CONTRAVENTEO

contraventeo

SIMULACIÓN DE TERREMOTO

AMORTIGUADORES SISMICOS

AMORTIGUADORES SISMICOS

SOLDADURA OXIACETILÉNICA

UNIONES POR SOLDADURA

Las estructuras se forman mediante conjuntos de chapas o perfiles unidos entre sí con enlaces capaces de soportar los esfuerzos que se transmiten entre las piezas.

El objeto principal de la unión es el de asegurar la mejor continuidad de las piezas, continuidad que será más perfecta cuanto más uniforme sea la transmisión del esfuerzo.

La transmisión de esfuerzos en las uniones se hace en muchas ocasiones de modo indirecto, ya que para pasar el esfuerzo de una pieza a otra se la obliga previamente a desviarse de su trayectoria normal. En el caso de soldadura a tope, la transmisión es directa.

TIPOS DE UNIONES POR SOLDADURA

Se llama  soldadura a la unión de dos piezas metálicas de igual o parecida composición, de forma que la unión quede rígida y estanca.

Esto se consigue bien por el efecto de fusión que proporciona la aportación de calor, bien por la aportación de otro metal de enlace o por la combinación de ambos efectos.

Existen cerca de cuarenta sistemas de soldar, pero el más importante para las estructuras metálicas es el sistema de soldadura por fusión.

En las soldaduras por fusión el calor proporcionado funde los extremos de las piezas y al solidificar se produce la unión.

Existen diferentes tipos de soldadura por fusión, pero los más utilizados son dos:

· Soldadura autógena

· Soldadura por arco eléctrico, que es la que se utiliza en estructuras metálicas

SOLDADURA AUTÓGENA

Conocida también como soldadura oxi-combustible u oxiacetilénica.

En la soldadura autógena el calor lo proporciona una llama producida por la combustión de una mezcla de acetileno y oxígeno, en la proporción 1:1, que se hace arder a la salida de una boquilla. La temperatura alcanzada en la llama es de unos 1300°C. El calor producido funde los extremos a unir, con lo que se obtiene, después de la solidificación, un enlace homogéneo.

Aunque este tipo de soldadura todavía se utiliza en los talleres mecánicos, no es correcta su utilización en uniones sometidas a esfuerzos, ya que por efecto de la temperatura se provocan unas tensiones residuales muy elevadas, siendo en general más lenta y cara que la soldadura por arco.

De todas formas, cuando el soplete oxiacetilénico se utiliza en la  soldadura de piezas, se le suele completar con un alambre de material de aportación que se funde al mismo tiempo que los bordes de las piezas, formando en conjunto el cordón de soldadura.

El tamaño de la boquilla del soplete es aproximadamente igual que el espesor de las chapas a unir.

SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO

La soldadura por arco se basa en que si a dos conductores en contacto se les somete a una diferencia de potencial, establecemos entre ambos una corriente.

Si posteriormente se les separa, provocamos una chispa, cuyo efecto es ionizar el  gas o el aire que la rodea, permitiendo así el paso de la corriente, a pesar de no estar los conductores en contacto.

Con esto lo que hacemos es crear entre ellos un arco eléctrico por transformación  de la energía eléctrica en energía luminosa y calorífica.

El calor provocado por el arco no sólo es intenso, sino que además está muy localizado, lo que resulta ideal para la operación de soldar. Las temperaturas alcanzadas  son del orden de 3500°C.

En el circuito eléctrico formado por los electrodos y el arco, la intensidad de corriente depende de la tensión y de la resistencia del circuito. Si los electrodos se acercan o se separan variará la resistencia y la intensidad y, por lo tanto, la energía se transformará en calor, con lo que la soldadura no será uniforme.

Los procedimientos de soldadura en arco pueden agruparse en tres:

· Con electrodos de carbono.

· Con electrodos de tungsteno en atmósfera de hidrógeno (soldadura al hidrógeno atómico).

· Soldadura con electrodo metálico.

a). Soldadura con electrodo de carbono.

No se utiliza en la estructura metálica. El arco salta entre un electrodo de carbón y la pieza a soldar. Se complementa con metal de aportación.

b). Soldadura con electrodo de tungsteno.

El arco salta entre dos electrodos de tungsteno en atmósfera de hidrógeno. El calor   del arco disocia las moléculas de hidrógeno, que vuelven a soldarse al contacto con las  piezas a soldar, desprendiendo una gran cantidad de calor.

