lunes, 23 de diciembre de 2013

PROTECCIÓN DE LA ESTRUCTURA CONTRA EL FUEGO

El incendio es una situación accidental que puede producirse durante la vida de un edificio, por lo que debe ser considerado en su estudio como una acción más.

La protección contra incendios en nuestro país se encuentra regulada por la norma NBE-CPI96. En ella se conceptúa la seguridad en base a la tipificación de los elementos constructivos según su estabilidad ante el fuego, independientemente de otros factores, tales como los referidos a la intensidad y duración del incendio, a la tipologia del edificio, a su ubicación, al contenido en su interior, etc. Tampoco se tiene en consideración el gran aumento en la seguridad que proporcionan los modernos sistemas de detección y extinción de incendios.

La razón principal de una protección contra incendios es evitar la pérdida de vidas humanas. Generalmente, cuando lamentablemente ésta se producen, es debido a la asfixia y/o la intoxicación causadas por los gases de la combustión, y a veces, a las quemaduras, pero son insignificantes, por no decir nulas. las producidas por colapso estructural. Siendo esto así, las medidas de protección deben dirigirse principalmente a evitar la propagación del incendio y a la correcta definición y señalización de las vías de evacuación necesarias.

1. Efectos del fuego.

Iniciado el incendio en un edificio, por las diferentes causas que pueden originario, el fuego se incrementa y mantiene por la combustión de los materiales del continente (estructuras, cerramientos, instalaciones...), pero sobre todo de los de su contenido.

Los efectos que produce el incendio son:

• La combustión de los materiales. En el caso de estructuras de madera, ésta puede quemarse, pudiendo llegar a perder su capacidad resistente por disminución de sus secciones.
• La generación de calor por la reacción exotérmica de combustión. Este calor puede transmitirse a elementos no combustibles, como las estructuras de acero y de hormigón, provocando un aumento de su temperatura, lo que da lugar a dilataciones excesivas y a la disminución de la resistencia de los materiales.

La producción de gases eventualmente tóxicos. Este es el mayor de los problemas al provocar asfixia y falta de visibilidad, durante la evacuación urgente del edificio.

2. Prevención.

La primera medida para evitar un incendio es la reducción de las cargas de fuego de continente y contenido. Habitualmente esto no se puede conseguir de forma absoluta, por la necesidad de utilización y/ó almacenamiento de materiales combustibles. Por tanto la detección del incendio en un primer momento, mediante detectores de humos u otros, y la creación de compartimentos estancos para evitar su propagación, se convierten en las mejores medidas de prevención.

Por otra parte, el objetivo primordial tras producirse el incendio es salvaguardar la vida de las personas, por lo que deben preverse las necesarias vías de evacuación, diseñadas según el número cJe personas que puedan poblar el edificio y su movilidad, de acuerdo con la normativa vigente (NBE-CPI-96).

En el mismo sentido, las estructuras deben mantener también unas condiciones de seguridad, que no dificulten la extinción del incendio.

3. Estabilidad ante el fuego de los elementos estructurales.

La norma NBE-CPI-96 establece el grado mínimo de estabilidad al fuego de los elementos estructurales en función del uso del edificio y de la altura máxima de evacuación.

El grado de estabilidad al fuego viene determinado por el tiempo que el elemento permanece es• table al fuego según el ensayo definido por la norma UNE 23093. Se expresa por las siglas EF seguidas por un número que indica los minutos de estabilidad. Los tiempos normalizados son 15. 30, 60, 90, 120, 180 y 240 minutos.

En la tabla siguiente se indican los grados de estabilidad mínimos exigibles a los elementos estructurales de edificios de distintos usos, según la NBE-CPI-96:



Otras normas, como las DIN, determinan la categoría del edificio para su protección contra el fuego en función de la llamada carga de fuego calculada, y de acuerdo con ésta establecen el grado de resistencia al fuego exigible a la estructura.

La carga de fuego calculada se obtiene a partir de la carga de fuego unitaria, el espesor de los materiales, la superficie del sector de incendio y el número cJe plantas del edificio.

La carga de fuego unitaria se obtiene sumando los productos de los pesos de los materiales combustibles (continente y contenido) por la cantidad de calor que cada uno produce en su combustión completa y dividiendo el resultado por la superficie afectada. Se expresa en McaI/m2.

Otras normas (CEPREVEN) evalúan el riesgo de incendio en función del pe’igro potencial, exposición al riesgo y medidas de protección adoptadas.

4. Protección contra el fuego de los elementos estructurales.

Para alcanzar los valores de estabilidad al fuego exigibles por la norma, se debe proceder al recubrimiento de las superficies o al ocultamiento de los elementos estructurales en la tabiqueria. fachadas y forjados del  edificio.

Los medios habitualmente empleados para alcanzar la resistencia y estabilidad requeridas en los elementos estructurales, son los siguientes:

• Proyección de mortero de cemento y vermiculita, o de fibras minerales.
• Recubrimientos con placas de vermiculita o yeso.
• Imprimación con pinturas intumescentes.
• Escamoteamiento de la estructura en las fachadas, divisiones interiores de albañilena y forjados de piso.

La velocidad con la que un perfil alcanza la temperatura crítica de fallo, depende de cociente entre el perímetro de las superficies expuestas al fuego y el área de la sección del perfil: U/A (masividad). En vigas que soportan forjados, el perímetro para superficies proyectadas o imprimadas se obtiene mediante la expresión:


El perímetro para superficies recubiertas con placas se obtiene mediante la expresión:


Existen tablas homologadas confeccionadas por los fabricantes que, en función de la masividad (U/A) y del grado de estabilidad requerido, proporcionan el espesor del tipo de protección elegido.

La protección por medio de proyecciones se logra por adherencia al elemento estructural en toda su superficie (Fig. 7.3). La proyección más habituaf se realiza con mortero de cemento y vermiculita. en una o varias capas, y se ejecuta en obra. una vez finalizado el montaje, sobre la estructura sin pintar. La misma protección se encarga de la función anticorrosiva. Es necesario que la cubierta del edificio esté terminada antes de proceder a la ejecución de este proceso para evitar humedades en el revestimiento.



