TEMA 1

UNAM

FACULTAD DE ARQUITECTURA

TALLER CARLOS LAZO BARREIRO

“CONSTRUCCIÓN VI”

ARQ. JOSÉ MIRANDA CRUZ.

ALUMNA:

CALZADA NUÑEZ SURY FERNANDA

ESTRUCTURACIÓN DE EDIFICIOS EN MARCOS DE ACERO

INTRODUCCIÓN

ACERO Es la denominación que comúnmente se le da en ingeniería metalúrgica a una aleación de

hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,1 y el 2,1% en peso de su

composición, aunque normalmente estos valores se encuentran entre el 0,2% y el 0,3%. Si

la aleación posee una concentración de carbono mayor al 2,0% se producen fundiciones

que en oposición al acero son quebradizas y no es posible forjarlas sino que deben ser

moldeadas.

El acero conserva las características metálicas del hierro en estado puro, pero la adición

de carbono y de otros elementos tanto metálicos como no metálicos mejora sus

propiedades físico-químicas.

Existen muchos tipos de acero en función del o los elementos aleantes que estén

presentes. La definición en porcentaje de carbono corresponde a los aceros al carbono,

en los cuales este no metal es el único aleante, o hay otros pero en menores

concentraciones. Otras composiciones específicas reciben denominaciones particulares

en función de múltiples variables como por ejemplo los elementos que predominan en su

composición (aceros al silicio), de su susceptibilidad a ciertos tratamientos (aceros de

cementación), de alguna característica potenciada (aceros inoxidables) e incluso en

función de su uso (aceros estructurales). Usualmente estas aleaciones de hierro se

engloban bajo la denominación genérica de aceros especiales, razón por la que aquí se ha

adoptado la definición de los comunes o "al carbono" que además de ser los primeros

fabricados y los más empleados, sirvieron de base para los demás. Esta gran variedad de

aceros llevó a Siemens a definir el acero como un compuesto de hierro y otra sustancia

que incrementa su resistencia.

Los dos componentes principales del acero se encuentran en abundancia en la naturaleza,

lo que favorece su producción a gran escala. Esta variedad y disponibilidad lo hace apto

para numerosos usos como la construcción de maquinaria, herramientas, edificios y obras

públicas, contribuyendo al desarrollo tecnológico de las sociedades industrializadas.

CARACTERISTICAS MECÁNICAS Y TECNOLÓGICAS DEL ACERO Aunque es difícil establecer las propiedades físicas y mecánicas del acero debido a que

estas varían con los ajustes en su composición y los diversos tratamientos térmicos,

químicos o mecánicos, con los que pueden conseguirse aceros con combinaciones de

características adecuadas para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunas

propiedades genéricas:

Su densidad media es de 7850 kg/m³.

En función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir.

El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcentajes de

elementos aleantes. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de

1.510 °C en estado puro (sin alear), sin embargo el acero presenta frecuentemente

temperaturas de fusión de alrededor de 1.375 °C, y en general la temperatura

necesaria para la fusión aumenta a medida que se aumenta el porcentaje de

carbono y de otros aleantes. (excepto las aleaciones eutécticas que funden de

golpe). Por otra parte el acero rápido funde a 1.650 °C.

Su punto de ebullición es de alrededor de 3.000 °C.

Es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas para

fabricar herramientas.

Relativamente dúctil. Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres.

Es maleable. Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata. La hojalata es

una lámina de acero de entre 0.5 y 0.12 mm de espesor, recubierta generalmente

de forma electrolítica por estaño.

Permite una buena mecanización en máquinas herramientas antes de recibir un

tratamiento térmico.

Algunas composiciones y formas del acero mantienen mayor memoria y se

deforman al sobrepasar su límite elástico.

La dureza de los aceros varía entre la del hierro y la que se puede lograr mediante

su aleación u otros procedimientos térmicos o químicos entre los cuales quizá el

más conocido sea el templado del acero, aplicable a aceros con alto contenido en

carbono, que permite, cuando es superficial, conservar un núcleo tenaz en la pieza

que evite fracturas frágiles. Aceros típicos con un alto grado de dureza superficial

son los que se emplean en las herramientas de mecanizado, denominados aceros

rápidos que contienen cantidades significativas de cromo, wolframio, molibdeno y

vanadio. Los ensayos tecnológicos para medir la dureza son Brinell, Vickers y

Rockwell, entre otros.

Se puede soldar con facilidad.

La corrosión es la mayor desventaja de los aceros ya que el hierro se oxida con

suma facilidad incrementando su volumen y provocando grietas superficiales que

posibilitan el progreso de la oxidación hasta que se consume la pieza por completo.

Tradicionalmente los aceros se han venido protegiendo mediante tratamientos

superficiales diversos. Si bien existen aleaciones con resistencia a la corrosión

mejorada como los aceros de construcción aptos para intemperie (en ciertos

ambientes) o los aceros inoxidables.

Posee una alta conductividad eléctrica. Aunque depende de su composición es

aproximadamente de 3 · 106 S/m.

Se utiliza para la fabricación de imanes permanentes artificiales ya que una pieza

de acero imantada no pierde su imantación si no se la calienta hasta cierta

temperatura. La magnetización artificial se hace por contacto, inducción o

mediante procedimientos eléctricos. En lo que respecta al acero inoxidable, al

acero inoxidable ferrítico sí se le pega el imán, pero al acero inoxidable austenítico

no se le pega el imán ya que la fase del hierro conocida como austenita no es

atraída por los imanes. Los aceros inoxidables contienen principalmente níquel y

cromo en porcentajes del orden del 10% además de algunos aleantes en menor

proporción.

Un aumento de la temperatura en un elemento de acero provoca un aumento en la

longitud del mismo. Este aumento en la longitud puede valorarse por la expresión:

δL = α δ t° L, siendo a el coeficiente de dilatación, que para el acero vale

aproximadamente 1,2 · 10−5 (es decir α = 0,000012). Si existe libertad de

dilatación no se plantean grandes problemas subsidiarios, pero si esta dilatación

está impedida en mayor o menor grado por el resto de los componentes de la

estructura, aparecen esfuerzos complementarios que hay que tener en cuenta. El

acero se dilata y se contrae según un coeficiente de dilatación similar al

coeficiente de dilatación del hormigón, por lo que resulta muy útil su uso

simultáneo en la construcción, formando un material compuesto que se denomina

hormigón armado. El acero da una falsa sensación de seguridad al ser

incombustible, pero sus propiedades mecánicas fundamentales se ven gravemente

afectadas por las altas temperaturas que pueden alcanzar los perfiles en el

transcurso de un incendio.