Este calor funde las piezas y permite que se efectúe la soldadura en ausencia del oxígeno y el nitrógeno del aire.

c). Soldadura con electrodo metálico revestido.

Es el procedimiento de unión normalmente utilizado en la construcción metálica, pudiendo afirmarse sin titubeos que el gran desarrollo de la construcción metálica actual se debe en gran parte a este sistema.

La unión se consigue al provocar un arco eléctrico entre las piezas a unir y un electrodo que sirve de material de aportación. El operario establece un contacto inicial entre el electrodo y la pieza a soldar (llamada trabajo), con lo que se inicia un flujo de corriente.

A continuación se retira ligeramente el electrodo y se establece un arco, que funde el electrodo y los bordes de la pieza a unir, formándose el cordón de soldadura.

EL CORDON DE SOLDADURA

a). Zona de soldadura: Es la zona central, que está formada fundamentalmente por el metal de aportación.

b). Zona de penetración. Es la parte de las piezas que ha sido fundida por los electrodos.

La mayor o menor profundidad de esta zona define la penetración de la soldadura. Una soldadura de poca penetración es una soldadura generalmente defectuosa.

c). Zona de transición. Es la más próxima a la zona de penetración.

Esta zona, aunque no ha sufrido la fusión, sí ha soportado altas temperaturas, que la han proporcionado un tratamiento térmico con posibles consecuencias desfavorables, provocando tensiones interna.

Las  dimensiones fundamentales que sirven para determinar un cordón de soldadura son la garganta y la longitud.

La  garganta (a) es la altura del máximo triángulo isósceles cuyos lados iguales  están contenidos en las caras de las dos piezas a unir y es inscribible en la sección transversal de la soldadura.

CLASIFICACIÓN DE LOS CORDONES DE SOLDADURA

Los cordones de soldadura se pueden clasificar:

· Por la posición geométrica de las piezas a unir.

* Soldaduras a tope (figura 4)

* Soldaduras en ángulo (figura 5)

Por la posición del cordón de soldadura con respecto al esfuerzo (figura 6)

* Cordón frontal

* Cordón lateral

* Cordón oblicuo

Por la posición del cordón de soldadura durante la operación de soldar (figura 7)

* Cordón plano (se designa con H)

* Cordón horizontal u horizontal en ángulo (se designa por C).

* Cordón vertical (se designa con V)

* Cordón en techo o en techo y en ángulo (se designa con T)

POSICIONES PARA SOLDADURA POR ARCO

En el proceso de soldadura por arco eléctrico se puede aplicar con las siguientes posiciones 

POSICIÓN PLANA

POSICIÓN SOBRECABEZA

DIFERENCIA ENTRE ARTICULACIÓN, EMPOTRAMIENTO Y SEMI- EMPOTRAMIENTO

ARTICULACIÓN

La articulación se trata de una unión en la que a posibilidad de movimiento lineal relativo entre los elementos que une. Puede constituirse en apoyo a tierra o en nudo de unión entre dos o más elementos estructurales; además de considerarse los efectos de la fricción, son ejemplos de articulaciones los clavos, tornillo y pernos, en los que, salvo la falla o ruptura de los elementos de unión, no existen posibles desplazamientos lineales entre los elementos unidos. Las acciones que e elemento apoyado transmite a la articulación provoca en esta una fuera de reacción  que puede tomar contra dos proyecciones que representa las limitaciones al movimiento relativo, tanto vertical como horizontal.

EMPOTRAMIENTO

Este tipo de apoyo es el mas utilizado estructuralmente y se trata de una forma de unión en la que no se permite el desplazamiento lineal ni angulares entre los elementos unidos, tal como es el caso de las juntas soldadas,, de las juntas remachadas del concreto reforzado con acero de refuerzo continuo y otros sistemas
Recibe el nombre de empotramiento cuando se apoya a tierra y de nudo elástico cuando se une a dos o más elementos estructurales 

SEMI-EMPOTRAMIENTO

Es decir, que le valor  de la sujeción, no sea total e inconmovible, si no que tenga un movimiento parcial y que por lo tanto el valor del momento de empotramiento quede reducido  o a otro menor con lo cual, en cambio, el momento positivo  será  mayor

TIPOS DE UNIONES EN ACERO

La construcción en estructuras metálicas debe entenderse como prefabricada por excelencia, lo que significa que los diferentes elementos que componen una estructura deben ensamblarse o unirse de alguna manera que garantice el comportamiento de la estructura según fuera diseñada. El proyecto y detalle de las conexiones puede incidir en forma significativa en el costo final de la estructura. La selección del tipo de conexiones debe tomar en consideración el comportamiento de la conexión (rígida, flexible, por contacto, por fricción, etc.), las limitaciones constructivas, la facilidad de fabricación (accesibilidad de soldadura, uso de equipos automáticos, repetición de elementos posibles de estandarizar, etc.) y aspectos de montaje (accesibilidad para apernar o soldar en terreno, equipos de levante, soportes provisionales y hasta aspectos relacionados con clima en el lugar de montaje, tiempo disponible, etc.).