Otros tipos de proyecciones comunes son las de fibra mineral, las de ana mineral y las de vermiculita en solitario.

Todas estas proyecciones necesitan la colGcación de mallas adicionales de refuerzo a partir de espesores de 60 ó 65 mm (Fig. 7.4). Las superficies de aplicación deben estar limpias de grasas, restos de pintura y cascarillas de laminación. El mínimo espesor de recubrimiento suele rondar los 10 mm.



Los recubrimientos con placas de vermiculita, de yeso o de fibras minerales ligadas con resma, se disponen formando un cajón alrededor de los elementos, mediante placas rígidas unidas por adhesivos, ganchos o grapas de conexión (Figs. 7.5 y 7.6). Se ejecutan tras el montaje, y es conveniente el dotar a los elementos estructurales de una imprimación anticorrosiva previa, Los espesores mínimos de las placas son del orden de 20 mm y, habitualmente, es un trabajo más laborioso que la proyección, pero con la ventaja de ser más limpio y no depender del criterio del aplicador a la hora de determinar el espesor.






La protección por medio de pinturas intumescentes es muy utilizada, fundamentalmente en elementos que van a dejar vista alguna de sus superficies, Estos productos se caracterizan por aumentar su volumen, hasta alcanzar el espesor de protección, por la acción del calor producido en el incendio, presentando previamente un aspecto exterior como el de cualquier pintura. Las pinturas para la protección anticorrosiva deben aplicarse antes que la pintura intumescente.

Otra forma de protección de la estructura consiste en embeber, total o parcialmente, los elementos estructurales en otros elementos constructivos con una resistencia al fuego contrastada. Este es el caso de jácenas embebidas en los forjados, que presentan únicamente su ala inferior visible, y de pilares ocultos en las fachadas o en las medianerías. En estos casos, la estabilidad al fuego de los elementos constructivos que rodean a la estructura, debe tenerse en cuenta a la hora de definir el tipo de protección, pudiendo, en muchos casos, obviarse una protección específica para el elemento estructural. Por ejemplo, un tabique sencillo de ladrillo hueco de 4 cm guarnecido por la cara expuesta, tiene una resistencia al fuego de 60 minutos.

En el apéndice 1 de la NBE-CPI-96 se dan datos de resistencia al fuego de elementos constructivos,  Conviene insistir en que la protección contra incendios debe considerarse en todo tipo de edificios, con independencia del material estructural elegido. En el caso concreto del acero, la estabilidad de la estructura al fuego durante un período de tiempo determinado se garantiza por cualquiera de los sistemas descritos. El costo de la protección anticorrosiva y contra incendios en edificios del tipo estudiado, rara vez supera el 1,5% del presupuesto total. Esta cantidad puede ser notablemente inferior cuando los elementos estructurales quedan naturalmente protegidos por las obras de fábrica, siendo tanto menor cuanto mayor número de elementos estructurales queden ocultos.

lunes, 16 de diciembre de 2013

PROTECCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO CONTRA LA CORROSIÓN

La corrosión es un fenómeno natural que se produce por la reacciin del oxígeno del aire con el hierro del acero. En esta reacción se produce una liberación de energía, dando lugar a compuestos químicamente más estables.

La corrosión se ve favorecida por diversas circunstancias, entre las que caben destacar las siguientes:

• Elevada humedad relativa del aire
• Elevada temperatura
• Existencia de determinadas substancias contaminantes en el aire que, con la humedad, generan un  medio electrolítico (Ambientes agresivos)
• Existencia de corrientes eléctricas erráticas.

Salvo la oxidación por elevadas temperaturas, que puede tener lugar en un medio no iónico, el resto de los fenómenos de oxidación se produce por reacciones electroquímicas. La existencia de diferencias de potencial entre el hierro y otros elementos, menos activos que él, hace que, puestos en contacto en un medio electrolítico, se produzca una pequeña corriente eléctrica entre ánodo (hierro) y cátodo (otros elementos), dando lugar a una transferencia jónica que convierte al hierro en óxido férrico que se deposita sobre la superficie del material.

Por tanto, el medio más simple para evitar este fenómeno es introducir una capa dieléctrica que impida el contacto del acero con el medio que le rodea. Esta capa se consigue normalmente por recubrimiento de pinturas, cuyo proceso de aplicación más general se describe a continuación.

1. Protección con pintura.

La correcta elección de las pinturas de protección requiere el conocimiento cJe las características del material a proteger, del tipo de ambiente que lo rodea y de los posibles productos agresivos.cuya actuación sea previsible.

En el caso de las estwcturas de acero, el proceso general requiere las siguientes fases:
 
A. Preparación de las superficies 
B. Aplicación de las pinturas de protección activa y pasiva o de acabado

A. Preparación de las superficies

La correcta preparación de las superficies es fundamental para lograr un buen comportamiento de la pintura a aplicar posteriormente. Una pintura aplicada sobre una superficie mal preparada es totalmente inútil. 

El método más completo consiste en:

• Eliminación de aceites y grasas.
• Eliminación de cascarillas o costras de laminación y óxidos.
• Limpieza final mediante chorreado de las superficies con arena, granaila o perdigones. El grado del chorreado puede variar desde el grado comercial hasta el denominado de metal blanco.

Es recomendable pintar lo más rapidamente posible estas superficies. una vez preparadas, para evitar nuevas oxidaciones.

B. Aplicación de pinturas de protección activa y pasiva o de acabado

La barrera de protección se divide en dos partes, activa y pasiva. La protección pasiva se realiza por un recubrimiento uniforme y continuo, que no permita al oxígeno llegar hasta el hierro. Sin embargo cualquier  pequeño poro convierte esta barrera en insuficiente. Para evitar la penetración del oxigeno hasta la superficie del acero por dichos poros, se aplica una capa interior, que contiene partículas metálicas activas que pueden combinarse con el oxígeno, antes que el hierro. Estos metales son el plomo, el cinc y el cadmio, entre otros. Este es el recubrimiento activo.