1. ESTRUCTURACIÓN DE EDIFICIOS EN MARCOS DE

ACERO Estas estructuras cumplen con los mismos condicionantes que las estructuras de

concreto, es decir que deben estar diseñadas para resistir acciones verticales y

horizontales.

En el caso de estructuras de nudos rígidos, las soluciones generales a fin de resistir las

cargas horizontales serán las mismas que para Estructuras de concreto armado.

Pero si se trata de estructuras articuladas tal el caso normal en estructuras metálicas,

se hace necesario rigidizar la estructura a través de triangulaciones (llamadas cruces de

San Andrés), o empleando pantallas adicionales de concreto armado.

Las barras de las estructuras metálicas trabajan a diferentes esfuerzos de compresión y

flexión:

Piezas a Compresión

Piezas a Flexión

VENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL Alta resistencia: la alta resistencia del acero por unidad de peso permite estructuras

relativamente livianas, lo cual es de gran importancia en la construcción de puentes,

edificios altos y estructuras cimentadas en suelos blandos.

Homogeneidad: las propiedades del acero no se alteran con el tiempo, ni varían con la

localización en los elementos estructurales.

Elasticidad: el acero es el material que más se acerca a un comportamiento linealmente

elástico (Ley de Hooke) hasta alcanzar esfuerzos considerables.

Precisión dimensional: los perfiles laminados están fabricados bajo estándares que

permiten establecer de manera muy precisa las propiedades geométricas de la sección.

Ductilidad: el acero permite soportar grandes deformaciones sin falla, alcanzando altos

esfuerzos en tensión, ayudando a que las fallas sean evidentes.

Tenacidad: el acero tiene la capacidad de absorber grandes cantidades de energía en

deformación (elástica e inelástica).

Facilidad de unión con otros miembros: el acero en perfiles se puede conectar fácilmente

a través de remaches, tornillos o soldadura con otros perfiles.

Rapidez de montaje: la velocidad de construcción en acero es muy superior al resto de los

materiales.

Disponibilidad de secciones y tamaños: el acero se encuentra disponible en perfiles para

optimizar su uso en gran cantidad de tamaños y formas.

Costo de recuperación: las estructuras de acero de desecho, tienen un costo de

recuperación en el peor de los casos como chatarra de acero.

Reciclable: el acero es un material 100 % reciclable además de ser degradable por lo que

no contamina.

Permite ampliaciones fácilmente: el acero permite modificaciones y/o ampliaciones en

proyectos de manera relativamente sencilla.

Se pueden prefabricar estructuras: el acero permite realizar la mayor parte posible de

una estructura en taller y la mínima en obra consiguiendo mayor exactitud.

DESVENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL Corrosión: el acero expuesto a intemperie sufre corrosión por lo que deben recubrirse

siempre con esmaltes alquidálicos (primarios anticorrosivos) exceptuando a los aceros

especiales como el inoxidable.

Calor, fuego: en el caso de incendios el calor se propaga rápidamente por las estructuras

haciendo disminuir su resistencia hasta alcanzar temperaturas donde el acero se

comporta plásticamente, debiendo protegerse con recubrimientos aislantes del calor y

del fuego (retardantes) como mortero, concreto, asbesto, etc.

Pandeo elástico: debido a su alta resistencia/peso el empleo de perfiles esbeltos sujetos

a compresión, los hace susceptibles al pandeo elástico, por lo que en ocasiones no son

económicos las columnas de acero.

Fatiga: la resistencia del acero (así como del resto de los materiales), puede disminuir

cuando se somete a un gran número de inversiones de carga o a cambios frecuentes de

magnitud de esfuerzos a tensión (cargas pulsantes y alternativas).

Resistencia de plastificación solamente para columnas cortas.

ACEROS ESTRUCTURALES De acuerdo a la American Society of Testing Materials ASMT

Aceros generales (A-36)

Aceros estructurales de carbono (A-529)

b.1 Bajo contenido de carbono (<0.15 %)

b.2 Dulce al carbono (0.15 – 0.29 %)

b.3 Medio al carbono (0.30 – 0.59 %)

b.4 Alto contenido de carbono (0.6 – 1.7 %)

Aceros estructurales de alta resistencia y baja aleación (Mo, V y Cr), (A-441 y A-

572) aleación al 5 %.

Aceros estructurales de alta resistencia y baja aleación, resistentes a la corrosión

atmosférica (A-242, A-588).

Acero templado y revenido (A-514).

Designación

ASTM

Acero Formas Usos Fy min

Ksi

Fumin

tensión ksi

A-36

NOM B-254

Al carbono Perfiles,

barras y

placas

Puentes,

edificios

estructurales

en general.

Atornillados,

remachados y

soldados

36 e < 8"

32 e > 8"

58 – 80

A-529

NOM B-99

Al carbono Perfiles y

placas

e< ½"

Igual al A-36 42 60-85

A-441

NOM B-284

Al magneso,

vanadio de

alta

resistencia y

baja aleación

Perfiles,

placas y

barras

e < 8"

Igual al A-36

Tanques

40-50 60-70

A-572

NOM B

Alta

resistencia y

baja aleación

Perfiles,

placas y

barras

e< 6"

Construcciones

atornilladas,

remaches. No

en puentes

soldados

cuando Fy> 55

ksi

42-65 60-80

A-242

NOM B-282

Alta

resistencia,

baja aleación

y resistente

a la

corrosión

atmosférica

Perfiles,

placas y

barras

e< 4"

Construcciones

soldadas,

atornillada,

técnica

especial de

soldadura

42-50 63-70

A-514 Templados y

revenidos

Placas

e< 4"

Construcciones

soldada

especialmente.

90-100 100-150

No se usa si se

requiere gran

ductilidad

A-53

NOM B-177

Tubo de acero con o sin costura negro y

galvanizado por inmersión en caliente.