REMACHES

Remaches en caliente o roblones. Para hacer este tipo de uniones, las planchas que se debían unir se perforaban en un régimen que se determinaba por cálculo, reforzando los empalmes y traslapes con planchas igualmente perforadas de acuerdo al mismo patrón. Muchas veces estas planchas adicionales llegaron a representar hasta el 20% del peso total de la estructura. Los roblones o remaches tienen una cabeza ya preformada en forma redondeada y se colocan precalentados a una temperatura de aprox. 1.200ºC, pasándolos por las perforaciones y remachando la cara opuesta hasta conformar la segunda cabeza. Al enfriarse, su caña sufrirá una contracción que ejercerá una fuerte presión sobre los elementos que se están uniendo. En la práctica, este procedimiento está superado por el desarrollo y evolución del acero como de las posibilidades de unirlo.

SOLDADURA

Soldadura. La soldadura es la forma más común de conexión del acero estructural y consiste en unir dos piezas de acero mediante la fusión superficial de las caras a unir en presencia de calor y con o sin aporte de material agregado. Cuando se trabaja a bajas temperaturas y con aporte de un material distinto al de las partes que se están uniendo, como por ejemplo el estaño, se habla de soldadura blanca, que es utilizada en el caso de la hojalatería, pero no tiene aplicación en la confección de estructuras. Las ventajas de las conexiones soldadas son lograr una mayor rigidez en las conexiones, eventuales menores costos por reducción de perforaciones, menor cantidad de acero para materializarlas logrando una mayor limpieza y acabado en las estructuras.

Tipos de soldadura que se pueden prácticar

 formas de practicar los biseles en los perfiles o planchas a soldar

PERNOS Y UNIONES APERNADAS

Pernos y uniones apernadas: La tendencia actual y creciente es a realizar las uniones apernadas en terreno (cuya inspección y control de obra es mucho más fácil y económica de hacer) y las uniones soldadas en taller. Aún así, la construcción y materialización de estas uniones apernadas requiere de un cuidadoso y detallado planeamiento en los planos de fabricación, cuya precisión milimétrica debe ser estrictamente respetada en la maestranza a fin de evitar descalces o problemas en el montaje. Entre las ventajas de las uniones apernadas se cuenta con que existe una amplia gama de dimensiones y resistencia, no se necesita una especial capacitación, no exige un ambiente especial para el montaje y simplica los procesos de reciclado de los elementos. 

TORNILLOS

Los tornillos son conexiones rápidas utilizadas en estructuras de acero livianas, para fijar chapas o para perfiles conformados de bajo espesor (steel framing). Las fuerzas que transfieren este tipo de conexiones son comparativamente bajas, por lo que normalmente se tienen que insertar una cantidad mayor de tornillos (hay que tener presente que los tornillos deben ser utilizados preferentemente para unir chapas delgadas). Los tornillos pueden ser autorroscantes o autoperforantes (no necesitan de perforación guía y se pueden utilizar para metales más pesados). Entre las ventajas de estas conexiones hay que destacar que son fáciles de transportar, existe una gran variedad de medidas, largos, diámetros y resistencia; y finalmente, que son fáciles de remover, factor importante para el montaje y desmontaje de los componentes de la estructura.

CHAVETAS Y LENGÜETAS

Se utilizan cuando se necesita conseguir que el movimiento de un árbol o eje sea solidario con

cualquier otro elemento de la máquina.

Las  chavetas son unas piezas prismáticas, generalmente de sección rectangular, en forma de cuña de acero que se interponen entre dos piezas para unirlas y hacer solidario el giro entre ellas. 

Para ello es necesario realizar, previamente, un  chavetero (ranura) en ambas piezas donde se

introduce una chaveta. Las chavetas pueden ser transversales o longitudinales, según su colocación respecto al eje de giro.

GUÍAS

 Son piezas que se emplean en las máquinas y en otros aparatos para permitir que una pieza se 

desplace en una dirección determinada con respecto a otra que se encuentra fija.