Las pinturas activas o de fondo más empleadas llevan pigmentos de minio de plomo o de polvo de cinc. Debido a la toxicidad del plomo, la tendencia actual es la utdización de pinturas a base de compuestos de cinc. Los espesores habituales son de 80 pm para exteriores y de 40 μm para interiores.

Las pinturas pasivas o de acabado, impiden la destrucción prematura de la capa activa. Los compuestos de ambas capas deben tolerarse químicamente. Los pigmentos de las pinturas pasivas proporcionan los colores deseados. Los espesores varían de 30 a 50 μm.

Entre los sistemas de aplicación, directamente relacionados con el tipo de pintura a aplicar, los habituales son la brocha, el rodillo y la pistola.

En estructuras intenores, la protección anticorrosiva se ve favorecida por la protección adicional que proporcionan los paramentos exteriores frente a los agentes del medio externo. En elementos situados entre las dos hojas de un tabique tambor, o en el espacio entre el forjado y el falso techo. prácticamente no es necesaria ninguna protección pasiva, siendo suficiente la capa de protección activa.

Una adecuada protección de pintura consigue hacer muy duraderas a las estructuras de acero. Buen ejemplo de ello son los numerosos puentes de ferrocarril construidos en nuestro país a finales del siglo pasado y que todavía están en servicio o lo han estado hasta hace muy escasos años.

Un buen revestimiento anticorrosivo tiene una duración aproximada de unos 10 años en ambientes exteriores normales. Tras este plazo, suele ser suficiente la renovación de la capa de acabado. No obstante, si anualmente se reparan los pequeños deterioros que se produzcan, el plazo para la renovación de toda la pintura se alarga considerablemente, reduciendose los gastos de conservación.

2. otras protecciones

En ciertos diseños especiales, se utilizan otros métodos de protección tales como el galvanizado o el denominado de ánodos de sacrificio.

El galvanizado del ácero consiste en recubrirlo de una capa de cinc puro, metal mucho más resistente que el hierro a los ataques ambientales. El recubrimiento puede hacerse por inmersión en un baño de metal fundido, por proyección del cinc sobre el acero o por deposición electrolftica. La aplicación de uno u otro medio depende de los espesores de recubrimiento que se quieran obtener, del tamaño y de la situación de los elementos a galvanizar.

La protección mediante ánodos de sacrificio consiste en colocar unos electrodos desprotegidos, de metales más activos, en contacto con el elemento a proteger, para que la oxidación se produzca sobre ellos. Una variante de este sistema es el de las corrientes impresas, que consiste en introducir una corriente eléctrica con un potencial determinado entre el elemento a proteger (cátodo) y los ánodos.

Estos sistemas no se utilizan habitualmente en estructuras de edificación.

Mucho más interesante es señalar la existencia en el mercado de unos aceros de baja aleación, patinables, en los que la oxidación de su superficie, crea una capa de óxido protectora que impide el progreso de la oxidación.

lunes, 9 de diciembre de 2013

FORJADOS CON ESTRUCTURA EMBEBIDA (SLIMFLOOR)



Hay ocasiones en las que la reducción cJe las alturas entre pisos de un edificio puede ser de gran importancia. Una posible solución para lograrlo es, entre otras, reducir el espacio total ocupado por el forjado, haciendo que las alturas correspondientes a la viga y a la losa no se sumen.  

Para ello, es preciso diseñar forjados con las vigas embebidas en su canto, que forma que el techo quede plano, sin descuelgues de vigas. Esto, además de reducir la altura total, facilita el paso de las instalaciones entre el falso techo y el forjado. 

Este tipo constructivo, muy extendido por el Norte de Europa, puede ejecutarse con los dos tipos de forjado descritos anteriormente.
 
La ejecución de estos forjados exige que la anchura del ala superior de las vigas sea menor que la de la inferior. Esto se logra por medio de secciones armadas (Figs. 6.7 y 6.8).


Esta solución, en general, encarece la estructura debido a que los cantos de las vigas quedan limitados por el espesor del forjado y, para la misma luz y la misma flecha admisible, los espesores de las alas y almas de la viga armada son superiores a los de una viga laminada de canto normal. Por otra parte, el precio por kilogramo de una viga armada es siempre superior al de una viga de perfil laminado normal.
 

lunes, 2 de diciembre de 2013

FORJADO DE LOSAS ALIGERADAS

Se materializan mediante elementos prefabricados de hormigón armado pretensado, en forma de placas o losas, con huecos longitudinales de aligeramiento, que se colocan sobre las vigas de la estructura. Normalmente se complementan con una capa de compresión, hormigonada “in situ”, que da continuidad al conjunto (Fig. 6.4).


Estos forjados comparten las ventajas de rapidez de ejecución, limpieza y buen control de calidad con los compuestos de chapa, consiguiendo también alcanzar grandes luces.

El montaje se realiza por medio de grúas con unos útiles especiales de sujeción, siendo por tanto necesario que el entramado de vigas y pilares permita el posicionamiento de cada placa en su lugar correspondiente.

Es recomendable la colocación de una pequeña capa de compresión, de 4 ó 5 cm, que consiga la solidarización de la estructura a las placas. Esta se realiza por medio de unos conectores de redondo de acero soldados a las vigas, que garantizan el trabajo del forjado en conjunto con el resto de la estructura (Figs. 6.5 y 6.6).


Para las sujeciones de instalaciones y falsos techos, es conveniente prever elementos embebidos, tales como casquillos roscados u otros, durante la fabricación.

Hay que tener sumo cuidado cuando sea necesario abrir agujeros para el paso de instalaciones, que deben hacerse en los puntos indicados por el fabricante.

