CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS
METÁLICAS
Pascual Urbán Brotóns
Profesor de Construcción de Estructuras de la
Escuela Politécnica Superior de la Universidad de Alicante.
(Arquitectura Técnica).
Construcción de Estructuras Metálicas
© Pascual Urbán Brotons
ISBN: 978–84–8454–997–0
e-book v.1.0
ISBN edición en Papel: 978–84–8454–917–8
Edita: Editorial Club Universitario. Telf.: 96 567 61 33
C/. Cottolengo, 25 – San Vicente (Alicante)
www.ecu.fm
Maqueta y diseño: Gamma. Telf.: 965 67 19 87
C/. Cottolengo, 25 – San Vicente (Alicante)
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gamma@gamma.fm
Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de este libro puede reproducirse o
transmitirse por ningún procedimiento electrónico o mecánico, incluyendo fotocopia, grabación
magnética o cualquier almacenamiento de información o siste ma de reproducción, sin permiso
previo y por escrito de los titulares del Copyright.
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN ......................................................................................... 7
TEMA 1.GENERALIDADES SOBRE LA CONSTRUCCIÓN EN ACERO. ............ 9
Introducción. .............................................................................................. 9
Normativa y disposiciones sobre la construcción metálica. ...................... 9
Características de los materiales. ............................................................. 10
Tipos de acero.......................................................................................... 16
Productos laminados................................................................................ 16
Perfiles y chapas de sección llena laminados en caliente. ..................... 17
Perfiles huecos laminados en caliente. ................................................... 17
Medios de unión....................................................................................... 18
Durabilidad de las estructuras de acero. ................................................. 18
Perfiles utilizados en estructuras metálicas.............................................. 23
Sistemas de protección del acero. ............................................................ 27
Ventajas e inconvenientes de la estructura metálica................................ 30
Soldadura ................................................................................................. 31
Uniones soldadas...................................................................................... 33
Clasificación de las soldaduras. ............................................................... 45
Sistemas de inspección en la construcción soldada: ................................ 50
Detalles constructivos: soldadura a tracción y a cortante. ....................... 53
TEMA 2.TIPOLOGIA ESTRUCTURAL EN ACERO.............................................. 57
Esquemas estructurales. ........................................................................... 57
Enlace viga-soporte. Forma de trabajo. ................................................... 59
Estructuras totalmente isostáticas (nudos articulados)............................. 61
Formas de reducir el momento al mínimo en estos nudos....................... 68
Estructuras con vigas continuas. .............................................................. 72
Estructuras de pórticos con nudos rígidos................................................ 77
Estructuras especiales. ................................................................................. 90
Estabilidad horizontal. Arriostramientos. ................................................ 91
Juntas de dilatación en estructuras metálicas......................................... 108
Prescripciones para estructuras metálicas frente al sismo. .................... 115
TEMA 3.BASES DE SOPORTES............................................................................ 117
Introducción. .......................................................................................... 117
Forma de trabajo de las bases ................................................................ 118
3
Descripción de los elementos de una base ............................................. 118
Disposiciones y recomendaciones generales de las bases. .................... 129
Tipología de bases de soportes............................................................... 135
TEMA 4.SOPORTES. SUS CLASES. ..................................................................... 145
Introducción. .......................................................................................... 145
Soportes, sus clases. ............................................................................... 145
Soportes simples de un solo perfil. ........................................................ 145
Soportes simples de varios perfiles........................................................ 148
Soportes simples acoplando perfiles y chapas. ...................................... 150
Soportes armados (de chapas yuxtapuestas). ......................................... 151
Soportes compuestos.............................................................................. 152
Refuerzo de soportes.............................................................................. 159
Soportes metálicos rellenos de hormigón..................................................... 161
Soportes mixtos. ....................................................................................... 161
Cambios de perfil. .................................................................................. 162
Detalles constructivos. ........................................................................... 168
TEMA 5.VIGAS. SUS TIPOS. ................................................................................. 171
Jácenas o vigas ....................................................................................... 171
Clasificación de las vigas....................................................................... 171
Vigas simples. ........................................................................................ 172
Vigas múltiples. ..................................................................................... 173
Vigas reforzadas (perfiles con refuerzos). ............................................. 178
Vigas o jácenas armadas. ....................................................................... 181
Vigas o jácenas aligeradas. .................................................................... 186
Disposiciones constructivas. .................................................................. 191
Brochales................................................................................................ 193
Vigas continuas. ..................................................................................... 200
Cambios de perfil. .................................................................................. 203
Empalme de vigas. ................................................................................. 203
Uniones de vigas y pilares.- detalles constructivos. ....................................... 207
TEMA 6.VIGAS DE CELOSÍA. .............................................................................. 217
Introducción. .......................................................................................... 217
Tipos de vigas de celosía. ...................................................................... 218
Principios constructivos y de cálculo de las celosías indeformables. .... 221
Elementos componentes de las vigas de celosía. ................................... 223
4
Organización de nudos y barras. ............................................................ 224
Disposiciones constructivas de nudos.................................................... 230
Nudos de apoyo...................................................................................... 231
Detalles constructivos. ........................................................................... 233
Vigas de celosía tubulares...................................................................... 243
TEMA 7.APOYOS Y APARATOS DE APOYO..................................................... 261
Introducción ........................................................................................... 261
Apoyo de vigas. ..................................................................................... 261
Aparatos de apoyo.................................................................................. 264
Apoyos o uniones entre si, de elementos metálicos en dilatación................ 269
Apoyos en dilatación controlada en zona sísmica. ................................ 280
Apoyo en dilatación de una viga metálica inclinada en el lateral de un
pilar. ....................................................................................................... 282
TEMA 8.ESTRUCTURA METÁLICA EN NAVES INDUSTRIALES. ................ 283
Introducción. .......................................................................................... 283
Elementos de una cubierta. .................................................................... 283
Disposiciones que puede adoptar la estructura de cubierta.................... 287
Correas. .................................................................................................. 295
Arriostramientos..................................................................................... 299
Entramado de naves industriales............................................................ 304
Naves industriales dotadas de puente grúa. ........................................... 322
Naves con estructura de pórticos. .......................................................... 324
Cubiertas de estructura en forma de arcos. ............................................ 331
Marquesinas. .......................................................................................... 332
Cubiertas de estructura espacial............................................................. 333
Estructuras de altillos o entreplantas...................................................... 336
TEMA 9.ESTRUCTURA METÁLICA EN EDIFICIOS DE VIVIENDAS. ........... 337
Introducción. .......................................................................................... 337
Entramados horizontales. ....................................................................... 337
Viguetas. Disposición. ........................................................................... 337
Apoyos de viguetas metálicas en muros. ............................................... 338
Apoyo de jácenas metálicas sobre muros de fábrica de ladrillo. ........... 339
Apoyo de vigas o jácenas y viguetas metálicas sobre hormigón. .......... 341
Apoyo de viguetas metálicas en jácenas o vigas.................................... 343
5
Forjados de viguetas metálicas enrasados con la parte inferior de las
jácenas.................................................................................................... 362
Sección de un forjado con viguetas metálicas............................................ 363
Apoyos de viguetas de hormigón en jácenas o vigas metálicas............. 364
Uniones de jácenas metálicas con forjados empotrados de viguetas de
hormigón. ............................................................................................... 368
Forjados de viguetas de hormigón apoyados en jácenas metálicas en
zona sísmica. .......................................................................................... 373
Forjados de viguetas metálicas apoyados en jácenas metálicas en
zona sísmica. .......................................................................................... 377
Enlace de soportes metálicos con forjados de hormigón armado. ......... 378
Disposiciones de una estructura metálica en edificios para viviendas... 384
Voladizos. Disposición y ejecución. ...................................................... 387
Escaleras. Disposiciones. ....................................................................... 395
Peldaños. ................................................................................................ 400
Uniones de jácenas metálicas y pilares de hormigón armado................ 404
Estructuras mixtas. ................................................................................. 416
Estructuras colgadas con uniones soldadas............................................ 441
Estructuras con elementos colgados sin utilizar soldadura.................... 443
Otras uniones. ........................................................................................ 459
BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................... 473
6
INTRODUCCIÓN
El objetivo que se pretende alcanzar con esta publicación es la
exposición, de forma sencilla y detallada, de un conjunto de criterios sobre
el funcionamiento de las estructuras de acero, enfocado estrictamente hacia
su construcción, sin entrar en el estudio de los cálculos.
El libro se ha adaptado, en los apartados que ha sido posible, a la
Instrucción EA-95, a la Instrucción EAE, al Eurocódigo 3, a la Instrucción
EHE y a la Norma Sismorresistente NCSE-O2, y se ha concebido pensando
en los estudiantes de Arquitectura Técnica, sin olvidar la posible utilidad
para otros estudios relacionados con la Construcción de Edificios.
Para resolver con acierto la estabilidad estructural de un edificio, es
imprescindible entender el funcionamiento de su estructura, conocer la
disposición estructural, las solicitaciones que le llegan y el material
utilizado, con el fin de elegir los detalles y disposiciones constructivas más
adecuados, así como resolver los puntos singulares de la misma.
El acero es el material estructural por excelencia para grandes alturas,
puesto que resuelve con éxito los planteamientos estructurales de: soportar
el peso con pilares de dimensiones reducidas, resistir el empuje ante el
vuelco y evitar movimientos debidos a la acción del viento, auxiliado en
ocasiones por algún núcleo de hormigón armado.
En el contenido del libro se incluyen gran número de perspectivas y
detalles constructivos que, unidos al texto escrito, ayudan a comprender el
funcionamiento de la estructura y con ello tener la oportunidad de elegir las
opciones idóneas para resolver cada encuentro, de acuerdo a las exigencias
estructurales.
Se analiza la estructura completa del edificio, tanto si se trata de un
edificio industrial como si es para uso administrativo o de viviendas. Se
estudia el encuentro del edificio con la cimentación, las placas de anclaje,
pilares, jácenas, forjados, vigas de celosía, cubiertas con estructura metálica,
analizando y detallando las uniones y arriostramientos, completando su
contenido con un amplio apartado sobre estructuras mixtas.
Para completar el programa de contenidos del mismo se han utilizado
algunas ideas, dibujos y conceptos, similares a los existentes en libros de
reconocida prestigio y solvencia relacionados en la Bibliografía y
especialmente de las Instrucciones EAE y EA-95, de Estructuras de
Acero, de Ramón Arguelles y otros, de Biblioteca de Detalles
Constructivos de CYPE y Los pilares: criterios para su proyecto, cálculo
y reparación, de Florentino Regalado. A todos ellos quiero expresar mi
7
Introducción
especial agradecimiento, ya que sin la valiosa ayuda proporcionada por sus
excelentes textos, no hubiese sido posible completar el presente libro.
Mi sincero agradecimiento a los alumnos de la Escuela de Arquitectura
Técnica de Alicante que han colaborado en la informatización de los
dibujos.
No puedo dejar de agradecer a mi familia por el tiempo que les he
robado, dedicándolo a escribir estas páginas.
Finalizo con la esperanza de que este libro pueda serle útil, además de a
los estudiantes de Arquitectura Técnica, a los Profesionales, Técnicos y
estudiosos, interesados en el atractivo campo del conocimiento técnico. Es
mi modesta aportación a su progreso.
Gracias a todos.
Alicante, febrero de 2006.
Pascual Urbán Brotóns
8
TEMA 1.GENERALIDADES SOBRE LA CONSTRUCCIÓN EN ACERO.
INTRODUCCIÓN.
Las estructuras metálicas, al igual que los prefabricados de hormigón,
presentan un buen porvenir, ya que a medida que aumenta el nivel de vida
de un país, van siendo más económicas las técnicas que requieren menor
cantidad de mano de obra.
Las construciónes ejecutadas con estructuras metálicas permiten luces
mayores, especialmente interesante para locales comerciales, industrias,
donde se requieran edificios sin pilares intermedios, así como para edificios
de grandes alturas, sin pilares excesivamente gruesos, evitando ocupar
espacios importantes.
El mercado de estructuras está muy diversificado, siendo muy
importantes los capítulos de edificación en altura, naves industriales y
cubiertas, estructuras para los grandes bienes de equipo (centrales térmicas y
nucleares, soportes de hornos y de silos), etc.
NORMATIVA Y DISPOSICIONES SOBRE LA CONSTRUCCIÓN
METÁLICA.
Norma Básica de la Edificación NBE EA-95 “Estructuras de acero
en edificación” (Aprobada por Real Decreto 1929/1995).
Norma Española Experimental. Eurocódigo 3: Proyecto de
estructuras de acero.
Instrucción de Acero Estructural EAE (en trámite de aprobación
definitiva), que posiblemente elimine la normativa anterior.
Esta instrucción es aplicable a las estructuras y elementos de acero
estructural de edificios y obras de ingeniería civil. Expresamente se
excluyen del campo de aplicación de esta instrucción:
1.- Las estructuras realizadas con aceros especiales tales como los
aceros de alto límite elástico, superior a 46º N/mm2., salvo en
elementos de unión (tornillos, bulones, etc.) y los aceros
provenientes de aleaciones especiales como el acero inoxidable.
9
Generalidades sobre la construcción en acero
2.- Los elementos estructurales mixtos de acero estructural y hormigón
y, en general, las estructuras mixtas de acero y otro material de
distinta naturaleza con función resistente.
3.- Los elementos estructurales de hormigón que formen parte de una
estructura metálica de acero, como por ejemplo: forjados, núcleos y
muros. Dichos elementos deberán ser dimensionados y comprobados
de acuerdo con lo que prescribe la Instrucción de Hormigón
Estructural (EHE) y la Instrucción para el proyecto y la ejecución de
forjados unidireccionales de hormigón estructural realizados con
elementos prefabricados (EFHE).
En obras especiales, tales como algunas estructuras industriales, pórticos
grúa, etc. se adoptarán las medidas derivadas de las características de la
propia obra y de su utilización.
Con el fin de no detener el avance de la tecnología del acero y permitir la
adaptación de la obra a circunstancias y condicionantes de carácter local, la
Instrucción permite que el Autor del Proyecto y la Dirección de obra, que
están obligados a conocer y tener en cuenta las prescripciones de la presente
Instrucción, en uso de sus atribuciones puedan, bajo su personal
responsabilidad y previa justificación de que no se reducen los niveles de
prestaciones, emplear sistemas de cálculo o disposiciones constructivas
diferentes.
En el ámbito de esta Instrucción sólo podrán utilizarse los productos de
construcción (acero, productos de acero, etc.) legalmente comercializados
en países que sean miembros de la Unión Europea o bien que sean parte del
Acuerdo sobre el Espacio Económico Europeo. Dichos productos deberán
estar en posesión del marcado “CE” y deberán disponer del correspondiente
certificado de conformidad “CE”.
CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES.
Metales empleados en estructuras metálicas.
Los metales que se emplean en estructuras metálicas son principalmente
el acero ordinario, el acero autopatinable, el acero inoxidable y el aluminio.
El Acero Ordinario
Es el más empleado.
Existen los sigiuentes tipos (según la norma EN 10027):
10
Construcción de estructuras metálicas
S235JR
S275JR
S355JR
S235J0
S235J2
S275J0
S275J2
S355J0
S355J2
S355K2
La primera sigla es una “S” (de 'steel' acero en lengua inglesa)
La siguiente cantidad numérica es el límite elástico en MPa. en
elementos cuyo espesor no supere los 16mm.
En espesores superiores la resistencia de cálculo es menor.
Las últimas siglas indican su sensibilidad a la rotura frágil y su
soldabilidad.
JR para construciónes ordinarias.
J0 cuando se requiere alta soldabilidad y resistencia a la rotura frágil.
J2 cuando se requiere exigencias especiales de resilencia, resistencia a la
rotura frágil y soldabilidad.
Con objeto de que no sean excesivamente frágiles, uno de los parámetros
que se exige a estos aceros es que su alargamiento de rotura sea superior al
15%.
En España, excepto el S275JR todos los demás se suministran bajo
pedido.
Las normas EN 10113 y EN 10137 establecen otros aceros de mayor
resistencia: S420 y S460 de raro uso en nuestro país.
Los aceros autopatinables
Los aceros autopatinables tienen la misma nomenclatura y composición
que los aceros ordinarios y tienen como característica que en su
composición entra una pequeña cantidad de cobre. También se sirven bajo
pedido.
Observaciones:
Estos aceros tienen un buen comportamiento ante la corrosión
atmosférica, dado que se produce en su superficie una capa de óxido que es
la que los protege.
Por tanto hay que procurar que a lo largo de su vida útil no estén en
contacto con elementos que les produzcan roces y limpien esta capa. Así
mismo en zonas de circulación de personas son susceptibles de manchar a
los transeúntes con dicho óxido.
11
Generalidades sobre la construcción en acero
Los Aceros Inoxidables
Se emplean en estructuras sometidas a ambientes agresivos.
En edificación se emplean los siguientes tipos:
Nomenclatura
europea
Nomenclatura
en EEUU
(EN 10088.2)
Resistencia
Resistencia de cálculo
Coeficiente
de cálculo
fleje o
de
chapa
fleje
dilatación
laminado laminado
térmica
en frio
en caliente Alargamiento
(10-6 / ºC)
de rotura
(MPa)
(MPa)
Tipo
Composición
Fe+Cr+Ni
230
210
1.4301
AISI 304
austenítico
45%
16
1.4307
AISI 304L
austenítico
Fe+Cr+Ni
220
1.4401
AISI 316
austenítico
Fe+Cr+Ni+Mo
240
200
45%
16
220
40% a 45%
16
1.4404
AISI 316L
austenítico
Fe+Cr+Ni+Mo
240
220
40% a 45%
16
Fe+Cr+Ni+Ti
1.4541
AISI 321
austenítico
220
200
40%
16
1.4571
AISI 316Ti
austenítico Fe+Cr+Ni+Mo+Ti
240
220
40%
16,5
1.4362
duplex
Fe+Cr+Ni+N
420
400
20% a 25%
13
1.4462
duplex
Fe+Cr+Ni+Mo+N
480
460
20% a 25%
13
Los más habitualmente empleados y fáciles de encontrar en stock son los
1.4301 y 1.4401.
Comercialmente se venden en chapas, flejes y barras lisas, roscadas o
corrugadas.
Los perfiles estructurales corrientes existentes en el mercado son a base
de chapas conformadas en frío.
La nomenclatura americana se adjunta porque es la habitualmente
empleada por los industriales y almacenistas.
Los 1.4301 1.4307 y 14541 se prestan a ser empleados en ambientes
benignos rurales y urbanos con poca contaminación atmosférica.
Los 1.4401 1.4404 1.4571 y 1.4362 se emplean en ambientes marítimos
y con atmósfera contaminada.
El 1.4462 en ambientes marítimos o contaminados muy agresivos.
Los 1.4307 y 1.4404 tienen la particularidad de que tienen poco carbono
y así las soldaduras son menos sensibles a la corrosión.
Los 1.4541 y 1.4571 contienen una pequeña cantidad de titanio,
consiguiendo un efecto similar.
Los aceros inoxidables austeníticos, a pesar de tener poca resistencia,
comparados con un acero corriente, tienen un alargamiento de rotura muy
12
Construcción de estructuras metálicas
grande (40-45%) y por tanto son muy apropiados para uso estructural por
la seguridad que ofrecen.
Los aceros inoxidables dúplex tienen la misma resistencia mecánica
que los aceros ordinarios de uso estructural más resistentes (S420 y S460)
y un alargamiento de rotura más que aceptable (20-25%)
Algunas precauciones a tener en cuenta:
No emplear herramientas, discos de corte u otro utillaje que sirviera
para trabajar otros metales.
No poner en contacto directo las partes de hierro o acero de cadenas,
ganchos, grúas, camiones, transpalets, etc. con el material.
Evitar la suciedad.
Evitar diseñar piezas y uniones con superficies susceptibles de
acumular suciedad.
Los elementos estructurales en forma de cajón cerrado deben tener un
desagüe.
Uniones atornilladas:
Se deberán hacer obligatoriamente con tornillos de acero inoxidable.
(La norma EN ISO3506 indica los tipos de acero a emplear).
Uniones soldadas:
Se realizarán con material de aporte de acero inoxidable. Si se
empleara una atmósfera de gas inerte éste no deberá contener dióxido de
carbono. Si los aceros a soldar son dúplex el gas tampoco contendrá
nitrógeno.
El Aluminio
Aún que ha tenido un gran desarrollo en la industria aeronáutica, en
edificación se limita por el momento a carpas y construciónes
desmontables, dada su ligereza.
Características mecánicas de los aceros.
Los dos valores fundamentales para el diseño de las piezas de acero
son:
1.- El límite elástico.
2.- El límite de rotura.
13
Generalidades sobre la construcción en acero
1.- El límite elástico σE es la carga unitaria para la que se inicia el
escalón de cedencia, es decir a partir del cual las deformaciones no son
recuperables. Esta deformación remanente es del 0,2 por 100.
2.- El límite de rotura σR (también denominado resistencia a tracción)
es la carga unitaria máxima soportada por el acero en el ensayo de
tracción. El límite de rotura define un índice de la calidad del mismo.
La curva tiene una parte recta OP donde las tensiones son
proporcionales a las deformaciones, las cuales, a su vez, son recuperables
una vez desaparecida la carga. La tensión σP se llama límite de
proporcionalidad.
La zona PE se caracteriza por el hecho de ser recuperables las
deformaciones, aunque no exista proporcionalidad entre éstas y las
tensiones. La tensión σE se llama límite elástico. Y a veces es difícil de
determinar. En estos casos se define como límite elástico el
correspondiente a una deformación permanente del 0,2%.
ε
Al aumentar las tensiones, el diagrama presenta una zona EFF' en la
que las deformaciones se incrementan bajo carga prácticamente constante.
Todo ocurre como si el material se debilitase de pronto. Al desaparecer la
carga en la probeta, ésta presenta una deformación permanente. El valor
máximo σF se llama límite de fluencia o cedencia.
14
Construcción de estructuras metálicas
Al aumentar la carga de tracción, después de la fluencia, el material
parece adquirir de nuevo resistencia. La tensión alcanza un máximo σR
llamado límite de rotura, a partir del cual los alargamientos en la probeta,
en lugar de repartirse uniformemente, se concentran en su zona central,
produciendo una estricción que hace que la tensión del diagrama baje,
hasta producirse la rotura con una carga σ inferior a σR.
El alargamiento de la probeta viene dado en % por la expresión:
d=-
Lr - Li
100
Li
Lr = longitud entre los extremos después de la rotura.
Li = longitud entre los extremos antes del ensayo.
El alargamiento nos indica la plasticidad del material.
Características tecnológicas del acero.
La soldabilidad es la aptitud de un acero para ser soldado mediante los
procedimientos habituales sin que aparezca fisuración en frío. Es una
característica tecnológica importante, de cara a la ejecución de la
estructura.
La resistencia al desgarro laminar del acero se define como la
resistencia a la aparición de defectos en piezas soldadas sometidas a
tensiones de tracción en dirección perpendicular a su superficie.
La aptitud al doblado es un índice de la ductilidad del material y se
define por la ausencia o presencia de fisuras en el ensayo de doblado.
15
Generalidades sobre la construcción en acero
TIPOS DE ACERO.
La Instrucción EAE contempla los siguientes tipos de acero utilizables
en perfiles y chapas para estructuras de acero.
- Aceros laminados en caliente. Se entiende por tales los aceros no
aleados, sin características especiales de resistencia mecánica ni
resistencia a la corrosión, y con una microestructura normal.
- Aceros con características especiales. Se consideran los siguientes
tipos:
a.- aceros normalizados de grano fino para construcción soldada.
b.- aceros de laminado termomecánico de grano fino para construcción
soldada.
c.- aceros con resistencia mejorada a la corrosión atmosférica (aceros
autopatinables)
d.- aceros templados y revenidos.
e.- aceros con resistencia mejorada a la deformación en la dirección
perpendicular a la superficie del producto.
- Aceros conformados en frío. Se entiende por tales los aceros cuyo
proceso de fabricación consiste en un conformado en frío, que les confiere
unas características específicas desde los puntos de vista de la sección y la
resistencia mecánica.
PRODUCTOS LAMINADOS.
Los productos laminados se clasifican en función de sus características
de forma en:
- Productos longitudinales.
- Productos planos.
Los productos longitudinales son aquellos en los que una dimensión
es determinante sobre las dos restantes. Se subdividen a su vez en:
- Perfiles estructurales. Son los perfiles I, H, L, T, O, con una altura o
anchura igual o mayor a 80 mm., en ocasiones denominados perfiles
pesados.
16
Construcción de estructuras metálicas
- Perfiles comerciales. Incluyen los del grupo anterior con dimensión
inferior a 80 mm. e igualmente redondos, cuadrados, hexagonales y
pletinas. También se denominan perfiles ligeros.
Los productos planos son aquellos en los que dos de sus dimensiones
predominan sobre la tercera. El producto plano utilizado normalmente es
la chapa laminada en caliente, que puede ser obtenida por procedimientos
discontinuos o bien por troceo de bobinas.
La chapa laminada se clasifica según su espesor en:
Fina: espesor inferior a 3 mm.
Media: espesor igual o superior a 3 mm. hasta 4,75 mm.
Gruesa: espesor superior a 4,75 mm.
PERFILES Y CHAPAS DE SECCIÓN LLENA LAMINADOS EN
CALIENTE.
Perfiles y chapas de sección llena laminados en caliente, a los efectos
de esta Instrucción, son los productos obtenidos mediante laminación en
caliente, de espesor mayor o igual a 3 mm., de sección transversal llena y
constante, empleados en la construcción de estructuras o en la fabricación
de elementos de acero estructural.
Las series de perfiles y chapas de sección llena laminados en caliente
son: Perfil IPN, Perfil IPE, Perfil HEB (base), Perfil HEA (ligero), Perfil
HEM (pesado), Perfil U Normal (UPN), Perfil U comercial (U), Angular
de lados iguales (L), Angular de lados desiguales (LD), Perfil T, Redondo,
Cuadrado, Rectangular, Hexagonal y Chapa.
PERFILES HUECOS LAMINADOS EN CALIENTE.
Son los perfiles huecos estructurales de sección transversal constante,
de espesor igual o mayor que 2 mm. Producidos por laminación en
caliente, o por conformado en frío seguido por un tratamiento térmico para
obtener unas condiciones metalúrgicas equivalentes a las del laminado en
caliente, empleados en la construcción de estructuras.
Las series de perfiles huecos laminados en caliente son:
Sección circular, sección cuadrada, sección rectangular y sección
elíptica
17
Generalidades sobre la construcción en acero
MEDIOS DE UNIÓN.
Los medios de unión que contempla esta Instrucción son los
constituidos por tornillos, tuercas y arandelas, para uniones atornilladas, y
el material de aportación, para uniones soldadas.
Los tornillos, tuercas y arandelas, deberán estar normalizados y
corresponder a los mismos grados del material que unen: límite elástico y
resistencia a tracción.
El material de aportación utilizable para la realización de soldaduras
(electrodos) deberá ser apropiado para el proceso de soldeo, teniendo en
cuenta el material a soldar y el procedimiento de soldeo; además deberá
tener unas características mecánicas, en términos de límite elástico,
resistencia a tracción, deformación bajo carga máxima etc. no inferiores a
las correspondientes del material de base que constituye los perfiles o
chapas que se pretende soldar.
DURABILIDAD DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO.
La durabilidad de una estructura de acero es su capacidad para
soportar, durante la vida útil para la que ha sido proyectada, las
condiciones físicas y químicas a las que está expuesta, y que podrían llegar
a provocar su degradación como consecuencia de efectos diferentes a las
cargas y solicitaciones consideradas en el análisis estructural.
Una estructura durable debe conseguirse con una estrategia capaz de
considerar todos los posibles factores de degradación y actuar
consecuentemente sobre cada una de las fases de proyecto, ejecución y uso
de la estructura.
Una estrategia correcta para la durabilidad debe tener en cuenta que en
una estructura puede haber diferentes elementos estructurales sometidos a
distintos tipos de ambiente.
La durabilidad no incumbe sólo a los elementos estructurales. A veces
son los elementos no estructurales los que conllevan problemas
importantes de cara a la durabilidad.
Estrategia de durabilidad.
Para conseguir la durabilidad adecuada será necesario seguir una
estrategia que contemple todos los posibles mecanismos de degradación,
18
Construcción de estructuras metálicas
adoptando medidas específicas en función de la agresividad a la que se
encuentre sometido cada elemento.
Deberán incluirse, al menos, los siguientes aspectos:
- Selección de la forma estructural, definiendo en proyecto los
esquemas estructurales, las formas geométricas y los detalles que
sean compatibles con la consecución de una adecuada durabilidad de
la estructura. Se facilitará la preparación de las superficies, el
pintado, las inspecciones y el mantenimiento.
- Se procurará evitar el empleo de diseños estructurales que conduzcan
a una susceptibilidad elevada a la corrosión, eligiendo formas de los
elementos sencillas.
- Se reducirá al mínimo el contacto directo entre las superficies de
acero y el agua.