A-500

NOM B-199

Tubo de acero para usos estructurales

formados en frío con o sin costura de

sección circular y otras formas.

A-501

NOM B-200

Tubo de acero al carbono con o sin costura

formado en caliente para uso estructural.

A-606

NOM B-277

Lámina de acero de baja aleación y alta

resistencia. Laminada en caliente o en frío,

resistente a la corrosión.

A-570

NOM B-347

Lámina de acero al carbono laminada en

caliente para uso estructural.

A-27

NOM B-353

Piezas coladas de acero de alta resistencia.

A-668 Forjados de acero al carbono y de aleación

para uso industrial general.

1.1 APLICACIÓN ESTRUCTURAL DE PERFILES Y

CONEXIONES METÁLICAS

Perfiles de acero Para su uso en construcción, el acero se distribuye en perfiles metálicos, siendo éstos de

diferentes características según su forma y dimensiones y debiéndose usar

específicamente para una función concreta, ya sean vigas o pilares.

Armadura para un pilar de sección circular

SECCIONES DE PERFILES LAMINADOS:

1.2 USO DEL CONCRETO EN ESTRUCTURAS METÁLICAS La construcción compuesta resulta muy económica cuando se emplean elementos ligeros

de acero como perfiles de lámina delgada o pequeñas armaduras conectadas a la losa de

concreto.

Sistemas para edificios de varios pisos. Se trata aquí especialmente el sistema vertical

resistente de los edificios, en particular en lo referente a su eficiencia para resistir las

cargas laterales de viento o sismo cuya importancia crece a medida que aumenta la altura

del edificio.

Lo ideal sería que el sistema estructural que se requiere y que representa la solución

óptima para resistir las cargas verticales de diseño, resultase suficiente para resistir

también sin modificación alguna también las cargas laterales contando para ello con la

reducción en los factores de seguridad que admiten las normas de diseño para resistir

esta última condición de carga por ser de tipo accidental. Sin embargo, esto llega a ser

cierto solo en edificios de pocos pisos y en zonas donde las acciones de diseño por sismo

o viento son moderadas. A medida que crece la altura, las modificaciones para resistir

cargas laterales son mayores.

El problema puede plantearse como el de sobreprecio que hay que pagar para la

resistencia a cargas laterales, el cual aumenta con el número de pisos hasta que para

edificios muy altos este es el aspecto que domina la elección del sistema estructural más

apropiado.

El sistema estructural debe permitir proporcionar resistencia a las fuerzas laterales y

rigidez para mantener las deformaciones ante esas cargas dentro de los límites

tolerables. El segundo aspecto suele ser más decisivo que el primero para definir el

esquema estructural apropiado. No puede separarse de manera tajante el estudio del

sistema de soporte vertical del relativo a los sistemas de piso de un edificio, ya que el

trabajo conjunto es el que define el comportamiento y la eficacia, especialmente en lo

que se refiere a las cargas laterales. Por ello, aunque el énfasis se ponga en el sistema

vertical, se hará mención de la interacción de este sistema con el sistema de piso.

1.3 SOLDADURAS REMACHES Y PERNOS

SOLDADURA Es un proceso de fabricación en donde se realiza la unión de dos materiales,

(generalmente metales o termoplásticos), usualmente logrado a través de la coalescencia

(fusión), en la cual las piezas son soldadas fundiendo ambas y pudiendo agregar un

material de relleno fundido (metal o plástico), para conseguir un baño de material fundido

(el baño de soldadura) que, al enfriarse, se convierte en una unión fija. A veces la presión

es usada conjuntamente con el calor, o por sí misma, para producir la soldadura. Esto está

en contraste con la soldadura blanda y la soldadura fuerte que implican el derretimiento

de un material de bajo punto de fusión entre piezas de trabajo para formar un enlace

entre ellos sin fundir las piezas de trabajo.

Muchas fuentes de energía diferentes pueden ser usadas para la soldadura, incluyendo

una llama de gas, un arco eléctrico, un láser, un rayo de electrones, procesos de fricción

o ultrasonido. La energía necesaria para formar la unión entre dos piezas de metal

generalmente proviene de un arco eléctrico. La energía para soldaduras de fusión o

termoplásticos generalmente proviene del contacto directo con una herramienta o un gas

caliente.

Mientras que con frecuencia es un proceso industrial, la soldadura puede ser hecha en

muchos ambientes diferentes incluyendo al aire libre, debajo del agua y en el espacio. Sin

importar la localización, sin embargo la soldadura sigue siendo peligrosa y se deben tomar

precauciones para evitar quemaduras, descarga eléctrica, humos venenosos, y la

sobreexposición a la luz ultravioleta.

PROCESOS DE SOLDADURA Soldadura por arco. Estos procesos usan una fuente de alimentación para soldadura para

crear y mantener un arco eléctrico entre un electrodo y el material base para derretir

los metales en el punto de la soldadura. Pueden usar tanto corriente continua (DC) como

alterna (AC) y electrodos consumibles o no consumibles. A veces la región de la soldadura

es protegida por un cierto tipo de gas inerte o semi inerte, conocido como gas de

protección y el material de relleno a veces es usado también.

Soldeo blando y fuerte. Es un proceso en el cuál no se produce la fusión de los metales

base, sino únicamente del metal de aportación.

El soldeo blando se da a temperaturas inferiores a 450 ºC.

El soldeo fuerte se da a temperaturas superiores a 450 ºC.

Y el soldeo fuerte a altas temperaturas se da a temperaturas superiores a 900 ºC.

GEOMETRÍA Las soldaduras pueden ser preparadas geométricamente de muchas maneras diferentes.

Los cinco tipos básicos de juntas de soldadura son la junta de extremo, la junta de

regazo, la junta de esquina, la junta de borde, y la junta-T.

Existen otras variaciones, como por ejemplo la preparación de juntas doble-V,

caracterizadas por las dos piezas de material cada una que afilándose a un solo punto

central en la mitad de su altura.

La preparación de juntas solo-U y doble-U son también bastante comunes en lugar de

tener bordes rectos como la preparación de juntas solo-V y doble-V, ellas son curvadas,

teniendo la forma de una U.

Las juntas de regazo también son comúnmente más que dos piezas gruesas dependiendo

del proceso usado y del grosor del material, muchas piezas pueden ser soldadas juntas en

una geometría de junta de regazo.