Los costos obtenidos con esta solución son sumamente competitivos para forjados de gran luz.

lunes, 25 de noviembre de 2013

FORJADOS MIXTOS DE HORMIGÓN Y CHAPA DE ACERO

Estos dos elementos pueden trabajar conjuntamente formando una sección resistente mixta, o bien puede utilizarse la chapa simplemente como encofrado perdido, colocando armaduras de tracción como si aquella no existiese.

La solución de chapa colaborante exige que la adherencia entre acero y hormigón sea capaz de resistir los esfuerzos rasantes que se producen entre ambos materiales. Esto se logra mediante pequeños resaltes realizados en la chapa a lo largo de las grecas.

La solidarización ciel foqado a las vigas se consigue por medio de unos conectores metalicos. soldados a las mismas, que quedan embebidos en la losa de hormigón (Fig. 6.2).



El cálculo del forjado se puede realizar como losa biapoyada o como losa continua, disponiendo, en cada caso, las armaduras necesarias.

Las luces máximas habituales en este tipo de forjados, para poder hormigonar sin necesidad de apuntalamiento, son de 2,5 m + 3,5 m, pudiendose reahzar distintas combinaciones de espesores de chapa, espesores de losa y armaduras adicionales para lograr satisfacer una amplia gama de posibilidades. Los suministradores proporcionan las tablas correspondientes a sus fabricados, con todas las variantes.

Con el fin de dar una idea de la relación canto/carga útil de este tipo de forjados, a continuación se muestra, como ejemplo, la tabla correspondiente a un forjado compuesto por chapa perfilada de 0,8 mm de espesor y 76 mm de greca, trabajando como losa continua de dos vanos de 3.5 m, para una flecha máxima de L/400:



Colocando armaduras adiconaes en el centro de los vanos se alcanzan mayores cargas útiles (Fig. 6.3).


Como ventajas de este sistema de forjado se pueden destacar las siguientes:

Ligereza, al aprovechar al rriaxirno el canto útil de la losa, permitiendo disminuir el espesor de hormigón.

Rapidez de ejecución, al eliminar el encofrado tradicional y los apeos. (Se pueden hormigonar, sin apeos, forjados de hasta 3,5 m de luz libre para cantos normales).

Facilidad de sujeción de las instalaciones y falsos techos bajo el forjado, al poder aprovechar las embutíciones en cola de milano que algunos fabricantes incorporan en su perfil.

Cuando se utiliza la chapa exclusivamente como encofrado perdido, el cálculo se realizará como una losa tradicional. La chapa debe garantizar la resistencia suficiente para soportar el peso del hormigón  fresco y las sobrecargas de ejecución durante el hormigonado y fraguado de la losa. En caso necesario se colocarán sopandas intermedias. asta variante es más cara que la anterior para luces iguales, al no considerar la colaboración de la chapa, pero presenta las mismas ventajas funcionales que el forjado de chapa colaborante.

El sistema de chapa colaborante. de uso en ascenso en nuestro país en edificios para oficinas.  goza de gran aceptación en países como USA, donde es uno de los sistemas más utilizados.

lunes, 18 de noviembre de 2013

BASES DE PILARES

La transmisión de los esfuerzos de los pilares a las cimentaciones requiere la existencia de unos etementos que puedan distribuir dichos esfuerzos, de forma que las tensiones alcanzadas en la cimentación, generalmente ejecutadas con hormigón, sean admisibles para este material de resistencia unitaria inferior a la del acero. Estos elementos, normalmente, son unas placas de apoyo que, dependiendo de las acciones a transmitir, pueden precisar de elementos rígidizadores (Fig. 5.17). Como norma general, es más económico disponer una placa de espesor grueso que una placa delgada con rigidizadores.



La unión del pilar a la placa de base se realiza por soldadura en taller, que debe dimensionarse para la transmisión de todos los esfuerzos.

Cuando el esfuerzo que transmite el pilar es de compresión, ya sea centrada o excéntrica, la transmisión se realiza por contacto a través de la placa base. Cuando en la supérficie de contacto existen tracciones estas deben absorberse por medio cJe los denominados pernos de anclaje. Aún en el caso de que no existan tracciones es necesario colocarlos como elementos de fijación y para su colaboración en la transmisión del esfuerzo cortante en el pie de los pilares.

Los pernos de anclaje transmiten su esfuerzo de tracción al hormigón, bien por adherencia, en cuyo caso es preciso calcular su longitud para que las tensiones cJe adherencia sean inferiores a las admisibles, o bien utilizando para su anclaje, bastidores embebidos en el hormigón u otros sistemas (fig. 5.18).


En las estructuras de los edificios considerados, en esta guía, las cargas que los pilares transmiten a la cimentación son, generalmente, esfuerzos de compresión simple o compuesta.

En el caso de compresión simple las placas se dimensionan para que las tensiones que se transmiten al hormigón sean inferiores a la admisible. En este caso, la función de los pernos, es de posicionamiento. La distribución de tensiones se considera uniforme bajo la placa.

En el caso de compresión compuesta que no produzca tracciones la distribución de tensiones bajo la placa será trapezoidal o. a lo sumo triangular. La placa base se dimensionará para que la tensión máxima en el borde no supere a la admisible.

En el caso, no frecuente, de una resultante de compresión de gran excentricidad que produzca tensiones de tracción, la norma admite una aproximación que consiste en considerar que las compresiones se distribuyen uniformemente en un cuarto de la longitud de la placa y las tracciones son absorbidas por los pernos de anclaje (fig- 5.19).

La tracción en los pernos (T) y la tensión sobre el cimiento (σc se obtienen mediante las siguientes tres fórmulas:

Siendo:




B el ancho de la placa

El espesor de la placa se dimensiona con la flexion que sobre ella producen las reacciones del cimiento, considerando la placa empotrada en el pilar y trabajando en voladizo. Su valor es:


Siendo:

M = Momento flector debido a la reacción del cimiento
σu = Resistencia de cálculo del acero
B = Anchura de la placa base

El montaje se realiza utilizando unas tuercas de nivelación en los pernos para igualar la placa en altura. Una vez nivelada, se hormigona la zona entre la placa y el cimiento, lo que debe ser realizado con especial cuidado. En placas de dimensiones superiores a 750 x 400 mm se deben hacer agujeros de control de 50 mm para evitar la presencia de bolsas de aire.