DISEÑO DE UNIONES

Un aspecto importante en el diseño de uniones y conexiones es la determinación, que se debe hacer en la etapa de proyecto de estructura, del tipo de conexión que se diseña: si es rígida o articulada (flexible). Se llaman conexiones rígidas aquellas que conservan el ángulo de los ejes entre las barras que se están conectando, en tanto serán articuladas o flexibles, aquellas que permitan una rotación entre los elementos conectados (aunque en la realidad no existan conexiones 100% rígidas ni 100% flexibles). Ambas se pueden ejecutar por soldadura o apernadas, pero será determinante el diseño, el uso de elementos complementarios (ángulos, barras de conexión, nervaduras de refuerzo, etc.), las posición de los elementos de conexión y las holguras y/o los elementos que permitan la rotación relativa de un elemento respecto del otro.

Tipos de columnas

COLUMNAS DE ACERO

 Son elementos de acero sólido y su sección depende del diseño estructural, son hechas en fábrica y soldadas a una placa de acero fijada a un pedestal de concreto.

Las columnas de acero son fabricadas previamente en un taller o en una fábrica especializada en estructuras de acero, simultáneamente se pueden realizar obras en el terreno, como fundaciones u otras. Por lo tanto su montaje en obra depende de la hechura de su base que se compone de zapata, pedestal con la correspondiente placa.

Características de una columna de acero

• ·         Se puede trabajar en varios pisos a la vez, durante la obra gris.
• ·         La fundación de una columna de acero es de menor dimensión que las de una columna de concreto ya que el peso de una estructura de acero es más liviana que la de concreto.
• ·         Aunque el dimensionamiento final de la estructura lo determina el cálculo estructural.
• 
  
  Proceso Constructivo de una columna de acero
  1.    Colocación de armaduría de zapata, pedestal y tensores
  2.    Colado de zapata y pedestal, no necesariamente los tensores deben de colarse en este punto.
  3.    La unión de las columnas a la fundación, se hace por medio de una placa base de acero soldada a la columna; ésta reparte la carga en la superficie del pedestal. La placa se une a la fundación mediante los pernos de anclaje.
  Entre la placa y el pedestal se aplica una lechada de alta resistencia conocida como “grout”.

Recuerda que cada sistema tiene sus ventajas y desventajas sin embargo es el tipo de proyecto el que determinará si será necesario hacerlo de acero ó de concreto.

COLUMNAS COMPUESTAS

En la figura se muestran los dos tipos de columnas compuestas que se utilizan en edificios. La columna de a) es un perfil de acero ahogado en concreto, y las de las b) y c) son tubos de acero, de sección transversal circular o rectangular, rellenos de concreto.

Las columnas compuestas se emplean tanto en edificios de poca altura como en los de muchos pisos ; en los primeros, las columnas de acero se recubren frecuentemente con concreto, por requisitos arquitectónicos o para protegerlas contra el fuego, la corrosión y, en algunos casos, el impacto de vehículos, por lo que resulta conveniente, y económico, que acero y concreto trabajen en conjunto;


En edificios altos se obtienen secciones mucho menores que si las columnas fuesen de concreto reforzado, lo que redunda en incrementos apreciables del área útil. Además, las columnas compuestas que forman parte del sistema que resiste las fuerzas horizontales tienen ductilidad y tenacidad adecuadas para su empleo en zonas sísmicas y mejores características de amortiguamiento que las de acero, y el recubrimiento de concreto evita el pandeo del perfil metálico; por todo ello, se usan con frecuencia como parte de los marcos que resisten las acciones de los temblores.



Ventajas y desventajas de las columnas compuestas
Algunas de las ventajas de las columnas compuestas son (varias de ellas se han mencionado arriba):

• Sección transversal menor que las de columnas convencionales de concreto reforzado
• Mayor capacidad de carga
• Ductilidad y tenacidad adecuadas para zonas sísmicas
• Velocidad de construcción cuando forman parte de marcos compuestos
• Mayor resistencia al fuego que las columnas de acero
• Mayor rigidez lateral de la construcción cuando son parte del sistema que resiste las acciones producidas por viento o sismo
• Mejores características de amortiguamiento
• Rigidización del perfil laminado, lo que aumenta su resistencia al pandeo local