A menudo, ciertos procesos de soldadura usan exclusivamente o casi exclusivamente

diseños de junta particulares. Por ejemplo, la soldadura de punto de resistencia, la

soldadura de rayo láser, y la soldadura de rayo de electrones son realizadas más

frecuentemente con juntas de regazo. Sin embargo, algunos métodos de soldadura, como

la soldadura por arco de metal blindado, son extremadamente versátiles y pueden soldar

virtualmente cualquier tipo de junta. Adicionalmente, algunos procesos pueden ser usados

para hacer soldaduras multipasos, en las que se permite enfriar una soldadura, y

entonces otra soldadura es realizada encima de la primera. Esto permite, por ejemplo, la

soldadura de secciones gruesas dispuestas en una preparación de junta solo-V

Después de soldar, un número de distintas regiones pueden ser identificadas en el área

de la soldadura. La soldadura en sí misma es llamada la zona de fusión más

específicamente, ésta es donde el metal de relleno fue puesto durante el proceso de la

soldadura. Las propiedades de la zona de fusión dependen primariamente del metal de

relleno usado, y su compatibilidad con los materiales base. Es rodeada por la zona

afectada de calor, el área que tuvo su micro estructura y propiedades alteradas por la

soldadura. Estas propiedades dependen del comportamiento del material base cuando

está sujeto al calor. El metal en esta área es con frecuencia más débil que el material

base y la zona de fusión, y es también donde son encontradas las tensiones residuales.

1 La junta de extremo cuadrado

2 Junta de preparación solo-V

3 Junta de regazo o traslape

4 Junta-T

VENTAJAS DE LA SOLDADURA El empleo de conexiones soldadas en vez de atornilladas o remachadas permite un

ahorro de material (hasta de un 15%).

La soldadura requiere menos trabajo y por lo tanto menos personal que la

colocación de remaches o tornillos (un soldador puede reemplazar una cuadrilla de

remachadores).

La soldadura permite una gran variedad de conexiones, cosa que no se puede con

remaches o tornillos.

Las conexiones soldadas son más rígidas que las demás, lo cual permite una

verdadera continuidad en la transmisión de elementos mecánicos entre miembros.

Debido a la mayor resistencia del metal de aportación las conexiones soldadas

permiten una gran resistencia a la fatiga.

Las estructuras soldadas pueden repararse muy fácilmente a diferencia del resto.

Las conexiones soldadas han permitido la construcción de estructuras soldadas y

"limpias".

Las conexiones soldadas permiten ajustes de proyecto más fácilmente que en otro

tipo de conexiones.

El trabajo de soldadura es silencioso comparado con el remachado.

Hay un ahorro considerable en el cálculo, detallado y montaje de las estructuras.

DESVENTAJAS Las conexiones rígidas puede n no ser óptimas en el diseño.

La revisión de las conexiones soldadas no es muy sencillo con respecto al resto.

La creencia de la baja resistencia a la fatiga en conexiones soldadas.

REMACHE Es un elemento de fijación que se emplea para unir de forma permanente dos o más

piezas. Consiste en un tubo cilíndrico (el vástago) que en su fin dispone de una cabeza.

Las cabezas tienen un diámetro mayor que el resto del remache, para que así al

introducir éste en un agujero pueda ser encajado. El uso que se le da es para unir dos

piezas distintas, sean o no del mismo material.

Existe un pequeño matiz diferenciativo entre un roblón y un remache. Los roblones están

constituidos por una sola pieza o componente, mientras que los remaches pueden estar

constituidos por más de una pieza o componente. Es común denominar a los roblones

también remaches, aunque la correcta definición de roblón es para los elementos de unión

constituidos por un único elemento.

Las ventajas de las uniones remachadas/roblonadas son:

Se trata de un método de unión barato y automatizable.

Es válido para unión de materiales diferentes y para dos o más piezas.

Existe una gran variedad de modelos y materiales de remaches, lo que permite

acabados más estéticos que con las uniones atornilladas.

Permite las uniones ciegas, es decir, la unión cuando sólo es accesible la cara

externa de una de las piezas.

Como principales inconvenientes destacar:

No es adecuado para piezas de gran espesor.

La resistencia alcanzable con un remache es inferior a la que se puede conseguir

con un tornillo.

La unión no es desmontable, lo que dificulta el mantenimiento.

La unión no es estanca.

CLASIFICACIÓN Remaches de compresión

Remaches ciegos

Remache ciego con mandril de estiramiento

Con pasador guiado

Roscados

Expandidos químicamente

PERNO El perno o espárrago es una pieza metálica larga de sección constante cilíndrica,

normalmente hecha de acero o hierro. Está relacionada con el tornillo pero tiene un

extremo de cabeza redonda, una parte lisa, y otro extremo roscado para la chaveta,

tuerca, o remache, y se usa para sujetar piezas en una estructura, por lo general de gran

volumen.

Tuerca con su perno. Modelos de pernos

1.4 TRANSPORTACIÓN Y MONTAJE Al seleccionar el proceso constructivo a utilizar en un proyecto, es necesaria la correcta

evaluación del transporte. En gran medida, del resultado de esta evaluación se decide si

los elementos serán fabricados en planta fija, en planta móvil o a pie de obra.

La incidencia del costo del transporte en el costo total de la obra es directamente

proporcional a la distancia por recorrer y a la complejidad del flete. En condiciones

normales, es aceptable que una obra que esté a menos de 350 km tenga un costo por

transporte del 10 al 20 por ciento del costo total de los prefabricados.

Existen dos tipos de fletes: los que por sus características de peso y dimensiones se

ejecutan con equipos de transporte ordinario y los que exceden el peso y dimensiones

permitidos en las normas y reglamentos locales o federales. Los primeros se realizan con

camiones o tractocamiones y plataformas, los segundos con equipos de transporte

especializado. Por los riesgos que implican el exceso de peso y dimensiones, estas

maniobras las deben realizar empresas que cuentan con registro en la Secretaría de

Comunicaciones y Transportes.

EQUIPOS DE TRANSPORTE ESPECIALIZADOS

TIPOS Y CAPACIDADES Para realizar fletes se utilizan combinaciones vehiculares de tractocamiones acoplados a

semirremolques. A continuación se define una clasificación atendiendo a su tipo, se

incluyen los más comunes usados en México.