Los agujeros de la placa para el posicionamiento de los pernos, ya anclados en el cimiento, se hacen de un diámetro 3 ó 4 cm superior al estrictamente necesario, para poder posicionar fácilmente la placa. Posteriormente se sueldan a ésta arandelas de ajuste con el diámetro del agujero habitual para dicho perno y con el espesor suficiente para que no se produzca aplastamiento del material.

La existencia de pequeños esfuerzos horizontales es absorbida también por los pernos de anolaje, que deben ser calculados como cualquier elemento de unión (tornillos), sometidos a cortadura y/o tracción. No se recomienda el uso de diámetros inferiores a 20 mm.

La longitud de los pernos de ancraje se determinará en función de la adherencia entre hormigón y acero, si es este el tipo de anclaje previsto.

En el caso de que se dispongan elementos de anclaje (bastidores, placas embebidas, etc.) la longitud del perno es independiente de la adherencia entre hormigón y acero.

Existen casos, como la existencia de grandes flexiones sin carga de compresión, grandes esfuerzos horizontales, etc..., que precisan soluciones particulares y efectivas para cada caso, que no entran en el alcance de esta guía.

lunes, 11 de noviembre de 2013

UNION DE PILAR CON VIGA - EDIFICIOS MODULARES

1. Unión de pilar continuo con viga continua, sin transmisión de momentos.

La solución típica para este caso consiste en el diseño de un pilar compuesto de dos perfiles empresillados, y una viga que cruza interiormente la sección, apoyandose en un perfil de refuerzo. De no ser por su elevado costo y el gran espacio que ocupan las secciones compuestas, la disposición sería perfecta, al no introducir momentos en el pilar por excentricidades de las reacciones de las vigas (fig. 5.10.).



Una solución simple que puede emplearse en fachadas es la del recorte de la mitad de las alas de la viga en su unión con el pilar, y su fijación mediante tornillos (fig. 5.11.). Teóricamente tiene dos inconvenientes: el de la excentricidad del apoyo y, sobre todo, la disminución de la sección de la viga, en un punto en el que el momento f lector puede ser máximo. lo que implicaría su sobreciimensionamiento o su refuerzo con platabandas.



2. Unión de pilar continuo con viga apoyada.

La unión de una viga con un pilar continuo es  básicamente igual al Embrochalado de dos vigas,  con la diferencia de que no hace falta realizar el despalmillado de las alas. Se materializa mediante la unión del alma de la viga con uno o dos angulares a un ala, o al alma, del pilar (Fig. 5.12).  En el caso de realizar la unión soldada, lo mejor es hacerla por medio de angulares, debido a  las razones de exactitud dimensional expuestas en el post anterior. Nunca deben soldarse las alas de la viga al pilar, y la longitud del cordón debe ser la estrictamente necesaria para que la unión pueda considerarse como articulada (Fig. 5.13).





El posicionado previo de la viga puede realizarse dejando un angu’ar o un cuadradillo de apoyo soldado al  pilar. Las uniones de la viga con las alas del pilar, introducen un momento debido a la excentricidad de la unión. Este momento debe ser considerado en el cálculo del pilar.

Una unión interesante, generalmente aprovechada en el caso de pilares formados por dos perfiles en cajón, es la que se realiza por medio de un chapón soldado al pilar y atornillado al alma de la viga. Esta disposición origina siempre un momento por la excentricidad de las cargas (Fig. 5.14).



3. Unión rígida de viga con pilar.

Las uniones rígidas entre vigas y pilares, aunque generatmente ms costosas en su realización, son a menudo necesarias en el diseño de una estructura. Estas uniones pueden ser atornilladas o soldadas.  Las uniones atornilladas mas usuales son las de chapa de testa soldada al extremo de la viga (fig. 5.15.).  Las uniones soldadas se realizan por soldadura directa del perímetro de la viga al ala del pilar (fig. 5.16.).



Debe hacerse una serie de comprobaciones que pueden obligar a la introducción de rigidizadores, por fallos locales del material en el alma de la viga, o en las alas o el alma del pilar.

lunes, 4 de noviembre de 2013

UNIÓN ENTRE VIGAS - EDIFICIOS MODULARES

1 Empalmes.

En el caso de vigas continuas, los empalmes, obligados por las limitaciones de la longitud para el transporte, deben situarse en los puntos en los que, para la hipótesis de carga mas desfavorable, se den las menores solicitaciones. Estos puntos generalmente coinciden con los de momento nulo. Cuando se trata de luces similares, esos puntos se dan a una distancia de los apoyos de entre un 15% y un 20% de la luz. Una primera solución consiste en el empleo de cubrejuntas de ala y alma. En ella, se considera que el esfuerzo cortante es resistido por los cubre- juntas del alma, y el momento flector se distribuye entre cubrejuntas de alas y alma en proporción a las inercias de las alas y el alma de la sección bruta del perfil. Los tornillos se calculan a doble cortadura. Los de las alas según el esfuerzo normal que el momento flector correspondiente produce en ellas, y los del alma con la totalidad del esfuerzo cortante y el momento flector correspondiente (fig. 5.4.)


Una segunda solución es la de chapa de testa, en la que los tornillos trabajan a tracción y a cortadura (Fig 5.5)


Otra solución es la soldadura a tope de alas y alma, que sólo debe realizarse en obra si los medios de control son apropiados.

2. Embrochalado de vigas.

La unión de un brochal con una viga principal se realiza, generalmente, suponiendo que su unión es una articulación. Para ello es preciso realizarla de manera que esta hipótesis pueda válidamente cumplirse.

La forma más habitual de realizarla es atornillando las almas de ambos perfiles mediante angulares. La unión por el alma y el juego de los tornillos permite suponer una transmisión nula del momento, y considerarla como una articulación real (fig.5.6.).