- Cuando la estructura presente áreas cerradas (interiores inaccesibles)
o elementos huecos, debe cuidarse que estén protegidos de manera
efectiva contra la corrosión, mediante soldadura continua.
En casos de especial agresividad, cuando las medidas normales de
protección no se consideren suficientes, se podrá recurrir a la disposición
de sistemas especiales de protección (materiales de recubrimiento en
polvo, productos para tratamiento químico de las superficies, protección
catódica, etc.)
La Instrucción EHE recomienda evitar los detalles constructivos
indicados como INADECUADOS en las figuras siguientes, empleando los
considerados ADECUADOS en las mismas.
19
Generalidades sobre la construcción en acero
1.- Prevención de la acumulación de agua y suciedad
Suciedad y agua
retenidas
Apropiado
Inadecuado
Discontinuidad para
salida del agua
20
Construcción de estructuras metálicas
2.- Realización de soldaduras.
3.- Tratamiento de huecos.
Hendidura
Inadecuado (Hendidura estrecha de difícil protección)
Hendidura
cerrada
Soldaduras
continuas
Mejor
21
Generalidades sobre la construcción en acero
4.- Eliminación de bordes agudos
Sistemas de pintura
protectores
d
Acero
Acero
d = 1 mm.
Borde agudo
Inadecuado
r
Acero
d
Borde biselado
Mejor
r > 2 mm.
Borde redondeado
Apropiado
5.- Eliminación de imperfecciones en la superficie de las
soldaduras
Sistemas de pintura
protectores
Irregularidades
Inadecuado
22
Superficie
insuficientemente
plana
Suciedad
acumulada
Mejor
Superficie
soldada lisa
Apropiado
Construcción de estructuras metálicas
6.- Diseño recomendado de refuerzo para la protección frente a la
corrosión, con entalla para evitar cruces de soldadura y acumulación de
agua.
PERFILES UTILIZADOS EN ESTRUCTURAS METÁLICAS.
La denominación de las partes de un perfil es la siguiente:
ALAS
ALMA
ALAS
ALMA
ALAS
23
Generalidades sobre la construcción en acero
Los perfiles más utilizados en estructuras son los siguientes:
PERFIL IPN.- Su sección tiene forma de I (doble T). Caras exteriores de
las alas normales al alma. Caras interiores inclinadas un 14%. Bordes
redondeados interiormente. Dimensiones desde 80 hasta 600 mm.
Forma de trabajo: resiste perfectamente a flexión. No mucho a
compresión.
PERFIL IPE.- Sección en forma de doble T. Caras exteriores e interiores
de las alas paralelas y normales al alma. Espesor constante. Dimensiones
desde 80 hasta 600 mm.
Forma de trabajo: resiste muy bien a flexión. Soporta pequeñas
compresiones.
PERFIL HE.- Su sección semejante a la del perfil IPE pero la relación
b/h es mayor en el HE que en el IPE. Dimensiones desde 100 hasta 600 mm.
Existen tres series: normal (HEB), ligera (HEA) y pesada (HEM).
Forma de trabajo: muy bien a flexión y a compresión.
PERFIL UPN.- Sección en forma de U. Caras interiores con inclinación
del 8%. Dimensiones desde 80 hasta 300 mm.
Forma de trabajo: Unido a otro perfil igual, trabaja muy bien a
compresión. Individualmente soporta tracciones y pequeñas compresiones.
PERFIL L.- Sección en forma de ángulo recto, con las alas de igual
longitud. Dimensiones desde el 25-3 hasta el 200-20.
Forma de trabajo: soporta tracciones y pequeñas compresiones.
PERFIL LD.- Sección en ángulo recto. Alas de distinta longitud.
Dimensiones desde 80.50.8 hasta 150.90.13.
Forma de trabajo: soporta tracciones y pequeñas compresiones.
PERFIL T.- Sección en forma de T simple. Tiene un canto igual al
ancho del ala (a=b). Dimensiones desde 30.30.4 hasta 100.100.11 mm.
Forma de trabajo: soporta tracciones, flexiones no muy grandes y
pequeñas compresiones.
A continuación se detallan las secciones de los mencionados perfiles.
24
Construcción de estructuras metálicas
L
IPN
h
e
Lados
iguales
14%
b
b
IPE
h
h
LD
e
Lados
diferentes
b
h
b
HE
h
T
h
b
2%
b
UPN
h
b
25
Generalidades sobre la construcción en acero
La designación de los perfiles se efectúa en función de su tipo y sus
dimensiones. En general para los perfiles de la serie I y U es suficiente con
indicar el tipo y su altura. Por ejemplo:
IPN 180 nos indica el tipo (IPN) y su altura total (180 mm.).
UPN 200 nos indica el tipo (UPN) y su altura total (200 mm.).
Para los perfiles de tipo angular (L) debemos indicar si se trata de
perfiles de lados iguales o de lados desiguales, así como el espesor de las
alas. Por ejemplo:
L 40x40x4 nos indica que mide 40 mm. cada lado y que el espesor del
ala es de 4 mm.
L 90x60x7 nos indica que un lado mide 90 mm., el otro mide 60 mm. y
el espesor del ala es de 7 mm.
En los perfiles HE hay que tener en cuenta que h=b hasta el perfil h=30,
y a partir de ahí h > b.
Inercia en los perfiles metálicos.
Para los efectos de una correcta colocación en obra de los perfiles
metálicos, especialmente en pilares, es indispensable conocer en qué sentido
tiene más inercia, con el fin de disminuir los posibles pandeos de los mismos.
Como concepto general elemental, podríamos decir que la inercia es el
producto de la masa de acero multiplicada por la distancia de ésta hasta el
eje. De tal modo que, para efectos estructurales, consideramos que la
máxima inercia coincide con la máxima dimensión del perfil, a pesar de que
el eje de máxima inercia, puramente entendida, estará en la otra dirección.
Por ejemplo un perfil IPN 300, cuyas dimensiones son 300 mm. de alto
(alma) y 125 mm. de ala, la máxima inercia (máxima dimensión, máxima
resistencia a torsión y flexión), para efectos geométricos estructurales, estará
en el sentido de los 300 mm.
Exactamente igual ocurre con pilares formados por dos o más perfiles.
Su máxima inercia coincide con la mayor dimensión de ambos perfiles
juntos.
Posteriormente, al estudiar los distintos tipos de vigas, se verá la inercia
de cada una de ellas. No obstante, a modo de avance, podemos indicar que
los perfiles metálicos para vigas de mayor inercia, en sentido descendiente
son:
Viga armada, perfil HEB, perfil IPE, perfil IPN, viga void o alveolada y
viga de celosía.
26
Construcción de estructuras metálicas
SISTEMAS DE PROTECCION DEL ACERO.
Una vez finalizada la construcción de las estructuras metálicas pueden
aparecer problemas por alguna de las siguientes causas:
- efectos del calor, como consecuencia de incendios.
- oxidación excesiva y consiguiente corrosión.
Protección contra incendios.
Aunque el hierro no es combustible, no se puede considerar como
resistente al fuego, no sólo porque disminuye su resistencia en cuanto pasa
la temperatura de 300º (a los 500º queda reducida a la mitad), sino que por
efecto de su dilatación sufre grandes deformaciones que producen empujes,
retorciéndose las piezas, las cargas se desplazan del eje de las piezas y se
produce el colapso, que puede agravarse por los choques con el material que
se derrumba.
Por cada 100º se dilata 1/833 de la longitud, por lo que si las piezas
tienen grandes luces y en incendios corrientes (se suele producir 1000º y
superiores) los empujes pueden provocar el derrumbamiento de la obra.
Para protección de las piezas metálicas expuestas al fuego se emplean
los revestimientos con materiales que impidan que el fuego entre en
contacto con el hierro.
Como revestimientos se deben emplear elementos no inflamables que
son los que bajo la acción del fuego o del agua, no pierden esencialmente su
resistencia, e impiden la propagación durante un tiempo comprendido entre
1 y 3 horas, necesario para desalojo del inmueble e inicio de la extinción del
fuego por parte de los bomberos.
Los materiales de protección del acero que pueden utilizarse son:
granito, mármol, hormigón, fábrica de ladrillo cerámico con mortero de
cemento, placas de yeso, mortero de vermiculita, placas de base silicatada
en general, placas de perlita o vermiculita, fibra mineral proyectada,
pinturas intumescentes, etc.
En caso de utilizar revestimiento de hormigón, se emplea vertiéndolo
dentro de un encofrado que envuelve al elemento metálico, o bien
envolviendo el elemento metálico, viga o soporte, con una tela metálica o
cercos que evitan que se desconche el hormigón, debiendo tener la capa
protectora al menos 6-7 cm. para que sea eficaz.
27
Generalidades sobre la construcción en acero
Protección contra la corrosión.
La oxidación constituye el peor enemigo de las construciónes metálicas.
La acción del aire húmedo o del agua contenida en la atmósfera, en
contacto con el hierro, da lugar a la formación del hidrato férrico, cuyo
aumento de volumen facilita la propagación.
La oxidación es más rápida cuando el Fe está en presencia de ácidos
diluídos y soluciones salinas, como ocurre con el aire húmedo de las costas.
Por el contrario, en aire completamente seco se conserva el Fe durante más
tiempo.
El mortero de cal y sobre todo el de yeso, atacan activamente al hierro,
mientras que el mortero de cemento lo conserva y hasta lo protege.
Para evitar la destrucción del hierro por oxidación, o reducir a un
mínimo su acción corrosiva, se cubre con un revestimiento protector, que,
para que resulte eficaz es condición indispensable que ese revestimiento esté
en contacto con el hierro, sin que existan entre ambos partículas de óxido,
cuya formación continuaría y que, con el consiguiente aumento de volumen,
hace saltar la corteza que forme la sustancia protectora. Por ello es
indispensable que la superficie a tratar esté limpia de suciedad, óxido y
manchas.
La Instrucción EAE en sus artículos 30 y 79 especifica los tratamientos
y sistemas de protección para las estructuras metálicas, tanto para las
tratadas en taller como en obra. El Pliego de Prescripciones Técnicas debe
definir el sistema de protección contra la corrosión y los requisitos
adicionales para obtener una vida de servicio acordes con la vida útil de la
estructura.
Las piezas deben diseñarse evitando zonas donde pueda depositarse
humedad y suciedad, tanto en elementos interiores como exteriores.
Deberá considerarse conjuntamente el tratamiento de protección frente a
incendio, ya que los requisitos del mismo pueden determinar un grado de
defensa frente a la corrosión muy superior al estrictamente necesario,
especialmente en el caso de pinturas intumescentes y morteros proyectados.
El Pliego de Condiciones deberá definir el sistema de tratamiento,
especificando: preparación de las superficies, tipo y espesor de la capa de
imprimación anticorrosivo, de las capas intermedias y de las capas de
acabado.
28
Construcción de estructuras metálicas
La preparación de las superficies que hayan de ser pintadas se
limpiará y preparará de forma adecuada al tratamiento de pintura
correspondiente, eliminando la suciedad, cascarilla de laminación, restos de
escoria de soldadura, grasa y la humedad superficial. Si existieran
revestimientos anteriores, deben ser igualmente eliminados.
Los métodos de protección utilizados son:
Metalización. La protección se consigue mediante proyección de cinc o
aluminio pulverizado, realizado según UNE EN 22063. Las superficies
metalizadas deben ser tratadas con una imprimación anticorrosiva especial,
de naturaleza sellante y tapaporos para evitar la formación de ampollas antes
de revestirse de pintura.
Galvanización en caliente. Consiste en la formación de un
recubrimiento de cinc o aleaciones de cinc-hierro por inmersión de las
piezas y artículos fabricados de hierro y acero en un baño de zinc fundido a
una temperatura de 450 ºC, según norma UNE EN ISO 1461.
Pintado. El art. 30 de la Instrucción EAE establece los tipos de pintura y
sistemas de pintura que pueden utilizarse para la protección de estructuras
de acero, así como las prescripciones técnicas que deben cumplir, según la
durabilidad requerida del sistema de pintura protector.
Pueden emplearse los siguientes tipos de pintura:
-pinturas de secado al aire.
-pinturas de curado físico (en base disolvente o en base agua).
-pinturas de curado químico (epoxídicas, de poliuretano, por humedad).
Las pinturas de secado al aire endurecen por evaporación de los
disolventes orgánicos o del agua, seguida por la reacción del ligante con el
oxígeno del aire.
Las pinturas en base disolvente secan por evaporación de los
disolventes.
Las pinturas de curado químico constan de un componente base y un
agente de curado, secando por evaporación de los disolventes, y reacción
química entre la base y el agente de curado.
29
Generalidades sobre la construcción en acero
Los sistemas de pintura están constituidos por un conjunto de capas de
imprimación (1 o 2 según los casos) y de capas de acabado (entre 1 y 4) de
pintura con espesores nominales de película seca definidos que, aplicados
sobre una superficie de acero con un grado de preparación preestablecido,
conducen a una durabilidad determinada del sistema de pintura protector.
La durabilidad de un sistema de pintura protector depende del tipo de
sistema de pintura, del diseño de la estructura, del estado de la superficie de
acero, de la calidad de la aplicación, de las condiciones durante la aplicación
y de las condiciones de exposición en servicio.
Por ello, el grado de durabilidad de un sistema de pintura es un concepto
técnico útil para seleccionar el sistema a emplearen un caso concreto y para
definir el programa de mantenimiento correspondiente, pero no puede, en
ningún caso, tomarse como un período de garantía. Se establecen tres grados
de durabilidad de los sistemas de pintura.
- Durabilidad baja: de 2 a 5 años.
- Durabilidad media: de 5 a 15 años.
- Durabilidad alta: más de 15 años.
La pintura debe ser aplicada de acuerdo con la hoja de datos del
fabricante del producto. Se deberá comprobar, previamente, que la
superficie está limpia y exenta de manchas, así como la compatibilidad de
las distintas capas de pintura. Es recomendable utilizar productos del mismo
fabricante.
Las fracciones de piezas que vayan a quedar embebidas en el hormigón
no necesitan protección, a partir de 30 mm. por debajo del nivel del mismo
(recubrimiento), siempre que a su vez la superficie de hormigón esté a salvo
de procesos de carbonatación.
Debe prevenirse la dificultad de pintado de elementos inaccesibles y
proceder a su ejecución antes del montaje.
VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA ESTRUCTURA
METÁLICA.
Ventajas:
- Las estructuras metálicas, al tomar grandes deformaciones, antes de
producirse el fallo definitivo “avisan”.
30
Construcción de estructuras metálicas
- El material es homogéneo y la posibilidad de fallos humanos es mucho
más reducida que en estructuras construidas con otros materiales. El
material resiste por igual en todas las solicitaciones.
