACERO” (2A ED.) COLOMBIA, EDITORIAL McGRAW-HILL
BURGOS T., GABRIELA M.
“ESTRUCTURAS PARA CUBIERTAS DE GRANDES LUCES” ARQUITECTURA
TESIS, URL GUATEMALA, 2001
BROCKENBROUGH, ROGER/MERRITT, FREDERICK (1997) “MANUAL DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO” (2A ED.) COLOMBIA, EDITORIAL McGRAW-HILL
LIRA PRERA, MIGUEL ANGEL (2000) “LA UTILIZACIÓN DEL ACERO EN LA ARQUITECTURA DE GUATEMALA” TESIS URL GUATEMALA
SOLÓRZANO Y., BENJAMÍN “EL DISEÑO ESTRUCTURAL EN ARQUITECTURA”
ARQUITECTURA TESIS, USAC
GUATEMALA, 1990
SPILLERMAR W., ANDERSON (1997) “MANUAL DE CONSTRUCCIÓN EN ACERO” (3A ED.)
MÉXICO, DF., EDITORIAL McGRAW-HILL
Espesor de placas y barraskip/pulg^2 MPa kip/pulg^2 MPa pulg mm Grupo
A-36 36 250 58-80 400-550 8 2031 hasta 5 inclusive
Alta resistenciaA-242 40 275 60 415 4 a 8 102 a 103A-440 42 290 63 435 1.5 a 4 38 a 102 4 y 5A-441 46 315 67 460 0.75 a 1.5 19 a 38 3
50 345 70 485 0.75 19 1 y 2
Alta resistencia A-572 grado 42 42 290 60 415 hasta 6 hasta 152.41 hasta 5 inclusive
grado 45 45 310 60 415 hasta 2 hasta 50.81 hasta 5 inclusive
grado 50 50 345 65 450 hasta 2 hasta 50.81 hasta 4 inclusive
grado55 55 380 70 485 hasta 1.5 hasta 38.1
1, 2, 3 y 4 hasta 426 lb/pie (639
kg/m)grado 60 60 415 75 520 hasta 1.25 hasta 31.8 1 y 2grado 65 65 450 80 550 hasta 1.25 hasta 31.8 1
Alta resistencia A-588 grado 42 42 290 63 435 5 a 8 127 a 203grado 46 46 315 67 460 4 a 5 102 a 127
grado 50 50 345 70 485 hasta 4 hasta 1021 hasta 5 inclusive
60
Columbio-vanadio
baja aleación
Fuente: Bowles, (1984)
Carbono
aleación baja
aleación baja
Fy FúltimaTIPO
ANEXO No. 1TABLA 1-1 DATOS DE LOS PERFILES DE ACERO ESTRUCTURAL
Denominación de laASTM
A36
A283, GRADO C
A285, GRADO C
A515 o A516 GRADO 55
A515 o A516 GRADO 60
A515 o A516 GRADO 65
A515 o A516 GRADO 70
A573, GRADO 65
A573, GRADO 70
A242
A588
A572, GRADO 42
A572, GRADO 50
A572, GRADO 60
A572, GRADO 65
61
60
65
ANEXO No. 2
67
63
70
MAS DE 3/4 HASTA 1 1/2
MAS DE 1 1/2 HASTA 4
HASTA 4
HASTA 3/4
GRUPO 1
HASTA 1 1/4
HASTA 1 1/4
GRUPOS 1 Y 2
80
60
65
50
75
42
GRUPO 3
GRUPOS 4Y 5
GRUPOS 1-5
46
42
50
HASTA 6
HASTA 4
GRUPOS 1-5
GRUPOS 1-5
MAS DE 4 HASTA 5
35
42
65-77
MAS DE 5 HASTA 8
46
42
67
63
GRUPOS 1 Y 2 7050
70-90HASTA 1 1/2
58
58-80
55-70
55-75
55-75
NO APLICABLE
NO APLICABLE
60-80
65-85
70-90NO APLICABLE 38
36
36
32
30
30
30
32
35
HASTA 426 lb/pie
MAS DE 426 lb/pie
NO APLICABLE
NO APLICABLE
NO APLICABLE
NO APLICABLE
NO APLICABLE
NO APLICABLE
ACEROS DE BAJA ALEACIÓN Y ALTA RESISTENCIA: Tienen un punto de fluencia mínimo especificado de alrededor de 40 ksi en condiciones de rolado en caliente y obtiene su resistencia por la adición de aleaciones pequeñas más que mediante el tratamiento de calor.
NO APLICABLE
MAS DE 8
NO ESPECIFICADO
HASTA 2
HASTA 12
HASTA 8
HASTA 8
HASTA 8
HASTA 1 1/2
Fuente: Merrit, Loftin, y Ricketts, (2001)
TABLA 1-2 PROPIEDADES MECÁNICAS ESPECIFICADAS DE LOS ACEROS
DESIGNACIÓN DE LA ASTM
ESPESOR DE LAS LÁMINAS, pulgGRUPO ANSI/ASTM o peso/pie para
perfiles estructuralesPUNTO DE FLUENCIA O RESISTENCIA
DE FLUENCIA, ksiRESISTENCIA A LA
TENSIÓN, ksi
ACEROS AL CARBONO: Son los que: 1) el máximo contenido específico de cualquiera de los elementos siguientes no excede al porcentaje anotado: 1.65% de manganeso, 0.60% de silicio y 0.60% de cobre, y 2) los contenidos mínimos no están especificados para los elementos que se adicionan con objeto de conseguir el efecto de aleación deseado.