En casos excepcionales puede realizarse la unión soldada entre las almas (fig. 5.7.), procurando que la longitud del cordón sea la menor posible, es decir, la estrictamente necesaria para la transmisión del esfuerzo cortante. Esta disposición no es recomendable, debido a que se precisa una gran exactitud dimensional dificilmente alcanzable en obra.



Otro sistema (mixto entre los indicados), bastante utdizado, es el de unión con angulares soldados en taller a la viga secundaria y posteriormente atornillados a la viga principal.

El posicionamiento de los perfiles se realiza por medio de un angular o cuadradillo de apoyo soldado en taller a la viga principal. Generalmente es necesario efectuar el despalmillado de una o dos de las alas de la viga secundaria, por lo que se deben comprobar los esfuerzos en la sección reducida.

En el caso en que se quiera dar continuidad a dos vigas secundarias en su embrochalamiento a la viga principal, transmitiendo el momento entre ellas, se pueden utilizar cubrejuntas para la transmisión del esfuerzo del ala traccionada como se indica en la figura (fig. 5.8.), mientras que la compresión del ala inferior se transmite por contacto y el esfuerzo cortante por medio de angulares, como en el caso anterior. Los tornillos de unión del cubrejuntas se dimensionrán de unión del cubrejuntas se dimensionarán a cortadura simple. Esta solución puede conseguirse igualmente por medio de soldadura (fig. 5.9).


lunes, 28 de octubre de 2013

UNION ENTRE PILARES DE UN EDIFICIO MODULAR

Las limitaciones de longitud exigidas por el dimensionamiento, el transporte y el montaje hacen necesaria la realización de empalmes en obra en los pilares de un edificio. Dichos empalmes pueden ser realizados para garantizar la continuidad en el pilar o para conseguir una articulación.

En el caso más habitual de pilares, con un esfuerzo axial centrado de compresión, se recomiendan dos configuraciones de empalmes: con placa de testa (Fig. 5.1) y con cubrejuntas (Figs. 5.2 y 5.3).  En el primer caso, la placa de testa se une al pilar mediante soldadura en taller y, posteriormente en obra, se colocan los tornillos de fijación. La transmisión del esfuerzo se realiza directamente entre las placas de testa de los sucesivos tramos Si los perfiles son DE distinto tamaño a cada lado del empalme, se colocan unos rigidizadores en prolongación de las alas del perfil de sección inferior, como elemento de transición. La necesidad de estos rigidizadores depende de la diferencia de canto entre tramos y del espesor de las placas de testa. Los tornillos deberán dimensionarse, al menos, para aguantar a cortadura la décima parte de la carga (salvo que estén so)icitados a cortadura, en cuyo caso se dimensionarán para esta solicitación).

UNION ENTRE PILARES DE UN EDIFICIO MODULAR

En el segundo caso de empalme por medio de cubrejuntas, estas deben dimensionarse de manera que sean capaces de transmitir la totalidad de la carga correspondiente. Los cordones de soldadura de taller y los tornillos de obra deben dimensionarse para resistir el esfuerzo total en caso de tracción. Para el caso habitual de compresión, la norma admite su transmisión por contacto directo si se mecanizan las superficies en contacto y se garantiza que estas son perfectamente planas. Se aconseja, no obstante, en el caso de transmisión total por contacto, que los tornillos y las soldaduras de taller se dimensionen para que puedan resistir al menos la tercera parte del esfuerzo de total compresión.

Cuando sea necesario, para compensar la diferencia de dimensiones de los perfiles a unir, la colocación de forros, el número de tornillos que es necesario colocar, debe ser, el calculado por las consideraciones anteriores, multiplicado por el factor 1 + 0,30 m, siendo m el número de forros dispuestos.

Ambas soluciones se pueden realizar por soldadura. En el caso de empalme de perfiles iguales, su unión podrá realizarse directamente por soldadura a tope, sin cubrejuntas ni placas de testa, tomando las medidas necesarias para garantizar la calidad de las soldaduras de obra.

Por razones constructivas, los empalmes de pilares se sitúan por encima del plano superior del forjado. Si la estructura no queda descubierta, otro punto adecuado (por razones de esfuerzos principalmente), para efectuar los empalmes, es el situado en la mitad del pilar entre dos forjados.

lunes, 21 de octubre de 2013

ESTRUCTURAS - MEDIOS DE UNION

Las primeras estructuras metálicas fueron construidas utilizando roblones como medio de unión de las diferentes piezas. Éste sistema fue muy utilizado en el pasado, pero hoy en día esta en desuso por su costosa ejecución. No obstante la norma NBEEA-95 sigue regulando las uniones realizadas con estos elementos.

Los roblones han sido sustituidos por los tornillos, que proporcionan unas resistencias mayores, simplifican el montaje y facilitan la realización de estructuras desmontables. Otra de las ventajas de las uniones atornilladas reside en que su puesta en obra prácticamente, no se ve afectada por la habilidad del operario ni por las condiciones meteorológicas, lo que proporciona una mayor uniformidad en la calidad de la ejecución.

Existen varios tipos normalizados de tornillos. de acero. Los habitualmente utilizados son:

• Tornillos ordinarios en calidad A4t (también denominado A4.6).
• Tornillos calibrados en calidad A5t (A5.6)
• Tornillos de alta resistencia en calidades A8t (A8.8) yAlOt (A1O.9).

Los tornillos ordinanos y los tornillos calibrados están concebidos para trabajar fundamentalmente a cortadura y/o tracción, mientras que los tomillos de alta resistencia tienen su principal aplicación en uniones en las que la transmisión de esfuerzos se realiza por fricción entre las superficies en contacto, que se logra mediante su apriete controlado. Estos tornillos de alta resistencia también pueden utilizarse trabajando a tracción y cortadura, total o parcialmente pretensados, aprovechando sus elevadas características resistentes.