Tractocamión (T): Vehículo automotor destinado a soportar y arrastrar semirremolques y

remolques. Normalmente se utilizan vehículos con motores diesel de 300 a 450 HP.

Semirremolque (S): Vehículo o plataforma sin eje delantero unido a un tractocamión de

manera que sea jalado y parte de su peso sea soportado por éste. Es posible también

utilizarlos separados del tractocamión pero unidos a trabes de grandes dimensiones.

Tractocamión con semirremolque acoplado.Tractocamión con semirremolque unido a

trabe.

Remolque (R): Vehículo o plataforma con eje delantero y trasero no dotado de medios de

propulsión y destinado a ser jalado por un vehículo automotor o acoplado a un

semirremolque.

Módulo (M): Plataformas acoplables longitudinal y lateralmente, con ejes direccionales y

suspensión hidráulica o neumática.

Módulo direccional de 5 ejes (M5) para 65 toneladas.

Patín delantero (PD) y Patín trasero (PT): Bastidores de uno o más ejes con llantas para

transferir carga, también conocidos como “dollys”. En ocasiones estos dollys tienen

dirección propia para facilitar las maniobras.

Vista de un patín trasero.

Grúa industrial (GI): Máquina de diseño especial autopropulsable o montada sobre un

vehículo para efectuar maniobras de carga, descarga, montaje y desmontaje.

Unidad piloto (UP): Vehículo de motor dotado de una torreta y señales de advertencia

para conducir y abanderar el tránsito de las grúas industriales o las combinaciones

vehiculares por los caminos y puentes.

Unidad piloto.

Las combinaciones vehiculares especiales podrán aceptarse cuando se trate del

transporte de carga indivisible (es decir, una sola viga) con peso útil menor a 90

toneladas. El transportista deberá demostrar con una memoria de cálculo la distribución

de cargas de la combinación y que la carga se desplaza con seguridad considerando las

características geométricas de la ruta que se seguirá.

NORMAS Y REGLAMENTOS Dependiendo de la ruta a tomar el transportista deberá respetar las normas y

reglamentos que se encuentren en vigor en las entidades por las que transitará, de tal

forma que si los viajes no son locales deberá respetar la norma NOM-040-SCT-

2-1995 que corresponde al transporte de objetos indivisibles de gran peso o volumen,

peso y dimensiones de las combinaciones vehiculares de las grúas industriales y su

tránsito por caminos y puentes de jurisdicción federal. Además, deberá respetar la Ley

de caminos, puentes y autotransporte federal, el reglamento de autotransporte federal y

servicios auxiliares, el reglamento sobre el peso, dimensiones y capacidad de los vehículos

de autotransporte que transitan en los caminos y puentes de jurisdicción federal.

La norma NOM-012-SCT-2-1995 trata sobre el “Peso y Dimensiones Máximas con los que

pueden Circular los Vehículos de Autotransporte que Transitan en los Caminos y Puentes

de Jurisdicción Federal”. La dimensión máxima de una combinación vehicular para

transitar en condiciones ordinarias es 20.8 m por lo que al restarle la dimensión del

tractocamión resulta una pieza de 15.8 m. El peso útil máximo permitido es 26.4

toneladas, de tal forma que toda pieza que exceda estas cantidades tendrá que ser

transportada por una compañía que cuente con el servicio especializado de carga. Para

ello, la norma dicta restricciones. Entre las más importantes están:

1) Los transportes se sujetarán a los siguientes horarios: de lunes a viernes con luz

diurna y en la noche de 0:00 a 6:00 horas, y los sábados de 6:00 a 14:00; durante

vacaciones normalmente se restringen los permisos.

2) Las combinaciones vehiculares especiales no podrán transitar en convoy.

3) Las rutas deben estar previstas y señaladas en el permiso y sólo podrán modificarse

en caso de emergencia.

4) Dependiendo de las dimensiones deben llevar una o dos unidades piloto las cuales

deben conducir, abanderar y apoyar la logística de la transportación. Éstas deben cumplir

con una serie de especificaciones técnicas y de operación referentes a color, iluminación,

señalización, avisos y características físicas, entre otras.

5) En condiciones climatológicas adversas la combinación debe detenerse en un sitio

seguro hasta que éstas sean favorables para continuar.

6) Todas las unidades deberán transitar con las torretas y los faros principales

encendidos.

7) Dependiendo de la combinación vehicular y del tipo de carreteras, se especifican

velocidades máximas y cargas máximas por llanta y por eje; dependiendo de las cargas se

especifican otros aspectos como la distancia entre ejes internos y la altura del centro de

gravedad de la carga.

SEGURIDAD Para no correr riesgos es importante observar las disposiciones de señalización y

abanderamiento que exige la Secretaría de Comunicaciones y Transportes. Por su peso la

cantidad de energía liberada en una colisión es muy grande; además siempre será más

difícil detener vehículos con cargas y dimensiones excesivas.

En los accesos a las obras es conveniente tener señalizaciones adicionales y bandereros

para auxiliar a los operadores y maniobristas. Los terraplenes y terracerías deben estar

nivelados y bien compactados para evitar hundimientos o que se atasque el equipo.

En ocasiones existen sitios en la ruta por donde no pasa la combinación vehicular; sin

embargo existe la posibilidad de “colear”, es decir auxiliar la maniobra levantando con una

grúa la parte posterior del elemento. Para esto es necesario que el área cercana esté

libre de cables y obstáculos. Resulta muy peligroso aproximarse a cables de alta tensión

pues, dependiendo de las condiciones de humedad, intensidad y voltaje a distancias

menores a 1.50 m se puede formar un arco y transmitir la corriente al equipo.

Límite de acercamiento de los equipos con líneas conductoras de electricidad.

Cuando se requieren permisos especiales de otras dependencias como Ferrocarriles,

Comisión Federal de Electricidad y Policías Municipales entre otros, resulta conveniente

programar y coordinar los trabajos con anticipación para evitar tiempos muertos de

tractocamiones o grúas.

ACCESORIOS Y HERRAMIENTAS Existen accesorios y herramientas adicionales como mangueras de sistema de frenos de

mayor longitud que las convencionales para remolques o patines traseros, extensiones

para luces y torretas, letreros según lo marca la norma y cadenas y gatas para

aseguramiento de la carga, entre otros.