- Ocupan poco espacio. Los soportes molestan muy poco, para efectos
de la distribución interior, por lo que se le obtiene buena rentabilidad a
toda la superficie construida. Los cantos de las vigas son reducidos y
los anchos aún son menores. En general las estructuras metálicas
pesan poco y tienen elevada resistencia.
- Las estructuras metálicas no sufren fenómenos reológicos que, salvo
deformaciones térmicas, deban tenerse en cuenta. Conservan
indefinidamente sus excelentes propiedades.
- Estas estructuras admiten reformas, por lo que las necesidades y los
usos pueden variar, adaptándose con facilidad a las nuevas
circunstancias. Su refuerzo, en general, es sencillo.
- Las estructuras metálicas se construyen de forma rápida, ya que al ser
elementos prefabricados, en parte, pueden montarse en taller.
Asimismo tienen resistencia completa desde el instante de su
colocación en obra.
- Al demolerlas todavía conserva el valor residual del material, ya que
es éste es recuperable.
Inconvenientes:
- Son necesarios dispositivos adicionales para conseguir la rigidez
(diagonales, nudos rígidos, pantallas, etc.)
- La elevada resistencia del material origina problemas de esbeltez.
- Es necesario proteger las estructuras metálicas de la corrosión y del
fuego.
- El coste, en principio, es más elevado que el de las estructuras de
hormigón armado.
- El resultado de las uniones soldadas es dudoso, especialmente en
piezas trabajando a tracción.
SOLDADURA.
Un acero se considera soldable según un grado, un procedimiento
determinado y para una aplicación específica, cuando mediante la técnica
apropiada se puede conseguir la continuidad metálica de la unión y ésta
cumpla con las exigencias requeridas.
31
Generalidades sobre la construcción en acero
Descripción característica de una junta:
ÁREA METAL APORTADO
ÁREA METAL DE BASE FUNDIDO
ÁREA ZONA AFECTADA TÉRMICAMENTE (Z.A.T.)
Borde inicial de la junta
Metal de soldadura
Línea de fusión
Parte transformada de Z.A.T.
Línea de transformación
Parte de baja temperatura de la Z.A.T.
Metal base
Z.A.T.
Zona de soldadura
Metal de base: es el material que no queda afectado por la operación de
soldadura, cuyas características corresponden a las de partida.
Metal de soldadura: es el metal fundido, cuya composición química y
estructura corresponden a las proporcionadas por la fusión del metal de
aportación.
32
Construcción de estructuras metálicas
Zona afectada térmicamente: (Z.A.T.) es la zona del material de base
que ha permanecido durante un cierto tiempo en una gama de temperaturas
en las que puede producirse transformaciones o modificaciones
estructurales.
Energía de aportación: es la energía aportada en el proceso de soldeo
(en soldadura oxiacetilénica y en la soldadura de arco eléctrico).
Tipos de uniones para barras corrugadas.
Existen tres tipos de uniones: a tope, a solape y en cruz.
UNIÓN A TOPE
3 mm.
30°
2-3 mm. aprox.
Soldadura
2-3 mm. aprox.
Barras
2-3 mm.
corrugadas
aproxim.
33
Generalidades sobre la construcción en acero
UNIÓN A SOLAPE
Barras
corrugadas
Soldadura
Soldadura
2-3 mm
aprox.
5
5
5
Barras
corrugadas
UNIÓN EN CRUZ
Soldadura
Barras
corrugadas
UNIONES SOLDADAS.
Las uniones soldadas amparadas por la Instrucción EAE deberán
ejecutarse de acuerdo a los procedimientos indicados y el material de
aportación habrá de tener características mecánicas, límite elástico y tensión
de rotura, no inferiores a las del metal base. Las piezas a unir deberán tener
como mínimo 3 mm. de espesor.
34
Construcción de estructuras metálicas
Métodos de soldadura autorizados.
Se autoriza el empleo de los siguientes métodos de soldadura en las
estructuras de acero objeto de esta Norma.
- Soldadura manual con electrodo recubierto, con recubrimientos de tipo
rutilo o básico.
- Soldadura semiautomática bajo protección gaseosa, con hilo macizo o
tubular relleno de flux, con transferencia de lluvia.
- Soldadura semiautomática con hilo tubular relleno de flux, sin
protección gaseosa, con transferencia de lluvia.
- Soldadura automática con arco sumergido.
Para el empleo de otros procedimientos, o de electrodos con otros
recubrimientos, se requerirá la autorización del Director de Obra; y siempre
las características mecánicas del metal de aportación serán iguales o
superiores a las del acero de las piezas a soldar.
Tipos de uniones y de cordones.
Por la posición de las piezas a unir, las uniones soldadas pueden ser a
tope, en T (en cruz) o a solape, similar a las del dibujo anterior.
Los cordones de soldadura a depositar entre las piezas a unir para formar
una unión soldada se dividen en cordones en ángulo y cordones a
penetración.
En las uniones a solape, los cordones en ángulo se denominan laterales
cuando son paralelos a la dirección del esfuerzo que transmiten, frontales
cuando son normales a dicho esfuerzo y oblicuos en casos intermedios. En
cualquier caso pueden ser continuos o discontinuos.
Cordón lateral
Cordón frontal
N
Cordón oblicuo
N
N
Los cordones a tope pueden ser de penetración completa o de
penetración parcial.
35
Generalidades sobre la construcción en acero
Disposiciones constructivas para cordones en ángulo.
Los cordones en ángulo pueden usarse para unir piezas en T, ó a solape cuyas
caras a fundir formen ángulos comprendidos entre 60º y 120º, y serán de
penetración total.
Uniones en T
Unión en solape
a
a
a
Si el ángulo está comprendido entre 45º y 60º, el cordón se considerará
de penetración parcial.
Si el ángulo es superior a 120º ó inferior a 45º, el cordón se considerará
que es de simple atado y sin capacidad para resistir esfuerzos.
Espesor de garganta.
Es espesor de garganta “a” debe tomarse igual a la altura del mayor triángulo
que pueda inscribirse en la sección de metal de aportación, medida normalmente
al lado exterior de dicho triángulo, tal como se detalla en las figuras siguientes.
Soldadura
a
a
a = espesor
de garganta
a
36
a
Construcción de estructuras metálicas
El modo de medir el espesor de la garganta es siempre la misma, con
independencia de la forma geométrica de la soldadura: recta, cóncava,
convexa, lados sensiblemente distintos, etc.
a
a
plano
ligero
a
a
colmado
En el caso de soldadura muy abollada, el procedimiento es el mismo.
Cuando los cordones de soldadura tengan los lados desiguales, con
diferencia importante entre ambos, es conveniente formar el triángulo con
ambos lados iguales al menor de ellos.
CORDON DE SOLDADURA DE
LADOS DESIGUALES
CORDON DE SOLDADURA
"ABOLLADA"
b
b
Cuando el método de soldadura empleado permita conseguir una
penetración apreciable, puede incluirse esta penetración en el valor del
espesor de garganta, siempre que se demuestre que esta penetración es
constante.
37
Generalidades sobre la construcción en acero
a
Cuando sea preciso depositar un cordón de soldadura entre dos
superficies curvas, tales como las de: redondos, zonas de esquinas de
perfiles tubulares, o entre una superficie plana y una curva, el espesor de
garganta deberá determinarse a partir de soldaduras de prueba ejecutadas
sobre probetas de la misma sección que vaya a ser usada en producción.
a
a
a
a
38
Construcción de estructuras metálicas
Cordones discontinuos.
En las uniones, que por cuestión de carga y de grado de corrosividad,
podamos utilizar cordones de soldadura discontinuos, la luz libre entre extremos
de cordones parciales no será superior al menor de los siguientes valores:
- 200 mm.
- 12 veces el espesor de la pieza más delgada, si ésta está comprimida.
- 16 veces el espesor de la pieza más delgada, si ésta está traccionada.
- una cuarta parte de la distancia entre rigidizadores.
La longitud de cada cordón parcial no será menor que el mayor de los
siguientes valores: 40 mm. ó 5 veces la garganta del cordón.
En los extremos de las piezas a unir siempre se dispondrán cordones
parciales.
Excentricidades.
Los cordones en ángulo se dispondrán de forma que se evite la aparición
de momentos flectores que tengan por eje el propio del cordón de soldadura.
En las dos figuras siguientes, de la parte superior, la unión es correcta,
mientras que en las de la parte inferior la unión es incorrecta, puesto que la
tracción es excéntrica respecto a la soldadura.
Nt
Nt
Nt
Nt
39
Generalidades sobre la construcción en acero
Longitud mínima para cordones laterales.
Los cordones de soldadura en ángulo laterales, que transmitan esfuerzos
axiles de barras, tendrán una longitud no inferior a quince veces su espesor
de garganta, ni inferior al ancho de la pieza a unir.
Longitud efectiva de un cordón de soldadura en ángulo.
La longitud efectiva de un cordón de soldadura en ángulo es igual a su
longitud total, incluyendo las prolongaciones de esquina, tal como se detalla
en el dibujo siguiente.
No se considerarán efectivos para transmitir esfuerzos aquellos cordones
con longitudes inferiores a 40 mm. ó a 6 veces el espesor de garganta.
0
40
Construcción de estructuras metálicas
Otras disposiciones de uniones soldadas de piezas a tope, en
prolongación, en ángulo, en esquina, de diferentes espesores, con chapa
dorsal, etc.
G
G
en ángulo
en ángulo
G
G
en esquina
en solape
41
Generalidades sobre la construcción en acero
E
E
H Sin preparación
E
Y Preparación en V bilateral
E
V Preparación en V
E
X Preparación en X
Z Preparación en V unilateral
E
= 25 %
Con chapa dorsal
42
Construcción de estructuras metálicas
a
Procedimientos de soldadura.
En las estructuras metálicas existen, esencialmente, dos procedimientos: las
soldaduras por fusión y las soldaduras por presión.
En las soldaduras por fusión, el calor origina la fusión en una zona concreta de
las piezas, con lo cual éstas se unen. Esta unión puede efectuarse con aportación de
material o sin dicha aportación.
En las soldaduras por presión se calientan las dos piezas, hasta lograr hacerlas
plásticas, e inmediatamente se unen mediante una fuerte presión mecánica, sin
electrodo y sin aportación de material.
Tipos de soldadura para elementos metálicos en general.
En las construciónes metálicas se utilizan los siguientes tipos de soldadura:
1.- Soldadura por arco manual con electrodos revestidos:
Es el tipo de soldadura utilizado normalmente a pié de obra para unir dos piezas
metálicas, al provocarse el arco entre ellas.
El procedimiento es muy sencillo. Existe un generador del que salen dos cables
eléctricos (polos) que finalizan con una pinza cada uno. Se conecta una de las pinzas
o polo a las piezas que pretendemos unir, y el soldador coge el electrodo con las otras
pinzas.
La soldadura se inicia cuando el soldador toca ligeramente, con el extremo del
electrodo, la pieza a soldar, formando el arco. El calor producido por el arco, hace
43
Generalidades sobre la construcción en acero
que se funda el extremo del electrodo y se queme el revestimiento, produciéndose
una transferencia de gotas de metal fundido desde el alma del electrodo hasta el baño
de fusión en el material base, logrando la unión de ambas piezas.
La temperatura alcanzada durante la soldadura oscila alrededor de 3.500 grados
centígrados, lo que origina que se funda el metal base y el extremo del electrodo, que
al enfriarse queda una unión perfecta, formando una pieza única.
El metal de aporte que se utiliza se denomina electrodo y consiste en una varilla
metálica de acero recubierto, de unos 6-8 mm.
Existen varios tipos de electrodos, según el tipo de revestimiento: electrodos de
acero básicos, ácidos, celulósicos, oxidantes, de rutilo y de gran rendimiento. Los
electrodos autorizados en la Instrucción EAE ya los vimos en el apartado de
“métodos de soldadura autorizados”.
Los voltajes deben ser bajos, ya que con arcos cortos se consiguen mejores
soldaduras.
El diámetro de los electrodos está en función del espesor de las chapas que hay
que unir, siendo en general el diámetro del electrodo un poco menor que el espesor
de la chapa. A título orientativo, en la tabla adjunta se indican algunos de estos
valores.
Diámetro del electrodo
Espesor de las chapas
2,5 a 3 mm.
3 a 4 mm.
4 a 5 mm.
6 a 8 mm.
2 a 4 mm.
4 a 6 mm.
6 a 10 mm.
más de 10 mm.
La soldadura obtenida debe tener, al menos, las mismas características resistentes
que el metal base, por lo cual es necesario seleccionar el tipo adecuado de electrodo.
2.- Soldadura por arco bajo gas protector, con electrodo consumible:
Este tipo de soldadura, normalmente utilizada en taller, es un proceso en
que el arco se establece entre un electrodo de hilo continuo y la pieza a
soldar, estando esto protegido de la atmósfera circundante por un gas inerte,
o por un gas activo.
Existen otros tipos de soldadura, específicos para determinadas uniones,
que no se van a describir.
44
Construcción de estructuras metálicas
CLASIFICACION DE LAS SOLDADURAS.
Existen los siguientes tipos: soldadura a tope (penetración completa y
penetración parcial), soldadura de cordones, soldadura en tapón, soldadura
de ranura y soldadura de bordes curvados. Se describirán las primeras,
puesto que son las más utilizadas.
Soldadura a tope de penetración completa.
Consiste esencialmente en unir las chapas situadas en un mismo plano,
por un solo lado. Para espesores de chapa inferiores a 4 mm. no es necesaria
la preparación de los bordes, sin embargo, para espesores superiores a 6
mm. se necesita preparar los bordes, para conseguir una buena penetración
de la soldadura sobre el metal. En las figuras siguientes se representan los
tipos de preparación de bordes más usuales (en V, U, X, doble U), así como
la forma de rellanar la junta, cuando las dimensiones de las chapas son
grandes, siendo necesario efectuar varias pasadas con cordones de soldadura
(figuras derecha).
a) Sin preparación de bordes
c) Cordones y zonas de una soldadura a
tope
4 a 10mm
0 a 4mm
0 a 4mm
Escamas
1) Zonas
2 a 4mm
b) Con preparación de bordes
en X
en V
60º a 80º
15 a
40 mm
Penetración de flancos
5 a 20
mm
Capa de cobertura
Capa media
Cordón de cierre
en U
en doble U
d/2 a d/3
d
20 a 40
mm
2) Cordones
11
8 10
9
5 7
6
3 4
2
1
7
>40mm
4
8
6
1
2
3
5
Soldaduras a tope de penetración completa de chapas situadas en un mismo plano.