Otro medio muy utilizado, cuyos estándares de calidad han mejorado notablemente a lo largo del tiempo, es la soldadura. Las uniones soldadas en obra están sujetas a diversas contingencias desfavorables 1 por lo que no son recomendables, a menos que se tomen precauciones que garanticen su correcta ejecución, seguida de un riguroso control de calidad. Sin embargo, es prácticamente el único medio de unión que se utiliza en taller, debido a la comodidad, rapidez y garantía de calidad que proporcionan los avanzados equipos actuales.

Otros medios de unión son los bulones, que proporcionan una articulación casi perfecta, pero su uso está prácticamente restringido a la construcción mecanica.

Finalmente, en los últimos tiempos se están promocionando las uniones por medio de adhesivos, pero no son muy utilizados en uniones acero-acero debido a la necesidad de una limpieza exquisita de las superficies y de un cuidadoso proceso de ejecución. Los fabricantes garantizan resistencias de adherencia para acero con acero del orden de 90 kg/cm2, para algunos de estos compuestos. Su utilización principal es en uniones hormigón-acero.

lunes, 14 de octubre de 2013

Elementos Para Absorber Esfuerzos Horizontales

La consecución de la estabilidad horizontal del edificio mediante celosías trianguladas implica el cálculo de los elementos de triangulación. Ya se ha señalado anteriormente que en el caso de disposiciones en cruz, se considera que sólo trabaja la barra que está a tracción (Fig. 4.1.) La resolución se reduce a la determinación del equilibrio en cada nudo.



Considereando los esfuerzos V/2 en el nudo A y V en los nudos C y E, las barras trabajan:



Se recuerda que en las piezas afectadas, (vigas y pilares que formen parte de la celosía de arriostramiento) las solicitaciones debidas a esfuerzos horizontales deberán sumarse algebraicamente a las solicitaciones debidas a cargas verticales. En la compresión introducida en las vigas puede no considerarse el coeficiente de pandeo, si las mismas están unidas eficazmente al forjado.

Una vez obtenidas las solicitaciones, se procederá al dimensionamiento de las piezas, teniendo en cuenta el pandeo en los pilares comprimidos (ver cálculo de pilares) y sin tenerlo en las piezas traccionadas. Para estas últimas son válidas las fórmulas de pilares, haciendo w = 1.

Se recomienda que, en piezas traccionadas. la esbeltez mecánica no supere el valor de 300 en piezas principales, pudiéndose llegar a 400 o más en el caso de piezas secundarias ó tirantes.

martes, 8 de octubre de 2013

PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

Las acciones definidas anteriormente, aplicadas a la estructura, provocarían unas solicitaciones en los distintos elementos que la componen y en las uniones entre ellos Estos elementos deben ser diseñados para resistir dichas solicitaciones.

A continuación se estudia el predimensionado de vigas y pilares así como el de las celosías para resistir esfuerzos horizontales.

1. Vigas

Para el cálculo aproximado de las solicitaciones se pueden utilizar las fórmulas incluidas en las tablas anexas, en función del tipo de carga (distribuida en toda la luz de la viga, distribuida en parte de la luz, puntual, triangular) y del tipo de viga (biapoyada, biempotrada o continua).

Una vez obtenidas las solicitaciones, se procede a la elección de un perfil, a la comprobación cJe su resistencia en los puntos de máxima solicitación (momento flector máximo o esfuerzo cortante máximo) y a la comprobación de su deformación máxima.

La condición de resistencia de la sección estudiada, se verifica mediante la fórmula:


En condiciones normales, para perfiles en doble T ó en H, es suficiente Ía aproximación del lado de ta seguridad, que se obtiene al considerar, para cada sección que se compruebe, la Omax y la tmax, que vienen dadas por las expresiones siguientes:



La elección del perfil a comprobar en un primer tanteo, puede realizarse a partir del momento flector, mediante la expresión:


con la que se obtiene el valor aproximado del módulo resistente necesario. Con este valor se entra en las tablas de perfiles anexas y se elige el que cumpla esta condición, procediéndose entonces a la comprobación de la sección tal como se ha indicado.

Una vez elegido el perfil y realizada la comprobación, de su resistencia, se calculará su máxima deformación mediante las fórmulas indicadas en las tablas de los anexos. Una fórmula aproximada para secciones simétricas es la siguiente:


Los valores máximos admitidos de la relación flecha/luz bajo cargas características para distintos elementos, son los siguientes:


Dados los tipos de forjados utilizados en edificios modulares, prácticamente, no es necesaria la comprobación de la inestabilidad del cordón comprimido (pandeo lateral). No obstante, en algunas circunstancias, es preciso hacer dicha comprobación mediante la aplicación de la fórmula.



Existen publicaciones en las que se dan tablas que determinan las logitiudes maximas entre puntos fijos para las que no hay que tener en cuenta este efecto o la valoración del mismo en el caso de utilización de perfiles laminados.

En el diseño de vigas armadas debe tenerse en cuenta, además de los criterios expuestos, la posibilidad de abollamiento del alma y el cálculo de los cordones de soldadura de unión entre alma y ala.

Según la norma, cuando la relación e/ha sea no menor a:


siendo e el espesor del alma y ha su altura, no se produce abolladura del alma. Si no es así, debe estudiarse el fenómeno, lo que queda fuera del alcance de esta publicación, remitiéndose a la norma y sus anexos.
Para el cálculo de los cordones de soldadura de unión ala-alma, de acuerdo con la norma NBEEA-95 tabla 3.A.6.1, caso 18:



2. Pilares.

Los pilares están solicitados, en el caso más general, por un esfuerzo axial de compresión y un momento flector.

En las estructuras de nudos articulados, el esfuerzo axial se determina considerando las reacciones de las vigas que concurren en el pilar, sumando las correspondientes a las plantas que soporta. El momento flector es la suma algebraica de los momentos parciales que cada viga origina y que es igual a su reacción en el apoyo por su excentricidad. Los pilares trabajarán a compresión compuesta.

En el caso de uniones rígidas de vigas y pilares, se deberán comprobar los pilares con los momentos reales resultantes del cálculo hiperestático definitivo.