Desventajas
Una de ellas, cuando se emplean en edificios altos, proviene de la dificultad de controlar su acortamiento que es, en general, diferente del de los muros de concreto reforzado y las columnas de acero no recubiertas; el problema se origina, en parte, por la gran diferencia de niveles que suele haber, durante el proceso deconstrucción, entre la zona en la que se está montando la estructura de acero y aquella, varios niveles más abajo, en la que se cuela el concreto alrededor de las columnas, para hacerlas compuestas, y se agrava cuando las fuerzas horizontales, de viento o sismo, son resistidas predominantemente por una parte dela estructura que tiene columnas compuestas, pues, bajo cargas gravitacionales permanentes, esas columnas quedan sometidas a esfuerzos de compresión menores que las que soportan cargas verticales principalmente(ya que han de tener una reserva de resistencia, que se emplea cuando obran las acciones accidentales), y se acortan menos. El efecto neto puede ser que los pisos no queden a nivel. Una manera como se ha resuelto este problema ha sido determinando los niveles reales de los extremos de las columnas, en las distintas etapas del montaje, y corrigiendo las diferencias de elevación con placas de relleno de acero.

COLUMNAS MIXTAS

Son una combinación de las columnas de hormigón y de las de acero reuniendo las ventajas de ambos tipos de columnas. Las columnas mixtas tienen una mayor ductilidad que las de hormigón y se pueden construir uniones siguiendo las técnicas de la construcción con acero. El relleno de hormigón no sólo proporciona una capacidad de soportar cargas mayores que la de las columnas de acero sino que también potencia la resistencia frente al fuego.

Las estructuras mixtas están hechas de acero estructural y hormigón armado ó pretensado, conectado entre sí para resistir conjuntamente las cargas.

Estas podrán ser utilizadas para la construcción de losas, vigas, pilares y pórticos mixtos.

Las columnas mixtas de acero y hormigón, especialmente las de perfiles tubulares de acero rellenos de hormigón, presentan una importante serie de ventajas en el campo de la arquitectura, estructural y económico, las cuales son muy valoradas por los diseñadores actuales y por los ingenieros de la construcción. sujeto a la intuición en lo referente a su forma de ejecución y su diseño. Algunos de los aspectos cualitativos, que marcan las preferencias de los arquitectos y de los profesionales del mundo de la construcción, aparecen detallados en la imagen anterior.

EL acero más usado en México

El acero A-36 es el mas utilizado en mexico: 

*.- Es el grado de acero que es más idóneo para trabajar por su ductilidad y economía ya que en nuestro país es rara la estructura que demande aceros de mayor grado. El A-36 es el acero que prácticamente satisface cualesquier estructura metálica, salvo condiciones muy muy especiales, como por ejemplo la que se empleó en la Torre Mayor de la Cd de México, que se tuvo que importar el acero.

*.- Es un acero economico, que satisface la estructuras conevncionales, de bajo carbono aprox. 0.20% que lo hace de facil soldadbilidad.

Perfil comercial del acero

 Ángulo

• Características

Son perfiles de acero angular de lados iguales cuya sección tiene forma de L.

• Aplicaciones

Los ángulos se aplican en la co
nstrucción de estructuras metálicas livianas y pesadas, donde las partes van unidas por soldadura o empernadas y son capaces de soportar esfuerzos dinámicos. También son empleados en elementos de menor solicitación, como soportes, marcos, muebles, barras de empalme y ferretería eléctrica en general.

Solera

1. Características

La solera es un producto laminado en caliente y se suministra en tramos de 6 mts.

Redondo

• Características

Estas barras de acero tienen una secci

ón redonda. Coloquialmente se le suele llamar “redondo” a secas. La denominación de las dimensiones va en función del diámetro.

• Aplicaciones

Generalmente se usa para aplicaciones industriales como puedan ser ejes motrices, o rodillos impresores, pilares redondos (forjados) para estructuras metálicas

del sector de la construcción.

 Cuadrado 

• Características

Fabricado mediante reducción en caliente y formado en frío, cumple con estrictos controles de calidad que comprendenpruebas que garantizan la resistencia estructural requerida por las normas y estándares nacionales e internacionales.

Perfil Tubular Rectangular (PTR)

• Características

Fabricado mediante reducción en caliente y formado en frío, cumple con estrictos controles de cali

dad que comprenden pruebas que garantizan la resistencia estructural requerida por las normas y estándares nacionales e internacionales.

PERFIL TUBULAR GALVANIZADO

Características

Fabricado mediante reducción en caliente y formado en frío, cumple con estrictos controles de calidad que comprenden pruebas que garantizan la resistencia estructural requerida por las normas y estándares nacionales e internacionales