45
Generalidades sobre la construcción en acero
En las siguientes figuras, en las de la parte superior, se representan las
soldaduras a tope en forma de T y a tope en ángulo (L), cuando las chapas
no están en el mismo plano.
En los dibujos inferiores se detalla la preparación de los bordes para la
soldadura de penetración completa.
a) Soldadura a tope en T
b) Soldadura a tope en L
c) Preparaciones de bordes
1) Chaflán sencillo en V
2) Chaflán doble en V
3) Chaflán sencillo en J
4) Chaflán doble en J
Soldaduras a tope de penetración parcial.
Las soldaduras de penetración parcial, son similares a las descritas
anteriormente, con menor penetración de la soldadura. Las piezas pueden
disponerse en prolongación o en forma de T. En todos los casos conviene
que ambas piezas estén en contacto lo más estrecho posible, para conseguir
una buena unión.
46
Construcción de estructuras metálicas
Clasificación de los cordones de soldadura según su posición.
Según su posición durante la ejecución los cordones de soldadura se
clasifican en:
- Cordones horizontales. Puede tratarse de unir dos piezas horizontales
(en suelo o en techo), dos piezas verticales, o bien una pieza vertical y otra
horizontal, en ángulo (en suelo o en techo).
- Cordones verticales.
- Cordones inclinados.
La ejecución más recomendable es la horizontal en suelo (prolongación
o ángulo), ya que el metal de aportación, fundido, se vierte desde encima, y
por gravedad se coloca en la posición deseada.
Los cordones en techo son los más difíciles de realizar, debiendo
utilizarse en las mínimas ocasiones y, en caso de tener que ejecutarlas, serán
realizadas por un soldador con la capacitación profesional adecuada.
Orden de ejecución de las uniones con cordones de soldadura.
En las figuras siguientes se indica, de forma numérica el orden de
ejecución de las soldaduras, y con una flecha se indica la dirección de las
mismas, tanto para encuentros de piezas en T, solapadas, etc. (figuras
superiores), como para uniones planas (figuras inferiores).
47
Generalidades sobre la construcción en acero
2
1
2
3
1
1
2
Cruce de cordones
1
1
1
2
2
1
1
2
Cuando la longitud de soldadura es inferior a 500 mm. es recomendable
que se ejecute toda ella continua, sin más interrupción que la necesaria, cada
vez que se termina un electrodo, para cambiarlo.
Para casos longitud comprendida entre 500 mm. y 1000 mm. se
recomienda comenzar por el centro e ir avanzando hacia cada uno de los
extremos, tal como se indica en las figuras siguientes.
<500 mm
500-1.000 mm
2
1
48
Construcción de estructuras metálicas
Para longitudes de soldadura superiores a 1000 mm. deben tenerse
presente dos factores: la lentitud (realizarse a paso de “peregrino”) y la
alternancia, de modo que cada cordón parcial, cuya longitud debe ser la que
corresponda al material depositado con cada electrodo, termine donde
comenzó el cordón parcial anteriormente ejecutado.
Tensión residual.
Al realizar un cordón de soldadura, las zonas próximas al mismo tienen
tendencia a alargarse, como consecuencia de las altas temperaturas que se
originan. Estos alargamientos están coartados porque el resto del material,
más alejado de la propia soldadura, permanece más frío. Y justamente lo
mismo ocurre al enfriarse, que el material frío impide el acortamiento. Esto
provoca unas tensiones residuales de tracción en la soldadura y zonas
próximas.
Por esta razón, al soldar a pié de obra un pilar metálico sobre su placa de
anclaje, debe seguirse el procedimiento de puntear inicialmente los 4
laterales, con cordones pequeños, hasta que el pilar esté arriostrado por su
parte superior, para evitar inclinaciones del mismo y entonces se completa la
soldadura.
Defectos de las soldaduras.
Entre los defectos internos más importantes se distinguen:
1.- Falta de penetración, originada porque la unión entre el metal base
y el de aportación no es perfecta en algún punto o zona, quedando
alguna oquedad dentro de la zona de material de aportación. Puede
producirse por excesivo espesor, incorrecta preparación de los
bordes, electrodos inadecuados, mal proceso de ejecución.
2.- Falta de fusión, originada porque las superficies que se sueldan no
están limpias (tienen restos de otra capa de protección, etc.)
3.- Poros y oclusiones, debida a inclusiones de pequeñas bolsas de gas
en el metal depositado por el electrodo, ocasionada por utilizar una
técnica inadecuada en cuanto a amperaje o longitud de arco
excesiva.
4.- Inclusiones de escoria, procedente de óxidos metálicos, o por restos
de soldaduras de enfriamiento rápido.
49
Generalidades sobre la construcción en acero
5.- Grietas, procedentes de fisuras internas o externas, debidas a
tensiones residuales o esfuerzos mecánicos, y son debidas
fundamentalmente a la mala calidad del electrodo utilizado.
Defectos superficiales: mordeduras, picaduras y desbordamientos
Los fallos más peligrosos, a efectos resistentes son los internos.
En la figura izquierda se detallan los defectos internos y en la del lateral
derecho se detallan los defectos superficiales.
Mordedura
Picadura
Poros
Grieta
Desbordamiento
Falta de penetración
SISTEMAS
SOLDADA:
DE
INSPECCIÓN
EN
LA
CONSTRUCCIÓN
En la totalidad de la estructura metálica se seguirán las directrices de la
Instrucción EAE y demás normativa vigente al respecto, tanto en cuanto a
materiales, uniones, ejecución, etc.
Para controlar la ejecución, especialmente de las soldaduras, existen
diversos sistemas, que se relacionan a continuación; no obstante es conveniente
efectuar una inspección ocular previa al inicio de las labores de soldadura.
1.- Inspección visual:
Inspeccionar los materiales que se pretende unir, asegurándose así de
que cumplen con la calidad requerida, no llevan óxidos, laminaciones, etc.
Se comprobará la preparación de bordes de alineación y limpieza de éstos,
también hay que comprobar los electrodos, gases, fluxes y demás,
50
Construcción de estructuras metálicas
verificando que esté en buenas condiciones térmicas, de acuerdo a las
instrucciones del fabricante.
Se observarán los cordones de soldadura, sobre todo el de raíz, ya que es
el que más tendencia tiene a fisurarse, y los demás cordones para ver la
temperatura de precalentamiento entre pasadas.
En los aceros de límite elástico muy alto y en los templados y revenidos,
la inspección visual deberá posponerse al menos hasta las 48 horas desde la
finalización de la soldadura, puesto que son aceros propensos a la fisuración
diferida.
2.-Inspección por líquidos penetrantes:
Es un ensayo no destructivo en el cual es posible detectar
discontinuidades que afloran en los sólidos no porosos.
Se aplica un líquido que penetra por capilaridad en las discontinuidades,
una vez eliminado el exceso de éste, el retenido exuda y con la ayuda de un
revelador podemos observarlo en la superficie de la pieza.
El ensayo se puede clasificar según el tipo de líquido penetrante en
ensayo con penetrantes fluorescentes y ensayo con penetrantes coloreados.
Los fluorescentes incorporan pigmentos que permiten que el líquido
emita una fluorescencia muy intensa cuando se ilumina con luz negra.
Los coloreados incorporan un pigmento de color rojo brillante que
produce un buen contraste con el revelador de color blanco.
El proceso es el siguiente: utilizando detergentes, intentaremos eliminar
los óxidos, escoria, cascarilla, pintura, etc. Aplicar el penetrante y dejarlo en
la superficie para que se introduzca en todas las discontinuidades, eliminar
el exceso de penetrante, aplicar el revelador, evaluar los resultados y
proceder a la limpieza final con agua a presión o disolvente.
3.- Inspección por partículas magnéticas:
Es un ensayo no destructivo que se emplea en materiales
ferromagnéticos permitiendo detectar grietas y otras discontinuidades. La
sensibilidad es muy buena en discontinuidades superficiales y disminuye a
medida que aumenta la profundidad, siendo imposible detectarlas cuando
éstas alcanzan profundidades de 5 o más mm.
El proceso será descrito a continuación: una vez limpias las superficies,
se crean campos magnéticos en la dirección e intensidad previstos por
51
Generalidades sobre la construcción en acero
medio de imanes, a continuación se aplican las partículas magnéticas, se
avalúan los resultados y finalmente se procede a la desmagnetización.
4.- Inspección radiográfica:
Es la más utilizada. Este ensayo consigue una imagen nítida y establece
los defectos que puedan existir en la soldadura.
Es un ensayo no destructivo donde la inspección radiográfica goza de
gran aceptación al ser el único que proporciona una documentación real de
la inspección.
Los rayos X y los Y son radiaciones electromagnéticas al igual que la
luz visible.
Cuando la radiación atraviesa una soldadura, la absorción depende del
espesor y la naturaleza del material y del tipo y longitud de onda de la
radiación.
Una vez que la radiación ha atravesado la unión soldada es capaz de
impresionar una partícula radiográfica. Es similar a la utilizada en
fotografía, procediendo posteriormente al revelado y fijado de la imagen.
Los resultados se clasifican en grados del 1 al 5, siendo 1 una soldadura
perfecta y 5 una soldadura pésima.
5.- Inspección por ultrasonidos:
El método consiste en un ensayo no destructivo que utiliza la
propagación del sonido.
Al comunicar una presión determinada al primer plano de partículas
comunicará la energía recibida a las partículas siguientes. Se producirá una
oscilación que tendrá la misma frecuencia y amplitud que la presión ejercida
desde el exterior, y debido a que el medio es un cuerpo elástico, se requiere
un determinado tiempo para permitir la propagación de la presión ejercida,
por lo que en planos sucesivos se produce un retraso en su movimiento.
En la respuesta de una chapa a las ondas transversales se producirá una
propagación de ondas, una reflexión en el borde, barrido de la sección
transversal y determinación de la situación de un defecto.
52
Construcción de estructuras metálicas
DETALLES CONSTRUCTIVOS: SOLDADURA A TRACCIÓN Y
A CORTANTE.
Con el fin de dar cumplimiento a lo especificado en la Instrucción EAE,
y con referencia a las placas de anclaje, existen unas matizaciones que es
indispensable conocer y que, aunque con posterioridad se insista sobre ellas,
se van a relacionar ya en este punto.
En cuanto a la unión de pernos con la placa de anclaje, existen las
siguientes puntualizaciones:
La resistencia a tracción de un perno es correcta si, aparte de un buen
dimensionado, va soldado a la placa en todo su contorno. En la figura
siguiente, el perno de la izquierda sólo tiene soldadura en 2 laterales, por lo
que la opción no es totalmente correcta, especialmente si las cargas son
importantes. El perno de la derecha está soldado en todo su contorno, por lo
tanto es la opción correcta.
PLACA DE ANCLAJE
SOLDADURA SOLO
EN 2 LATERALES
DEL PERNO
OPIÓN CORRECTA
PERNOS DE ANCLAJE
SOLDABLES
OPIÓN REGULAR
Según la Instrucción EAE, se prohíbe terminantemente soldar los
pernos a la placa de base mediante cordones en ángulo dados sobre
patilla formada en el extremo del mismo que va a soldarse a la placa, tal
como se detalla en el dibujo siguiente.
53
Generalidades sobre la construcción en acero
PLACA DE ANCLAJE
PROHIBIDO SOLDAR
ASÍ
PERNO
Unión soldada de un pilar y una jácena, metálicos.
Soldadura a cortante
JÁCENA
JÁCENA
PILAR
COLGADO
PILAR
Soldadura a tracción
Angulares por si falta cordón de soldadura
JÁCENA
Soldadura a las alas jácena
Pletina metálica para colgar el pilar
PILAR
COLGADO
54
Soldadura a cortante
Construcción de estructuras metálicas
En el dibujo anterior izquierdo la jácena está unida con soldadura al
pilar, trabajando la soldadura a cortante.
En el dibujo superior derecho, el pilar está colgado de la jácena,
trabajando la soldadura a tracción. Inicialmente debemos evitar, en lo
posible, soldaduras a tracción para cargas importantes.
En el dibujo tercero, vista lateral del mismo detalle anterior, el pilar
continúa colgado de la jácena, si bien se han añadido pletinas metálicas para
colgarlo lateralmente, con lo cual hemos convertido la soldadura a tracción
en soldadura a cortante.
Unión de dos perfiles metálicos mediante soldadura.
En las dos perspectivas siguientes se detalla la unión de dos perfiles
metálicos, uno de ellos trabaja a tracción (tira en la dirección de la flecha).
En la primera figura la soldadura trabaja a tracción, mientras que en la
segunda, gracias a la pletina lateral añadida, la soldadura trabaja a cortante.
55
TEMA 2.- TIPOLOGÍA ESTRUCTURAL EN ACERO.
ESQUEMAS ESTRUCTURALES.
Las estructuras metálicas para edificios están formadas fundamentalmente por:
- Pilares o soportes, que apoyan sobre la cimentación.
- Vigas o jácenas, que cargan sobre los soportes.
- Forjados, que transmiten sus cargas a las vigas.
- Arriostramientos y correas de atado, para evitar desplazamientos y
deformaciones.
Algunas vigas pueden transmitir su reacción por uno o por sus dos
extremos, no a un pilar, sino a otra jácena. Esta unión se denomina
“brochal”.
También puede ocurrir que algún soporte no llegue a la cimentación,
bien porque esté colgado, bien porque descanse en un elemento en flexión
(viga), denominándose “pilar apoyado sobre jácena” o “pilar apeado”.
Las diversas formas en que pueden quedar enlazados las vigas y los
soportes dan lugar a diferentes tipos de estructuras:
- Estructuras totalmente isostáticas.
- Estructuras con vigas continuas.
- Estructuras de pórticos con nudos rígidos.
- Estructuras especiales.
En el siguiente esquema se relacionan los diferentes elementos que
constituyen la planta de estructura metálica de un edificio.
57
Tipología estructural en acero
Todo el contorno de la planta, patios, huecos y escalera deben quedar
unidos mediante jácenas o correas de arriostramiento.
Si las viguetas de forjado son de acero, no necesitaremos correas de
atado, puesto que podemos soldar las viguetas de los extremos a los pilares,
cumpliendo con ello ambas funciones: soportar carga y arriostramiento.
58
Construcción de estructuras metálicas
ENLACE VIGA-SOPORTE. FORMA DE TRABAJO.
Antes de iniciar el estudio a fondo de cada uno de los tipos estructurales
y de sus uniones, partiremos de la base de que los enlaces viga-soporte, se
pueden clasificar en dos grandes grupos: apoyos rígidos y apoyos
articulados o flexibles, cuyo funcionamiento vamos a estudiar a
continuación, de forma muy sencilla, con independencia de que,
posteriormente, se completen con el estudio más profundo de los nudos y
enlaces.