En el caso de pilares y vigas continuos, por no existir excentricidad en el apoyo de las vigas, los pilares trabajarán a compresión simple.

Se deberá tener en cuenta el pandeo simple según los dos ejes principales, sin considerar la posible coacción de los elementos de fachada.

Las secciones consideradas son las correspondientes a perfiles simples o compuestos por dos perfiles simples en cajón.

En pilares sometidos a compresión centrada la comprobación de la sección se realiza mediante
la expresión:


El coeficiente de pandeo (t), es función de la esbeltez máxima λmax del perfil y del tipo de acero.Viene dado en la tabla adjunta para los tipos más usuales de acero.

La esbeltez mecánica de un pilar según un plano perpendicular a un eje de inercia, se determina dividiendo la longitud de pandeo en ese plano por el radio de giro de la sección bruta respecto a dicho eje de inercia:


Como norma general, en piezas comprimidas, se recomienda que la esbeltez mecánica no supere el valor 200 en elementos principales, pero puede llegarse a 250 en elementos secundarios de arriostramiento.

La longitud de pandeo depende de las vmculaciooes en los extremos del pilar y está determinada por lk = Bl, siendo l la longitud real de la pieza y B el coeficiente de esbeltez, función de dichas vinculaciones, que puede ser:


siendo (t) el coeficiente de pandeo en función de la mayor de las esbelteces.

3. Elementos Para Absorber Esfuerzos Horizontales

lunes, 30 de septiembre de 2013

EDIFICIOS MODULARES: ACCIONES A CONSIDERAR

Acciones gravitatonas

Vienen definidas en la norma NBE-AE-88 y son las producidas por el peso de los elementos constructivos, de los objetos y de los sujetos que puedan actuar en función de su uso, y por la nieve acumulada en las cubiertas. Estas acciones se pueden dividir en concarga, formada por el peso propio y las cargas permanentes, y sobrecarga, que puede ser de uso o de nieve.

La sobrecarga de uso en edificios de oficinas para acceso de público en general y edificios docentes es de 300 kg/m2. En oficinas particulares, ésta se puede considerar de 200 kglm2. En el caso de galerías comerciales se debe aumentar hasta los 400 kg/m2. En escaleras y accesos, es de 400 kg/m2.

La sobrecarga de nieve sobre una superficie horizontal de cubierta es el peso de nieve que puede llegar a acumularse en ella. La norma NBE-AE-88 establece dicha sobrecarga en función de la altura topográfica de cada población, fijando los siguientes valores: 

Para casos especiales se debe consultar la norma.

Acciones de viento

Las acciones de viento se definen en la norma NBE-AE-88. Estas acciones producen esfuerzos horizontales en la estructura. El viento actúa en todas las direcciones pero, en su estudio en la edificación, se considera su acción en la dirección de sus ejes principales.

La influencia del viento sobre la estructura se determina por la presión dinámica que produce sobre los paramentos exteriores del edificio. Los forjados, considerados como elementos rgidos, se encargan de transmitir dicho esfuerzo a la estructura.

La presión dinámica se determina en función de la situación topográfica de la construcción, de la zona en que se encuentra y de la altura de coronacióri del edificio.

Los valores fiados oor la norma son los siguientes:


La sobrecarga del viento sobre un elemento superficial se obtiene aplicando un coeficiente eólico c a la presión dinámica:

p=cw

El coeficiente c es positivo para presión y negativo para succión y su valor depende de la configuración de la construcción, de la posición del elemento y del ángulo ti. de incidencia del viento en la superficie.

Para edificios ortogonales, con cubierta horizontal y superficies planas, los coeficientes eólicos son los siguientes:


Para edilicios de formas chierentes, edilicios abiertos o muy esbeJtos y circunstancias particulares, remitirse a la norma.

Acciones térmicas

Se producen por las variaciones dimensionales debidas a las variaciones de temperatura, en las estructuras que tienen coaccionada la libre deformación. Si se disponen juntas de dilatación a distancia máxima de 40 m, se puede prescindir de la influencia de estas acciones. Igualmente, cuando la estructura ha sido revestida con elementos que aseguran variaciones de temperatura no superiores a ± lO ºC, puede no tenerse en cuenta. Esto ocurre prácticamente en todas las edificaciones del tipo estudiado, debiendo considerarse este efecto en edificios singulares, bien por sus dimensiones o por su ubicación.


Acciones sísmicas

Los criterios que han de seguirse dentro del terniorio español para la consideración de las acciones sísmicas vienen establecidos en la norma NCSE-94.

Las prescripciones de índole general son de aplicación a todas las construcciones. Estas prescripciones son las siguientes:

• Clasificación de las construcciones
• Mapa de peligrosudad sísmica. Aceleración sísmica básica
• Aceleración sísmica de cálculo

A partir de la obtención de los datos proporcionados por estas prescripciones generales, se determinará si procede o no la aplicación de la norma.

Como criterio general, no es obligatoria la aplicación de la norma en los siguientes casos:

• En las construcciones de moderada importancia, Estas son las que tienen una probabilidad despreciable de que su destrucción por el terremoto pueda ocasionar victimas, interrumpir un servicio primario o producir daños económicos significativos a terceros.

• En las demás construcciones, cuando la aceleración sísmica de cálculo ac sea inferior a 0,06 g, siendo g la aceleración de la gravedad.

La ac se determina a partir del mapa de peligrosidad sísmica, en función de la ubicación de la edificación. De él se obtiene la aceleración sísmica básica ab que multiplicada por el coeficiente de riesgo p nos da la ac:

ac=p•ab

El coeficiente , es 1 para edificaciones con un período de vida de 50 años (edificios normales) y 1,30 para edificaciones con un período de vida de 100 años (edificios monumentales).

Para los demás casos, la norma es de obligado cumplimiento, remitiéndose a ella en caso de ser necesario el cálculo sísmico.

En la figura se reproduce el mapa de peligrosidad sísmica.