Para la conducción de una combinación que requiera de unidad piloto, es conveniente que

se cuente con sistemas de radio-comunicación.

Para maniobras complejas existen dollys o módulos direccionales que permiten

maniobrabilidad en los patines traseros. También es frecuente que cuando en el acceso a

una obra no hay espacio suficiente, se realicen maniobras con dos tractocamiones

“espalda con espalda”. Para operar los equipos direccionales se debe contar con

herramientas y equipo especial.

Maniobra “espalda con espalda”

CONSIDERACIONES ADICIONALES DE ANÁLISIS Puntos de apoyo: Al transportar las piezas prefabricadas deben estar apoyadas

exclusivamente en los puntos considerados desde el diseño, de lo contrario pueden sufrir

daños.

Asimismo, en caso de formar estibas o tongas, los apoyos de las camas superiores deben

coincidir perfectamente con los de las camas inferiores para evitar distribuciones de

esfuerzos y momentos distintas a las consideradas en el análisis. Al colocar las piezas en

las unidades de transporte se deben apoyar sobre elementos de madera o en apoyos

especialmente diseñados para ello.

Detalle de los apoyos durante el transporte

Lo más común es que los elementos prefabricados estén diseñados para apoyarse

simplemente en sus extremos; sin embargo por maniobrabilidad en el transporte en

ocasiones se requiere meter hacia adelante el patín trasero o colocar el apoyo posterior

en voladizo. Al hacer esto se genera un momento negativo que sumado al que genera el

presfuerzo debe ser contrarrestado con acero de refuerzo ordinario.

MONTAJE En las obras prefabricadas el montaje representa entre 10 y 30 por ciento del costo

total de la obra. En términos generales, mientras mayor sea el volumen de la obra, menor

será el costo relativo del montaje. Sin embargo, hay que considerar que los equipos de montaje por ser especializados y

generalmente de gran capacidad, tienen costos horarios elevados, por lo que resulta

indispensable una buena planeación de todas las actividades.

Para la elección adecuada del equipo hay que considerar que la capacidad nominal con la

que se le denomina comercialmente a una grúa es la carga máxima que soportará pero con

el mínimo radio y a la menor altura. Es obvio que la capacidad nominal de una grúa siempre

tendrá que ser mayor que la carga más grande a mover. Esta capacidad disminuirá

proporcionalmente a la distancia a lanzar el elemento a partir del centro de giro de la

grúa y a la altura a levantarlo.

Los rangos de capacidad se basan en condiciones ideales:

1) Nivel de piso firme

2) Viento en calma

3) No llevar la carga lateralmente ni balanceándose

4) Buena visibilidad

5) La maquinaria debe estar en buenas condiciones, que no tenga miembros estructurales

ni dañados ni fatigados y debe estar equipada como “recién salida de la fábrica”.

En términos simples podemos calcular la capacidad requerida, C, de una grúa con la

siguiente función: C = 0.37 W d

Donde C es la capacidad requerida, W el peso del elemento (T) y d es la distancia desde

el punto de rotación de la pluma hasta el centro del claro de la pieza a montar (m).

También es importante considerar que las grúas de mediana y gran capacidad (mayores

de 45 toneladas) tienen en sí mismas exceso de peso y dimensiones, por lo que su

traslado y acceso a las obras en ocasiones resulta imposible o incosteable.

EQUIPOS DE MONTAJE

TIPOS Y DIMENSIONES Los equipos de montaje para elementos prefabricados los podemos dividir en dos grupos,

los de pequeña capacidad y los de mediana o gran capacidad.

En general, los elementos para losas cortas como las losas alveolares, prelosas y viguetas,

entre otros, y los elementos para fachadas y muros se consideran de peso pequeño,

aunque se pueden montar con grúas hidráulicas, en ocasiones se utilizan grúas torre, que

si bien son muy versátiles por su gran alcance, no tienen la capacidad suficiente para

lanzar elementos medianos lejos de su centro de rotación. En obras de menor

envergadura, se utilizan malacates, gatos y pórticos.

Las grúas hidráulicas se dividen en telescópicas y estructurales o de celosía.

Grúa telescópica. Grúa estructural o de celosía.

Las primeras tienen las siguientes ventajas: tienen mayor precisión ya que poseen una

función más al extender su pluma y por lo mismo pueden introducirla en lugares

inaccesibles para una pluma rígida. Estas grúas se dividen en montadas sobre camión y

autopropulsadas o todo terreno. En general las grúas telescópicas de menos de 140

toneladas pueden transitar completas y listas para trabajar llegando a la obra, sobre

todo, las montadas sobre camión. Las autopropulsadas tienen mayor movilidad por su

menor tamaño y porque poseen dirección en ambos ejes, además de que pueden transitar

con cierta carga sobre los neumáticos; sin embargo para tránsitos largos requieren de un

tractocamión con cama baja para su traslado, lo que incrementa el costo. El

mantenimiento en el sistema hidráulico de estas grúas debe ser más riguroso porque la

pérdida de presión complicará las maniobras.

Las grúas estructurales o de celosía superan a las anteriores en capacidad, ya que su

pluma es mucho más ligera y trabaja en compresión y no a flexión; sin embargo en

tránsitos largos deberán contar con tractocamiones para transitar los accesorios, de tal

forma que al llegar y al salir de una obra requieren de tiempo y espacio para armar

contrapesos y la longitud de pluma necesaria. Normalmente están montadas sobre camión,

el cual cuenta con el sistema hidráulico de gatos para estabilizarse. También existen

sobre orugas que pueden hacer traslados muy cortos pero con toda la carga, mientras que

las montadas sobre camión no pueden transitar con toda la carga.

ACCESORIOS Y HERRAMIENTAS Un montaje puede ser auxiliado por gran cantidad de accesorios o herramientas para

facilitar la maniobra, sobre todo cuando el equipo está cerca de su capacidad límite,

cuando por obstáculos el acceso sea complicado o cuando por diseño los prefabricados

requieran ser izados de puntos especiales. A continuación se mencionan algunos de ellos:

Perno de izaje: Perno metálico que atraviesa un prefabricado donde se requiere que la

sujeción sea articulada. Se utiliza para montajes de elementos que se transportan

horizontalmente y se colocan en posición vertical.