La forma de trabajo de la jácena, en su unión con el soporte, depende
del tipo de enlace.
El apoyo rígido impide el giro del extremo de la viga, por lo tanto
trabaja a tracción la parte alta de la viga y a compresión la parte inferior de
la misma.
El apoyo articulado o flexible permite el giro del extremo de la viga, por
lo que la parte alta de la misma trabaja a compresión y su parte inferior lo
hace a tracción, tal como puede observarse en las figuras siguientes.
SOPORTE
COM
PRE
SIO
NES
JÁC
E
NA
TRA
CCI
ONE
S
En el nudo rígido, se suelda todo el perímetro de la viga con la cara del
pilar y se consigue eliminar todos los posibles movimientos de la viga.
En estas uniones rígidas, la transmisión de esfuerzos al pilar es muy
importante y pueden ocasionarle deformaciones en el alma, alas, etc. tal
como se muestra en los dibujos siguientes, y cuyas soluciones estudiaremos
más adelante.
59
Tipología estructural en acero
90º
Zona
traccionada
Ft
Fc
Zona
comprimida
60
Construcción de estructuras metálicas
ESTRUCTURAS
ARTICULADOS).
TOTALMENTE
ISOSTÁTICAS
(NUDOS
Es el tipo de construcción más utilizado, puesto que tiene mayor
rendimiento tanto en taller como en montaje en obra, por consiguiente
resulta el de menor costo por kg. de acero en estructura terminada.
En este tipo de estructura, los soportes están sometidos fundamentalmente a compresión y las vigas se articulan sobre ellos, no importando cual
sea su dirección en el plano horizontal, por lo que este tipo es de la mayor
flexibilidad en lo que se refiere a las necesidades arquitectónicas.
El esquema siguiente representa una estructura con nudos articulados.
61
Tipología estructural en acero
Los soportes de las diversas plantas, por su forma de enlace, pueden
considerarse como articulados unos con otros en la base.
La estructura así concebida es un mecanismo, por lo que para oponerse a
los esfuerzos horizontales producidos por sismos, viento u otras causas, han
de disponerse unos elementos estructurales capaces de resistir estas
solicitaciones. Para ello se utilizan diagonales (arriostramientos), tal como
veremos más adelante.
El cálculo de las jácenas se realiza en la hipótesis de la viga articulada en
sus dos extremos aunque, como veremos cuando se estudien los detalles
constructivos, los enlaces puedan transmitir un cierto momento flector al
soporte, debido a que no se consigue una perfecta unión isostática.
Los soportes se pueden también calcular como articulados en sus dos
extremos, con carga axil la mayor parte de las veces, y con carga excéntrica
en algunos casos.
En el siguiente apartado, puede verse de qué forma pueden enlazarse los
extremos de la viga para poder suponer que está articulada en los soportes,
es decir, como se materializan en la práctica las rótulas teóricas.
Nudo articulado.
Para efectuar un apoyo articulado de una viga en un soporte, ha de
adoptarse una disposición que impida el movimiento de la viga en dirección
del eje del soporte, o sea impedir su desplazamiento vertical, permitiendo,
sin embargo, un giro en sentido longitudinal de la viga, lo suficientemente
grande para conseguir que el momento flector que pueda inducirse en la
unión sea despreciable.
Esos nudos articulados, apoyos flexibles o uniones simples, los podemos
conseguir por cualquier procedimiento que facilite el giro de la sección
extrema de la viga al tiempo que impide las traslaciones verticales u
horizontales.
Veamos algunos procedimientos:
1º.- Soldando directamente el alma de la viga. Para que la unión pueda
ser considerada flexible la longitud de los cordones de soldadura no debe ser
mayor que los 2/3 de la altura del alma, tal como se detalla en las figuras
siguientes: alzado, sección y perspectiva.
62
Construcción de estructuras metálicas
L<
2
ha
3
Una solución muy buena, variante de la anterior, es la indicada en la
figura siguiente. Consiste en cortar las 2 alas de la jácena en forma de
chaflán, con lo cual al flectar la jácena no transmite momentos al pilar,
puesto que sus alas no llegan a él.
63
Tipología estructural en acero
Una vez soldados los 2/3 del alma, se elimina el angular de apoyo y
queda un buen nudo con jácena articulada.
JÁCENA ARTICULADA
Alas cortadas en chaflán para evitar
transmisión de momentos al pilar
Soldadura 2 3 alma
PILAR
JÁCENA
Angular de apoyo
2º.- Apoyando o soldando la viga sobre un angular soldado al soporte.
Para impedir el vuelco de la viga se colocan pequeños angulares en la parte
alta del alma, por ambos laterales de la viga, soldados sólo al pilar. El giro
se produce por deformación del ala libre del angular. Para evitar
movimientos verticales hacia arriba, se puede colocar un angular encima del
ala superior de la viga, soldado sólo al pilar. Ver figuras siguientes.
64
Construcción de estructuras metálicas
3º.- Uniendo el alma de la viga con el soporte, mediante angulares
soldados sólo en los extremos de las alas. La flexibilidad de la unión se
confía a la deformación de los angulares en sus partes libres de soldadura.
Obsérvese que en la unión de angular y soporte sólo se ha soldado los
bordes verticales de los angulares, dejando libre su extremo superior e
inferior, tal como se detalla en las siguientes figuras.
El angular de montaje es provisional. Una vez colocada la jácena, dicho
angular se elimina.
65
Tipología estructural en acero
4º Efectuando una unión similar a la anterior, pero uniendo los angulares
al soporte por medio de tornillos que garantizan el giro de la viga, al ser la
unión menos rígida que la soldadura y poder trabajar los tornillos a tracción.
66
Construcción de estructuras metálicas
En todos los casos la reacción de la viga produce un cierto momento
flector en el soporte, producto de la distancia entre el punto de apoyo de la
jácena y el eje del alma del soporte (descentramiento de la carga).
67
Tipología estructural en acero
Para reducirlo, una posible solución consiste en colocar la viga contra el
alma del soporte, tal como se detalla en las siguientes figuras, disminuyendo
así el brazo de palanca.
FORMAS DE REDUCIR EL MOMENTO AL MÍNIMO EN
ESTOS NUDOS.
En los casos de soportes de un solo perfil, ya hemos visto
procedimientos para reducir los momentos en los nudos (soldar sólo 2/3 del
alto del alma de la jácena, efectuar la unión de la jácena sobre el alma del
soporte, etc.).
Si se trata de soportes formados por dos perfiles separados, puede
evitarse todo momento flector, por descentramiento de la carga, mediante la
disposición de viga pasante, tal como se indica a continuación.
Esencialmente consiste en que la viga sea continua, pasante por el espacio
que queda entre los dos perfiles del pilar, apoyada sobre un trozo de
casquillo IPN que va soldado por la parte interior de los dos perfiles del
pilar.
En la primera perspectiva de las insertadas a continuación se detalla una
viga pasante en un pilar de última planta. Los soportes formados por 2 UPN
empresilladas con las alas hacia el exterior.
En la segunda perspectiva el pilar está ubicado en una planta intermedia,
formado por 2 UPN empresilladas, con las alas hacia el interior.
68
Construcción de estructuras metálicas
69
Tipología estructural en acero
La opción de viga pasante es muy buena porque favorece tanto a la viga como
al soporte. La viga, al ser pasante, se calcula como continua, con menores momentos
flectores. El pilar, excepto los de medianera o esquina, recibe carga por ambos lados,
por tanto puede considerarse que sólo recibe carga axil, por compensación de cargas.
Solución de viga pasante en apoyo con el pilar.
Es importante que las presillas existentes junto a la viga pasante, tanto la superior
como la inferior, no estén en contacto con ella, para evitar que al flectar la viga pueda
transmitir esfuerzos al pilar, fundamentalmente flexiones.
Si el apoyo de la viga pasante se efectúa sobre una superficie horizontal, tal como
ocurre cuando se apoya sobre el ala superior de un trozo de perfil IPN, que es lo
habitual, puede ocurrir que la viga pasante flecte más de un lateral que del otro, con
lo cual está transmitiendo sobre dicho apoyo horizontal, una tendencia al giro del
mismo, transmitiendo al pilar una cierta flexión.
70
Construcción de estructuras metálicas
Para evitarlo, es necesario que el apoyo de la viga pasante sea puntual, para lo
cual, se suelda un trocito de redondo longitudinalmente encima de la mini-viga que
hemos introducido dentro del pilar, y la viga pasante apoyará encima del redondo,
con lo que se considera simplemente apoyada.
Cuando los apoyos de la jácena son puntuales y todas las cargas que soporta la
jácena se transmiten verticalmente a dicho apoyo, y especialmente si las cargas son
importantes, es necesario colocar en la jácena cartelas de rigidización verticales,
uniendo alas y alma, para evitar abollamientos, tal como se observa en la siguiente
perspectiva, correspondiente a una viga pasante, con apoyo puntual.
CARTELAS DE
RIGIDIZACIÓN
71
Tipología estructural en acero
ESTRUCTURAS CON VIGAS CONTINUAS.
En las estructuras con vigas continuas existe una ventaja para las vigas y
un inconveniente para los pilares.
Las vigas se calculan como continuas, con lo que disminuyen
notablemente sus momentos flectores y, por tanto, su sección y peso, lo que
supone una economía importante.
Para que las vigas sean continuas hay que cortar los soportes, lo que
implica que, una vez se haya colocada la viga continua sobre el soporte
inferior, hay que colocar el soporte superior encima de la viga y se
“reconstruye” el trozo de soporte que falta, hasta conseguir la continuidad
del mismo. Para ello es necesario suplementarle al nudo cartelas de las
mismas dimensiones del soporte inferior cortado, a modo de rigidizadores,
para reconstruir la zona que falta. De este modo se consigue dar continuidad
al pilar y evitar que el alma de la jácena continua pueda “aplastarse” por el
peso del pilar superior. Esta solución es costosa porque necesita mucha
mano de obra.
En la figura siguiente se representa de forma esquemática una estructura
de este tipo. En el lateral derecho puede observarse la diferencia entre los
diagramas de momentos flectores de las 3 vigas independientes y los de la
viga continua de 3 tramos, para un mismo tipo de perfil. Gráficamente
queda demostrada la conveniencia de la utilización de vigas continuas, en
cuanto a su economía.
72
Construcción de estructuras metálicas
La utilización de refuerzos en alguna zona de la viga junto con el empleo
del cálculo en plasticidad, conducen a un aprovechamiento excelente del
material.
Nudo de vigas contínuas.
La forma más usual de realizar un apoyo de viga continua, consiste en
proyectar el soporte a base de dos perfiles empresillados separados lo
suficiente para que las vigas puedan pasar entre ellos con cierta holgura. El
apoyo se realiza directamente sobre un casquillo de perfil, generalmente
IPN, soldado a los dos perfiles que constituyen el fuste del soporte; o bien,
si la viga es muy importante, interponiendo entre ella y el casquillo un
cuadradillo o un trozo de barra redonda, con lo cual conseguimos que se
cumpla de manera más perfecta la hipótesis de apoyo puntual.
En la siguiente figura se indica cual puede ser la disposición de un nudo
de este tipo. Para que el montaje de esta unión sea fácilmente realizable, es
preciso que la separación interior entre los dos perfiles componentes del
soporte sea lo suficientemente amplia. Puede ser conveniente colocar el par
de presillas de cabeza en obra, después de montada la viga.
73
Tipología estructural en acero
Normalmente los pilares se solapan o empalman en la parte superior de
los forjados. Si por alguna razón no puede adoptarse esta solución, porque
sea necesario que el pilar solape en la parte inferior del forjado, o dentro del
mismo y, en ese caso, molesten las placas de cabeza y base, puede adoptarse
la disposición que se indica en la siguiente figura que, en cierto modo es de
más difícil realización.
Esencialmente la diferencia consiste en que, en lugar de colocar placas
de cabeza y de base, unimos ambos soportes mediante cartelas o chapas
metálicas verticales, soldadas por la parte exterior de las alas de los perfiles
UPN que conforman los pilares, para darle continuidad a los mismos. Si
existe diferencia entre anchos de soportes, es necesario intercalar pletinas
para igualar dichas dimensiones, tal como se detalla a continuación.
74
Construcción de estructuras metálicas
También puede resolverse tal como se indica en la figura siguiente. Se
efectúa el empalme de pilares, con placa de base y de cabeza, en la parte
inferior del forjado. Esta solución conlleva el riesgo de que, al hormigónar
el forjado, se hormigónen también parcialmente las placas de base,
impidiendo la posterior colocación del pilar superior. Para evitarlo existen
dos soluciones: colocar el pilar superior antes de hormigónar el forjado o
bien proteger dichas placas para evitar que al hormigónar se queden
recubiertas de hormigón.
Existe otra solución consistente en desdoblar el perfil de la jácena en dos
equivalentes y pasar uno de ellos por cada lado del soporte, apoyados sobre
casquillos (trozos de perfil metálico IPN), a modo de mésulas. Esta
solución, que como las anteriores tampoco transmite momentos al soporte,
tiene el inconveniente de que el rendimiento del material empleado es algo
menor, lo que redunda en un coste algo más elevado. Tiene la ventaja,
además de las constructivas, de reducir el canto de las jácenas, puesto que se
colocan dos en vez de una sola.
En la figura siguiente se detalla este tipo de unión, en alzado y en planta.
75
Tipología estructural en acero
También pueden solucionarse los nudos de vigas continuas con un perfil
I que pase junto al soporte, por uno sólo de sus lados, en donde se resuelve
el apoyo en él. Es quizás el sistema más sencillo, pero introduce en el
soporte un momento flector igual al producto de la reacción por la distancia
hasta el eje que, aunque es pequeño, deberá tenerse en cuenta al dimensionar
el soporte.
En la figura siguiente se materializa este tipo de apoyo. Posiblemente
fuese conveniente colocar el soporte al revés, orientado con la máxima
inercia hacia el lateral de apoyo de la jácena INP.
76
Construcción de estructuras metálicas
ESTRUCTURAS DE PÓRTICOS CON NUDOS RÍGIDOS.
En este tipo de estructuras, los soportes y vigas que concurren en un punto
forman un nudo rígido. Es decir, las tangentes a las directrices de las diversas piezas
(soportes o vigas), mantienen ángulos invariables después de la deformación.
Este tipo de estructura, tiene la ventaja de que los pórticos pueden
resistir los esfuerzos horizontales en la dirección de su plano y para grandes
luces suele tener mejor rendimiento que sus equivalentes de nudos
articulados o de vigas continuas.