HASTA 8 58-80
64
ANEXO No. 5
INGENIERO: CAMPO DE TRABAJO: AÑOS DE EXPERIENCIA: ________________________COLEGIADO No.__________
ENTREVISTA
1. ¿QUÉ ES EL ACERO ESTRUCTURAL? ¿HAY ACERO DE ALTA RESISTENCIA EN GUATEMALA?
2. ¿EN QUÉ PROYECTOS DE INGENIERÍA CIVIL, SE LE DA MÁS USO?
3. ¿ES BARATO O COSTOSO, TRABAJAR PROYECTOS CON ACERO ESTRUCTURAL?
4. ¿CUÁLES SON LAS PRINCIPALES CAUSAS QUE PROVOCAN FALLAS
ESTRUCTURALES EN EL ACERO?
65
5. ¿CUÁLES SON LOS MÉTODOS DE CONSTRUCCIÓN MÁS EMPLEADOS EN GUATEMALA, PARA EL LEVANTAMIENTO DE ESTRUCTURAS DE ACERO, MAQUINARIA, EQUIPO, MANUALMENTE?
6. ¿QUÉ DAÑOS PROVOCA EL FUEGO Y LA CORROSIÓN AL ACERO, Y
CÓMO SE PUEDEN EVITAR?
7. ¿EN SU EXPERIENCIA PROFESIONAL, CREE USTED QUE LOS INGENIEROS CIVILES QUE CONSTRUYEN O HAN CONSTRUIDO ESTRUCTURAS DE ACERO SE BASAN EN MÉTODOS DE CONSTRUCCIÓN O NO?
8. ¿EN SU EXPERIENCIA Y SEGÚN SU CONOCIMIENTO, CUÁLES SON LOS MÉTODOS CONSTRUCTIVOS EMPLEADOS EN EL MONTAJE DE PERFILES DE ACERO ESTRUCTURAL?, (ES DECIR, LOS PASOS MÁS IMPORTANTES).
9. OTRAS OBSERVACIONES SOBRE ESTRUCTURAS DE ACERO EXISTENTES
EN GUATEMALA:
66
ANEXO No. 6
CUESTIONARIO
1. ¿ES NECESARIO BRINDARLE MANTENIMIENTO A UNA ESTRUCTURA DE ACERO, DESPUÉS DE CONSTRUIDA?
2. ¿QUÉ TAN NECESARIO ES SEGUIR UN MÉTODO CONSTRUCTIVO, EN EL MONTAJE DE PERFILES DE ACERO, PARA CONSTRUIR UNA ESTRUCTURA DE ACERO?
3. ¿QUÉ MÉTODOS DE PROTECCIÓN CONTRA EL FUEGO Y LA CORROSIÓN CONOCE, SE APLICAN ÉSTOS MÉTODOS EN GUATEMALA O NO?
4. OTRAS OBSERVACIONES
PINTURA REPARACIÓN POSIBLE FALLA MAYOR
ELEMENTO PERFIL GRADO
DIA MES AÑO
COLUMNA PRINCIPAL
COLUMNA SECUNDARIA
VIGA PRINCIPAL
VIGA SECUNDARIA
JOIST
PLANCHA DE ACERO
UNIONES
CIMIENTO-COLUMNA
VIGA-COLUMNA
MURO-VIGA
ENTREPISO-VIGA
ENTREPISO-COLUMNA
MURO CERRAMIENTO-COLUMNA
MURO CERRAMIENTO-VIGA
ELEMENTOS MENORES
PLATINA
PERNOS
PUNTOS DE SOLDADURA
PASADORES
67
ANEXO No. 7
MANTENIMIENTO PREVENTIVOHOJA PARA EL ANÁLISIS DE UNA ESTRUCTURA DE ACERO PARA EVITAR CORROSIÓN
OBSERVACIONESPUNTO ANALIZADO ULTIMA REVISIÓN (FECHA)
![MANUAL TECNICO SISTEMA CONSTRUCTIVO PLACA COLABORANTE ACERO-DECK [SENCICO].pdf](https://img.dokumen.tips/doc/110x75/55cf991a550346d0339b9701/manual-tecnico-sistema-constructivo-placa-colaborante-acero-deck-sencicopdf.jpg)
![Mantenimeinto Legal de Instalaciones Industriales COETICOR 2012 [Modo de Compatibilidad]](https://img.dokumen.tips/doc/110x75/563db920550346aa9a9a433c/mantenimeinto-legal-de-instalaciones-industriales-coeticor-2012-modo-de-compatibilidad.jpg)