Balancín: Elemento generalmente metálico colocado en forma horizontal del que se

sujetan los estrobos y que permite tomar una pieza de varios puntos de forma tal que

dicha pieza reduzca su longitud a flexión y la carga axial.

Montaje de columna para puente utilizando balancín y perno de izaje.

Tortugas: Accesorios para trasladar objetos pesados sobre superficies planas. Tienen

sistemas de rodamiento con gran capacidad de carga y poca fricción. También se pueden

utilizar placas metálicas con grasa.

Perno de nivelación: Accesorio que se coloca en la base de una columna desde su

fabricación para ajustar el nivel de desplante de ésta, corrigiendo posibles diferencias

por el trazado en campo.

Tortugas y perno de nivelación

Armadura de montaje: Trabe provisional generalmente formada por armaduras metálicas

sobre la cual se apoya la punta de una trabe de gran longitud que corre sobre tortugas

para cruzar al extremo contrario de una hondonada.

Armadura de montaje.

Tirford: Malacate mecánico y manual para jalar la carga hasta el punto deseado.

Grilletes: Anillo que sujeta cables de izaje o estrobos con la oreja del prefabricado.

Vista de los estrobos y grilletes.

Gatos: Gatos hidráulicos o de arena en forma de botella para levantar o empujar o

descender elementos de gran peso.

Puntal o pie derecho: Elemento de apoyo provisional para mantener en posición vertical un

elemento pendiente de conectarse definitivamente.

Barriletes de izaje: Dispositivo con cuerda interior, anclado al prefabricado. Sirve para

alojar a un tornillo que sujeta una oreja de izaje con articulación doble o sencilla.

PROCEDIMIENTOS

TOLERANCIAS Y HOLGURAS Tolerancia es el margen de imprecisión aceptado en las dimensiones de los elementos

prefabricados originado por procedimientos constructivos o por error, mientras que

holgura significa el espacio libre entre las piezas que se debe prever desde el proyecto

ejecutivo para hacer posible el ensamble. A mayores tolerancias permitidas, mayores

deberán ser las holguras.

Las tolerancias que permite la construcción con elementos prefabricados son menores a

las tolerancias permitidas en una obra convencional ya que los elementos a ensamblarse

tienen una longitud predeterminada y es costosa su modificación. Las tolerancias varían

dependiendo de los aspectos que a continuación se mencionan:

a) Dimensiones del prefabricado: a mayores dimensiones del elemento, mayores

tolerancias y holguras, no sólo por posibles errores, sino por facilidad de maniobra

b) Dirección de la medición: la importancia de la precisión depende si se mide el ancho, el

peralte o la longitud

c) Tipo de construcción: por razones arquitectónicas, estéticas o de instalaciones y

acabados, las edificaciones requieren de mayor precisión que los pasos o puentes

vehiculares

d) Tipo de prefabricado: los precolados de fachada requieren de tolerancias menores, así

como los elementos estructurales que tienen acabados aparentes

e) Dependencia u orden de secuencia: la posición de los elementos de los cuales

dependerá el apoyo de más elementos montados posteriormente, requiere de mucha

precisión porque los errores se acumulan. Así, un error en la cimentación afectará al

resto de la estructura

Por lo anterior, es necesaria la consideración de holguras desde el proyecto ejecutivo

para posibles correcciones durante el montaje y para facilitar el ensamble o la

introducción de elementos prefabricados. De igual forma, las posibles irregularidades que

parecieran insignificantes en los perfiles de los prefabricados requieren de considerar

holguras en el ancho de elementos ya que de lo contrario, cuando estas se acumulan al

final, tienen errores tan grandes que imposibilitan la colocación de los últimos elementos.

MONTAJE DE ELEMENTOS VERTICALES Columnas. Lo primero es obtener los niveles de la obra y adecuar el perno de nivelación al

nivel de desplante según el proyecto. Se prepara la columna retirando accesorios que en

lo sucesivo no se utilizarán como son ganchos de izaje para maniobras y atiesadores que

no se requieran, entre otros.

Para el montaje de las columnas se acostumbra primero descargar del camión al piso para

luego tomar la pieza de los puntos preestablecidos. Cuando las piezas son pequeñas, se

toma del extremo superior y la grúa gira a medida que levanta la columna hasta llegar al

centro de gravedad de la pieza en posición vertical. Cuando la pieza es de mayores

dimensiones, se toman los dos extremos con malacates independientes o con dos grúas si

la capacidad de una no es suficiente. Mientras una levanta el extremo superior la otra

toma el extremo inferior, hasta que la primera toma el total de la carga, se suelta la

segunda grúa y la primera coloca la columna en su posición.

Todos los elementos deben colocarse perfectamente a plomo en todas sus caras y a toda

su altura. Antes de conectarse definitivamente se debe confirmar su verticalidad con

métodos topográficos o con plomada.

Generalmente el análisis estructural supone que las columnas están empotradas al

sistema de cimentación, por lo que es necesario transmitir a éste las cargas verticales y

el momento de empotramiento.

Tres formas de lograrlo:

a) Candelero: Es un hueco cuyas dimensiones en la base son poco mayores a las de la

columna a empotrar. Su refuerzo debe estar ligado a la cimentación. Una vez colocada y

puesta a plomo la columna, se acuña perfectamente en todas sus caras y se cuela el

espacio entre el candelero y la columna con mortero con estabilizador de volumen,

asegurándose que penetre perfectamente en la parte inferior mediante un mortero de

alto revenimiento. Se debe esperar a que el relleno obtenga resistencia para retirar las

cuñas superiores y para cargar sobre la columna las piezas subsecuentes.

Normalmente es posible continuar con el procedimiento de montaje después de 24 horas

utilizando una buena mezcla.

Montaje de columnas en candelero.

Vainas: Son huecos o perforaciones en la cimentación mayores al diámetro de las varillas

de armado principal que sobresalen de la cara inferior de las columnas. Estas varillas se

introducen en las vainas que previamente se saturaron con adhesivo epóxico de alta

resistencia el cual adhiere la varilla de la columna con la cimentación. La ventaja de este

procedimiento es que se utiliza el peralte total de la cimentación para transmitir las

cargas verticales, la desventaja es que se requiere de mucha mayor precisión en los

colados en sitio y cualquier corrección es costosa. Además, se requiere de apuntalamiento

provisional, mayor espacio y de herramienta más cara. Esta conexión no debe usarse en

zonas sísmicas ya que no es capaz de transmitir ni cortantes ni momentos y tiene una

capacidad mínima para resistir volteos.