77
Tipología estructural en acero
Cuenta con los inconvenientes de que tiene mayor repercusión la
existencia de asientos diferenciales, y de que la ejecución y el montaje son
más caros que en los casos anteriores.
A continuación se muestra el esquema de este tipo de estructuras.
Las vigas que llegan a un nudo, de cualquiera de los tipos existentes,
siempre han de estar niveladas en su parte superior para facilitar el apoyo
del forjado.
78
Construcción de estructuras metálicas
Nudo rígido.
Las uniones rígidas con empotramiento perfecto sólo se pueden
conseguir si los soportes tienen una gran inercia en relación con el la de la
jácena (figura izquierda). En casos normales, una unión rígida va a
introducir flexiones en los pilares (fig. centro), donde, para evitar esas
deformaciones, harían falta pilares muy fuertes. Si la viga es muy
importante, con relación al soporte, con sus esfuerzos de tracción y
compresión puede producir deformaciones en las alas y alma del soporte
(figura derecha).
Previamente al análisis y propuesta de soluciones a estos problemas
vamos a efectuar un ligero recorrido sobre la forma de trabajo de las
uniones, especialmente sobre su funcionamiento, transmisión de
tensiones y deformaciones.
En el nudo o apoyo rígido se suelda al pilar todo el perímetro de la viga,
con lo cual se consiguen coartar los tres posibles movimientos de la viga:
- Impedir el desplazamiento horizontal en la dirección de la viga.
- Impedir el desplazamiento vertical en la dirección del pilar.
- Impedir el giro lateral de la viga (impedir el vuelco).
79
Tipología estructural en acero
SOPORTE
TRACCIÓN
E
JÁC
NA
COMPRESIÓN
Los nudos rígidos o empotramientos penalizan al soporte, sometiéndolo
a flexión, pero a su vez favorecen a la viga, que la “descargan” de flectores
en su vano.
En el empotramiento vemos que el ala superior tira del soporte y la
inferior lo empuja (tracciones en la cara superior y compresiones en la cara
inferior).
Si las acciones son importantes y el espesor de las alas y el alma del
soporte son pequeños, los esfuerzos de tracción y compresión que se
producen en la unión pueden deformar el ala del soporte, tal como se indica
en el dibujo adjunto, con lo cual el empotramiento no sería perfecto, puesto
que la deformación del ala del soporte ha permitido un cierto giro a la
jácena.
SOPORTE
TRACCIÓN
JÁC
COMPRESIÓN
80
ENA
Construcción de estructuras metálicas
Para evitar esto, será necesario transmitir el tirón y el empuje de las alas
(tracción y compresión), mediante rigidizadores, al alma del soporte y al ala
posterior, con lo cual los esfuerzos de tracción y de compresión, se reparten
entre el ala anterior, el alma y el ala posterior del soporte, tal como se indica
en el dibujo siguiente.
RIGIDIZADOR
SOPORTE
T1
T3
T2
TRACCIÓN TOTAL = T1 + T2 + T3
ENA
JÁC
C2
C1
C3
COMPRESIÓN TOTAL = C1 + C2 + C3
RIGIDIZADOR
Los rigidizadores colocados en la figura anterior evitan que las alas se
desplacen, que las alas se doblen hacia el interior (compresiones) o hacia el
exterior (tracciones) y evitan el bombeo o abollamiento del alma.
Podría quedar un matiz sin resolver. Si los esfuerzos de tracción y
compresión que tiene que absorber el alma del pilar son importantes en
relación con su espesor, ésta podría deformarse en dicho nudo, tal como se
indica en la figura siguiente; de forma que la diagonal a-e se acortase
(convirtiéndose en a´-e) y la diagonal d-b se alargara (convirtiéndose en la
d-b´). Debido al poco espesor del alma, la diagonal a´-e puede abollarse y se
acorta.
81
Tipología estructural en acero
SOPORTE
a
d
a´
b
TR A
b'
CCI
ÓN
e
JÁCENA
COM
PR E
SIÓ
N
Esto se evita colocando rigidizadores en diagonal, a ambos lados del
alma, en la dirección de los esfuerzos de compresión.
RIGIDIZADOR TRACCIONES (alas)
RIGIDIZADOR COMPRESIONES (alma)
TRACCIONES
SOPORTE
ENA
JÁ C
COMPRESIONES
RIGIDIZADOR COMPRESIONES (alas)
Las tracciones que puedan producirse en el nudo rígido no son
problemáticas, pues el alma las absorberá sin ninguna dificultad.
82
Construcción de estructuras metálicas
Es importante recordar que las soluciones aportadas anteriormente, no
siempre son necesarias; dependen del tipo de jácena, pilar, cargas, unión, etc.
Si el pilar es grande y la jácena es pequeña, no es necesario ningún
rigidizador, puesto que las propias alas y alma del soporte son capaces de
absorber los esfuerzos que le lleguen de la jácena.
Si los esfuerzos son importantes es necesario colocar los rigidizadores o
conectores de tracción y compresión. Y si son muy importantes conviene
colocar también el conector de compresiones inclinado.
Puede ocurrir que sea necesario rigidizar sólo las alas donde se unen el
soporte y la jácena, no siendo necesario que la cartela abarque todo el pilar
hasta unir ambas alas y alma. En ese caso puede ser suficiente con la
colocación de cartelas triangulares, conectando el ala y el alma del soporte,
tal como se detalla en el dibujo siguiente.
SOPORTE
CARTELAS DE RIGIDIZACIÓN
JÁCENA
PLANTA
SOPORTE
CARTELAS DE RIGIDIZACIÓN
JÁCENA
ANGULAR DE APOYO
ALZADO
83
Tipología estructural en acero
En los casos en que acometan dos vigas al soporte, una por cada lateral,
el sistema de rigidización de las alas-alma es similar: conectores de
tracciones y de compresiones.
La resistencia a cortante en la zona del alma del soporte comprendida
entre las alas comprimida y traccionada de la viga suele ser suficiente. Si no
es así, deberá reforzarse el alma del soporte, bien mediante una pareja de
rigidizadores en diagonal (uno por cada lateral del alma), o bien mediante
una chapa de refuerzo, que a su vez aumenta la resistencia de las tres zonas
del alma: tracción, compresión y cortante.
84
Construcción de estructuras metálicas
SOPORTE
JÁCENA
CARTELA RIGIDIZACIÓN
EN DIAGONAL
JÁCENA
JÁCENA
CHAPA DE REFUERZO
SOPORTE
85
Tipología estructural en acero
En los nudos rígidos se suelda todo el contorno de la viga en su
encuentro con el pilar pudiendo, además, existir angulares de apoyo, cartela
de rigidización inferior, o bien cartela de rigidización inferior y superior,
según el grado de empotramiento que queramos conseguir, tal como se
detalla a continuación.
Las estructuras con nudos rígidos se utilizan poco en edificios para
viviendas, por la dificultad de ejecución y por los problemas de asientos
diferenciales. Excepcionalmente se utilizan en edificios, normalmente con
mucha altura, en los cuales es imposible su estabilización, ante fuerzas
horizontales, mediante el arriostramiento por triangulaciones.
La principal dificultad que hay que resolver cuando se trata de realizar
un nudo rígido, es la forma de transmitir las tensiones de tracción, debido a
que por superponerse a las tensiones residuales de soldadura, pueden
originarse roturas frágiles.
86
Construcción de estructuras metálicas
En las siguientes figuras se desarrollan algunos sistemas de materializar
en la práctica los nudos correspondientes.
En dichas soluciones se busca, bien pasar un elemento continuo de chapa
sin soldaduras en las zonas de momentos flectores negativos máximos, o
bien reducir las tensiones de tracción aumentando mucho el canto.
En el caso de que se trate de un nudo o encuentro con pilar de la serie I ó
H, aparte de las cartelas de rigidización, debemos colocarle conectores de
tracción en la parte superior (a nivel superior de la jácena) y conectores de
compresión en la parte inferior, tal como se detalla en las figuras siguientes,
para evitar que se doblen las alas del pilar.
Si la jácena IPN es del mismo canto en ambos lados del pilar, tendremos
dos opciones: que se adopte la solución con un pilar pasante (pilar continuo)
tal como vimos en el detalle anterior, ó bien con una viga pasante (viga
continua y pilar cortado) como veremos más adelante.
87
Tipología estructural en acero
Si existe importante diferencia entre el canto de ambas jácenas,
resolveremos el nudo colocando las cartelas de rigidización de distinto canto
o altura, para poderlas unir por su parte inferior mediante el conector de
compresión, evitando con ello que se puedan doblar las alas del pilar. En el
detalle siguiente se ha materializado esta solución.
Si la diferencia de canto entre ambas jácenas es pequeña, resolvemos el
nudo colocando el conector de compresiones ligeramente inclinado, tal
como se muestra a continuación.
Cuando los pilares no sean de la serie I ó H, no es necesario colocarle
conectores de tracción, ni de compresión, puesto que no existe riesgo de que
se doblen las alas de los mismos.
88
Construcción de estructuras metálicas
En caso de necesitar que la viga sea continua, cortaremos el pilar y,
posteriormente, le colocaremos las cartelas necesarias para reconstruirlo, del
modo en que se describe a continuación.
El procedimiento de ejecución de este nudo con viga pasante es el siguiente:
89
Tipología estructural en acero
- Cortamos el pilar.
- Colocamos una cartela en la cabeza del mismo, del ancho necesario.
- Colocamos la viga continua.
- Colocamos otra cartela en la parte superior de la viga, más ancha que el pilar.
- Colocamos el pilar de la parte superior.
- Entre las cartelas horizontales colocamos unas pletinas verticales que
mantienen la forma del pilar, dándole continuidad al mismo.
- Una vez completada la ejecución y con toda la soldadura, el nudo está resulto y
el pilar reconstruido.
La viga es continua. Si pilar fuese más estrecho que la viga, no haría falta colocar
las dos cartelas horizontales (debajo y encima de la viga), ya que el pilar apoyaría
directamente encima de la viga y se soldaría directamente a ella, reconstruyendo
posteriormente el pilar cortado.
ESTRUCTURAS ESPECIALES.
En ocasiones, las necesidades arquitectónicas o particulares requieren el uso de
estructuras diferentes a las tradicionales, que las denominamos estructuras especiales.
Un ejemplo de estas estructuras podría ser es del dibujo siguiente donde, por
necesidades de uso, existe una planta baja sin pilares intermedios. Dichos pilares
pueden arrancar a nivel de la planta primera, desde encima de una gran jácena, o bien
pueden quedar colgados de una gran jácena colocada en la parte alta del edificio o a
nivel intermedio.
90
Construcción de estructuras metálicas
También es frecuente el caso de las estructuras de sótanos cuyas vigas,
además de resistir la flexión propia de su función, deben transmitir la
compresión que el empuje del terreno confiere a los muros laterales.
ESTABILIDAD HORIZONTAL. ARRIOSTRAMIENTOS.
Los tipos estructurales a los que nos hemos referido en los apartados de
estructuras totalmente isostáticas (articuladas) y estructuras con vigas
continuas (pasantes), no son capaces de resistir esfuerzos horizontales. Si las
uniones entre vigas y soportes fueran verdaderas rótulas, la estructura, más
que tal, sería un mecanismo. En la realidad los enlaces pueden resistir
pequeños momentos, pero son incapaces de asegurar la estabilidad del
edificio, pudiendo deformarse tal como se indica en el dibujo siguiente.
91
Tipología estructural en acero
Por consiguiente, es necesario introducir en dichas estructuras algunos
elementos que puedan hacer frente a los empujes horizontales que producen
el viento y los sismos, a los que denominamos arriostramientos.
En caso de viento, éste actúa directamente sobre la fachada y,
normalmente, ésta es capaz de transmitir la presión del viento a los diversos
forjados.
Los forjados, en su plano, son muy rígidos y pueden considerarse en la
práctica como un sólido indeformable. Basta, por consiguiente, que estén
enlazados a unos elementos verticales capaces de transmitir al terreno el
empuje del viento, para conseguir la estabilidad horizontal del edificio.
Estos elementos verticales de arriostramiento pueden ser, fundamentalmente, de tres tipos:
a) Jácenas trianguladas metálicas, con una o dos diagonales.
b) Pórticos de nudos rígidos.
c) Pantallas de hormigón.
Cuando se utilizan las jácenas trianguladas ó las pantallas de hormigón,
se presenta el problema de encontrar una parte de la estructura en la que la
colocación de los mismos no perturbe la función del edificio. Suelen
elegirse, por tanto, para su ubicación, lugares tales como los muros de las
cajas de ascensores o escaleras, los paños ciegos de fachada, las divisiones
de propiedad, las medianeras, etc.
El arriostramiento vertical en Cruz de San Andrés es el más utilizado,
por su sencillez y facilidad de ejecución. Sin embargo, con el fin de que las
diagonales cruzadas no atraviesen los huecos de puertas y ventanas, se
recurre a otros arriostramientos, en los cuales las diagonales son quebradas,
buscando siempre la línea más próxima a la línea recta, y cruces
intermedios, tal como se ve en las siguientes figuras.
92
Construcción de estructuras metálicas
93
Tipología estructural en acero
Deben hacerse hipótesis de empuje horizontal en dos direcciones
ortogonales, siendo habitual que haya dos jácenas en cada una de las dos
direcciones predominantes del edificio, o de las partes del mismo entre
juntas de dilatación.
Como se ha dicho anteriormente, los forjados suelen ser elementos lo
suficientemente rígidos, en su plano, como para poder transferir el empuje
del viento, que reciben de las fachadas, a los arriostrados o jácenas
contraviento situadas en planos verticales.
El arriostramiento vertical contra viento, funciona de forma similar a una
viga de celosía colocada en posición vertical. Esas “jácenas contra viento”
están constituidas, en su forma más general, por tres clases de elementos
diferentes:
- Las "cabezas" (c), que son los soportes de la estructura.
- Los "montantes" (m), que suelen ser las jácenas/vigas del propio
forjado.
- Las "diagonales" (d), que suelen ser los arriostramientos.
94
Construcción de estructuras metálicas
Haciendo un símil con las vigas de celosía, que estudiaremos con
profundidad en temas posteriores, la nomenclatura empleada para la misma es:
Al colocar vertical dicha viga, tendríamos el arriostramiento contraviento
indicado.
Para el cálculo de los soportes es necesario añadir, a los propios esfuerzos del
edificio, los esfuerzos que se produzcan por efecto del viento.
Los montantes deben calcularse teniendo en cuenta que puede existir, además
de la compresión o tracción que le induce el efecto del viento, la flexión propia
que, como jácenas de la estructura le pueda corresponder.