Montaje de columnas en vaina.

c) Placa soldada: Se dejan las preparaciones de acero estructural en la cimentación y en

la columna con el anclaje suficiente para transmitir los esfuerzos deseados y se suelda en

campo placa con placa. En general, no es recomendable usar soldadura para conectar

elementos estructurales debido a que es costoso, requiere de un riguroso control de

calidad, es sensible a la corrosión y su falla es frágil ante cargas dinámicas como las

originadas por los sismos.

MONTAJE DE ELEMENTOS HORIZONTALES Trabes portantes y de rigidez. Preferentemente, estos elementos deben ser tomados

directamente del tractocamión que los transporta y colocados en la estructura en una

sola maniobra, para lo cual el operador debe estudiar el sitio óptimo para estabilizar su

grúa y realizar el menor número de movimientos posibles. Una vez colocada y centrada la

pieza se revisa el plomo de sus costados y centros de trazo. Si es necesario se calza del

lado que se requiera y se acuña para garantizar su correcta colocación. Cuando se

requiere soldadura, se puntea sólo lo necesario antes de soltar los grilletes, para que la

pieza soporte su peso propio; mientras la brigada de montaje prosigue con otras piezas,

la de soldadura terminará los cordones según proyecto.

Montaje de columnas y trabes.

Montaje de elemento de gran tamaño; nótese la posición de la grúa al centro del claro

1.5 PROTECCIÓN CONTRA INTERPERIE E INCENDIO Tratamientos superficiales

Debido a la facilidad que tiene el acero para oxidarse cuando entra en contacto con la

atmósfera o con el agua es necesario y conveniente proteger la superficie de los

componentes de acero para protegerles de la oxidación y corrosión. Muchos tratamientos

superficiales están muy relacionados con aspectos embellecedores y decorativos de los

metales.

Los tratamientos superficiales más usados son los siguientes:

Cincado: tratamiento superficial antioxidante por proceso electrolítico o mecánico

al que se somete a diferentes componentes metálicos.

Cromado: recubrimiento superficial para proteger de la oxidación y embellecer.

Galvanizado: tratamiento superficial que se da a la chapa de acero.

Niquelado: baño de níquel con el que se protege un metal de la oxidación.

Pavonado: tratamiento superficial que se da a piezas pequeñas de acero, como la

tornillería.

Pintura: usado especialmente en estructuras, automóviles, barcos, etc.

Tratamientos térmicos

Un proceso de tratamiento térmico adecuado permite aumentar significativamente las

propiedades mecánicas de dureza, tenacidad y resistencia mecánica del acero. Los

tratamientos térmicos cambian la microestructura del material, con lo que las

propiedades macroscópicas del acero también son alteradas.

Los tratamientos térmicos que pueden aplicarse al acero sin cambiar en su composición

química son:

Temple

Revenido

Recocido

Normalizado

Los tratamientos termoquímicos son tratamientos térmicos en los que además de los

cambios en la estructura del acero también se producen cambios en la composición

química de la capa superficial, añadiendo diferentes productos químicos hasta una

profundidad determinada. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y

enfriamiento controlados en atmósferas especiales. Entre los objetivos más comunes de

estos tratamientos está aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el núcleo

más blando y tenaz, disminuir el rozamiento aumentando el poder lubrificante, aumentar

la resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a fatiga o aumentar la resistencia a la

corrosión.

Cementación (C): aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce,

aumentando la concentración de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en

cuenta el medio o atmósfera que envuelve el metal durante el calentamiento y

enfriamiento. El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona

periférica obteniéndose después por medio de temples y revenidos, una gran

dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el núcleo.

Nitruración (N): aumenta la dureza superficial incorporando nitrógeno en la

composición de la superficie de la pieza. Se logra calentando el acero a

temperaturas comprendidas entre 400 y 525 °C, dentro de una corriente de gas

amoníaco, más nitrógeno.

Cianuración (C+N): endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Se

utilizan baños con cianuro, carbonato y cianato sódico. Se aplican temperaturas

entre 760 y 950 °C.

Carbonitruración (C+N): introduce carbono y nitrógeno en una capa superficial con

hidrocarburos como metano, etano o propano; amoníaco (NH3) y monóxido de

carbono (CO). En el proceso se requieren temperaturas de 650 a 850 °C y es

necesario realizar un temple y un revenido posterior.

Sulfinización (S+N+C): aumenta la resistencia al desgaste por acción del azufre. El

azufre se incorporó al metal por calentamiento a baja temperatura (565 °C) en un

baño de sales.

Entre los factores que afectan a los procesos de tratamiento térmico del acero se

encuentran la temperatura y el tiempo durante el que se expone a dichas condiciones al

material. Otro factor determinante es la forma en la que el acero vuelve a la

temperatura ambiente. El enfriamiento del proceso puede incluir su inmersión en aceite o

el uso del aire como refrigerante.

El método del tratamiento térmico, incluyendo su enfriamiento, influye en que el acero

tome sus propiedades comerciales.

Según ese método, en algunos sistemas de clasificación, se le asigna un prefijo indicativo

del tipo. Por ejemplo, el acero O-1, o A2, A6 (o S7) donde la letra "O" es indicativo del

uso de aceite (del inglés: oil quenched), y "A" es la inicial de aire; el prefijo "S" es

indicativo que el acero ha sido tratado y considerado resistente al golpeo (Shock

resistant).

REFERENCIAS

es.wikipedia.org/wiki/Acero

catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lar/ochoa_p.../capitulo6.pdf

www.construaprende.com › DOCUMENTOS › APUNTES

www.construmatica.com/.../Estructuras_Metálicas

www.arqhys.com/principales94.html

html.rincondelvago.com/tuercas-y-remaches.html

www.anippac.org.mx/capitulo06.pdf

www.construmatica.com/construpedia/Ejecuci%C3%B3n_de_Estructuras_

Met%C3%A1licas