Debe observarse que el pandeo, de dichas montantes (jácenas), en el plano
horizontal quedará, generalmente, impedido por el forjado que apoye sobre ellas.
Las formas más usuales para las secciones de cabeza son las que se utilizan
en soportes.
Las diagonales, cuando se disponen en cruz de San Andrés, pueden
calcularse suponiendo que sólo actúa la que está solicitada a tracción. En esta
hipótesis pueden admitirse esbelteces mayores que en compresión y, por
consiguiente, elementos más planos que ocupan menos espacio en sentido
horizontal.
La opción ideal es que el arriostramiento contra viento se coloque
verticalmente en toda la altura del edificio, sin desplazamientos. Sin embargo, en
ocasiones pueden existir dificultades con respecto a los lugares de ubicación de
las jácenas contraviento, ante la imposibilidad de darle continuidad en todo el alto
del edificio. El dibujo siguiente muestra un caso diferente, que puede ayudarnos
para fijar criterios con relación a la ubicación de las mismas.
95
Tipología estructural en acero
Supóngase que el entramado de la figura siguiente (de la derecha) forma parte
de la estructura de un edificio, y que desde la planta primera a la cubierta, la zona
entre los soportes 3 y 4 es perfectamente utilizable para colocar la jácena
contraviento; pero en cambio es absolutamente imprescindible que el espacio
entre dichos soportes 3 y 4 sea diáfano, en planta baja, pudiéndose en su lugar
utilizar los planos entre soportes 1-2 y 5-6.
Las tres jácenas verticales y la jácena horizontal que se indican en la
figura anteriormente citada, pueden resolver el problema muy
económicamente.
En la perspectiva siguiente puede observarse con mayor detalle la
ubicación de los arriostramientos, así como sus uniones a la estructura.
96
Construcción de estructuras metálicas
SOPORTES
VIGAS
ARRIOSTRAMIENTO VERTICAL
(CRUZ DE SAN ANDRÉS)
SOPORTE EMPRESILLADO
ARRIOSTRAMIENTO
HORIZONTAL
CRUZ DE SAN ANDRÉS
ARRIOSTRAMIENTO
(CRUZ DE
SAN ANDRÉS)
97
Tipología estructural en acero
En las figuras siguientes, se dan dos tipos diferentes de jácenas
contraviento:
En las perspectivas insertadas a continuación pueden observarse
distintos tipos de arriostramientos, así como su ubicación en la estructura.
- Estructuras arriostradas con Cruces de San Andrés.
- Estructuras con muros cruzados.
- Estructuras con núcleo central reforzado.
- Estructuras con núcleo y cerramiento reforzado.
98
Construcción de estructuras metálicas
-
Estructuras con pórticos de rigidez en las 4 fachadas.
Estructuras con núcleo lateral reforzado.
Estructuras con uniones rígidas de hormigón.
Estructuras con muros de rigidez cruzados y en caja de escalera.
Estructuras con Cruces de San Andrés en zonas centrales.
Estructuras con cerramientos rígidos.
Estructuras con núcleo central y tubo exterior porticado.
Estructuras con tubo exterior porticado.
Estructuras con nudos rígidos y núcleo escalera rígido.
Estructuras con exterior arriostrado y escalera rígida.
Estructuras con arriostramiento exterior por fuera del edificio.
Vanos arriostrados
Estructura reforzada con
arriostramiento con Cruces
de San Andrés
Muros cruzados y
Arriostrados
Estructura de muros cruzados
99
Tipología estructural en acero
Núcleo reforzado
Núcleo
Cerramiento
Estructura con núcleo reforzado
100
Estructura con núcleo y
cerramiento reforzado
Construcción de estructuras metálicas
Distribución modulada de pilares y vigas. Disposición de pórticos de rigidez.
Pórticos de rigidez
Transversal
Longitudinal
3
5
4
A
6
C
B
D
Planta
Pórtico de rigidez o arriostramiento
2
3
4
5
6
7
8
A
A
B
B
C
C
D
D
1
2
3
4
5
6
7
Pórtico transversal de rigidez
Pórtico transversal de rigidez
1
8
Pórtico de rigidez o
arriostramiento
101
Tipología estructural en acero
Edificios de altura. Núcleos de rigidez.
Núcleo
102
Construcción de estructuras metálicas
103
Tipología estructural en acero
Edificios altos. Tubo porticado y núcleo central (tubo en tubo).
a) Planta
Tubo porticado
Núcleo
central
b) Perspectiva
104
Construcción de estructuras metálicas
Edificios altos. Tubo perimetral porticado.
Fachada
sotavento
Fachada
barlovento
Viento
b) Perspectiva
c) Distribución de esfuerzos axiles
2
1.- Todo el tubo resiste
como ménsula (teórica)
1
2.- Real
2
1
105
Tipología estructural en acero
106
Construcción de estructuras metálicas
Edificios altos. Grandes celosías incorporadas a las fachadas
107
Tipología estructural en acero
JUNTAS DE DILATACIÓN EN ESTRUCTURAS METÁLICAS.
Las juntas son las divisiones estudiadas de las estructuras para evitar
fisuraciones por asiento, por retracción y por dilatación.
Las juntas pueden realizarse de varias formas:
1.- Cuando la dirección del forjado sea paralela a la de la junta,
pueden hacerse, bien duplicando los soportes o bien disponiendo las jácenas
con apoyos deslizantes, tal como se detalla a continuación.
108
Construcción de estructuras metálicas
En las perspectivas siguientes se muestran las dos soluciones para
efectuar la junta de dilatación con el forjado paralelo a la misma.
109
Tipología estructural en acero
JUNTA DE DILATACIÓN EN FORJADO PARALELO A LA JUNTA.
DOS PILARES Y DOS JÁCENAS.
DETALLE A
ORIFICIO QUE
PERMITE LA
DILATACIÓN
A
110
Construcción de estructuras metálicas
2.- Cuando la dirección del forjado sea perpendicular a la de la junta, podrán
resolverse duplicando las jácenas y disponiendo una de ellas con apoyo deslizante, o
bien disponiendo los forjados con apoyos deslizantes.
a).- Duplicando soportes y duplicando jácenas. El sistema es muy bueno pero
resulta caro.
b).- Con un sólo soporte y duplicando jácenas y disponiendo apoyo deslizante
del forjado sobre una de ellas. Es un buen sistema.
c).- Con un sólo soporte y una sola jácena: disponemos el forjado de uno de los
laterales con apoyo deslizante y en el otro con apoyo fijo. Este sistema
funciona bien, pero tiene el inconveniente de que la junta no podrá ser
completamente recta.
En los apartados b) y c) es importante tener en cuenta que, en la zona de forjado
que hayamos elegido como apoyado en dilatación, los zunchos perimetrales tendrán
que unirse igualmente en dilatación con el pilar, siendo conveniente establecer un
límite de dilatación, para lo cual utilizaremos cualquiera de los sistemas de dilatación
controlada. En la perspectiva insertada al final de este apartado se refleja esta unión
en dilatación del zuncho de borde con el pilar.
Los apoyos deslizantes pueden realizarse con placas de material plastomérico
(plomo) o elastomérico (caucho, cloropreno).
Cuando se trate de naves o edificios industriales, se siguen los mismos criterios
citados.
A continuación se detallan esquemáticamente las 3 opciones indicadas
anteriormente.
111
Tipología estructural en acero
112
Construcción de estructuras metálicas
113
Tipología estructural en acero
En las siguientes perspectivas podemos observar los tres sistemas de
ejecución de una junta de dilatación, cuando el forjado es perpendicular a la
misma.
JUNTA DE DILATACIÓN EN FORJADO PERPENDICULAR A LA JUNTA.
114
Construcción de estructuras metálicas
PRESCRIPCIONES
FRENTE AL SISMO.
PARA
ESTRUCTURAS
METÁLICAS
La Instrucción de Acero Estructural EAE, en su artículo 49 hace
referencia al proyecto y ejecución de estructuras metálicas frente al sismo.
En la edificación es frecuente el empleo de configuraciones estructurales
isostáticas (uniones simples entre vigas y pilares, rigidizadas por núcleos o
pantallas de hormigón armado. Aunque, convencionalmente, la estructura
del edificio se defina como metálica, la parte resistente ante acciones
horizontales es una estructura de hormigón armado y debe ser comprobada
mediante la correspondiente Instrucción. La única comprobación requerida
para la estructura metálica es, en estos casos, la relativa a la capacidad de
deformación, que vendrá dada por la capacidad de giro de las uniones.
Idéntica comprobación se requiere en los elementos no proyectados
como resistentes, cuya misión es el arriostramiento estructural ante las
acciones horizontales.
En la figura a (izquierda) el arriostramiento se ha confiado a la pantalla o
núcleo de hormigón armado, mientras que en la figura b (derecha) el
arriostramiento se resuelve con perfilaría metálica colocada en diagonal, en
forma de Cruces de San Andrés.
Pilares y
jácenas con
uniones
isostáticas
Nucleo o Pantalla de H.A.
fig. a
Arriostramiento
fig. b
En las juntas de dilatación, en edificios situados en zona sísmica, debe
dimensionarse el ancho de la junta de acuerdo a la norma NCSE-02, para
evitar choques entre bloques colindantes.
115
Tipología estructural en acero
Los únicos tipos de pórticos admisibles en estructuras situadas en zonas
sísmicas son rígidos y arriostrados. No se admiten los pórticos semi-rígidos,
duales o mixtos, que combinen las rigideces de sistemas resistentes
diferentes.
En el caso de los pórticos arriostrados se adoptarán las medidas
constructivas necesarias para que los elementos de la triangulación no
soporten las cargas permanentes.
La unión entre tramos sucesivos de pilares conviene situarla en una
altura intermedia entre las plantas, para alejarla de los nudos.
En las figuras siguientes se representan los sistemas de arriostramiento
para edificios con estructura metálica situados en zonas sísmicas. La
elección del más adecuado depende del grado sísmico y de las posibilidades
de su utilización, en función de las necesidades constructivas.
Pórticos rígidos
Pórticos arriostrados
(triangulación incompleta)
Sistemas duales
116
Pórticos arriostrados
(triangulación completa)
Sistemas mixtos
TEMA 3.- BASES DE SOPORTES.
INTRODUCCIÓN.
Las "bases" son elementos estructurales que tienen como objeto hacer
que la transición del acero al hormigón (o eventualmente a la fábrica de
ladrillo) se realice sin que en ningún punto se sobrepasen las tensiones
admisibles en estos materiales.
El material que constituye el cimiento (casi siempre hormigón) es menos
resistente que el acero, por lo que la base debe ampliar la sección del
soporte de acero hasta conseguir una superficie adecuada de contacto con el
hormigón o material de que se trate.
La base debe poseer una rigidez suficiente para que la transmisión de
esfuerzos de uno a otro material sea lo más uniforme posible.
La base debe estar sujeta al cimiento mediante unos pernos de anclaje
que quedan embebidos en el hormigón, y que al fraguar y endurecer éste
trabajan por adherencia.
Los elementos que constituyen una base del tipo generalmente utilizado
en edificación son:
- Placa de base o de reparto.
- Cartelas de rigidez.
- Pernos de anclaje.
En la perspectiva siguiente se muestran estos elementos.
PILAR
CARTELAS DE RIGIDEZ
PLACA DE BASE O REPARTO
PERNOS DE ANCLAJE
117
Bases de soportes
FORMA DE TRABAJO DE LAS BASES
Salvo en el caso excepcional de que el pie del soporte sea articulado, los
soportes se consideran empotrados en la cimentación, lo que hace que la
base deba prepararse para resistir los siguientes esfuerzos:
1.- Esfuerzo axil de compresión (menos frecuente el de tracción).
2.- Momento flector según un eje principal de inercia, o según los dos ejes.
3.- Esfuerzo cortante según uno o los dos ejes.
4.- Más raramente un momento torsor.
DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS DE UNA BASE
Las tensiones admisibles en el acero son mucho mayores que las
admisibles en el hormigón, y por esto, en las bases de los pilares, las fuertes
fuerzas concentradas en sus delgadas paredes deben repartirse en una
superficie mayor, a fin de no sobrepasar la tensión admisible en el
hormigón, en la zona de las concentraciones. Para ello, en el extremo
inferior de los pilares se pone una PLACA DE ASIENTO, también
denominada placa de base, placa de reparto o placa de anclaje, tal como
se detalla en el dibujo siguiente.
PLACA DE ASIENTO
SOPORTE
PLACA
b RESPUESTA HORMIGÓN
ACCION ACERO a
SOPORTE
PLACA
118
Construcción de estructuras metálicas
a) La presión sobre el hormigón bajo la placa de asiento de acero es
menor en el borde y crece debajo del soporte hasta un máximo.
b) Para el cálculo estático se supone, en general, que la presión sobre el
hormigón bajo la placa de asiento esté uniformemente repartida.
Problema de la deformabilidad de la placa:
En la placa de asiento se producen esfuerzos de flexión. Por lo tanto,
debe tener espesor suficiente para resistir dichos esfuerzos, o bien debe
llevar los nervios, denominados cartelas de rigidización.
SOPORTE
CARTELAS DE RIGIDIZACIÓN
PLACA DE ANCLAJE
Cuando la tensión admisible sobre el hormigón sea tal que el espesor de
placa necesario sea muy grande, la base puede resultar antieconómica,
también puede llegar a ocurrir esto mismo cuando el fuste del soporte tenga
una gran masa de acero concentrada en poco espacio. Entonces es
conveniente disponer de rigidizadores.
Según sean las dimensiones a, b, c, y d, podrán ser necesarios también
rigidizadores en la otra dirección o no.
Puede ocurrir que los trozos de chapa entre dos rigidizadores y entre las
esquinas se deformen, como se indica en la figura siguiente, lo que indicará
que la chapa todavía no tiene suficiente rigidez.
119
Bases de soportes
d
c
SOPORTE METALICO
PLACA DE ANCLAJE
a
b
CARTELAS DE RIGIDIZACIÓN
En estos casos suele colocarse un reborde, como se indica en la misma
figura, constituyendo uno de los tipos más corrientes de bases.
SOPORTE METALICO
PLETINA O ANGULAR
PARA REFUERZO PERIMETRAL
DE LA PLACA
PLACA ANCLAJE
CARTELAS DE RIGIDIZACIÓN
Placa de base.
Las placas de base se confeccionan a partir de chapas, cuyos espesores suelen
ser de 18-20-22 mm., pudiendo utilizarse espesores mayores o menores, en
función de las cargas, momentos, y esfuerzos que le lleguen a la placa.
120
Construcción de estructuras metálicas
Pernos de anclaje.
Un empotramiento, además de la carga vertical, tiene que resistir un momento
flector.
Puede ocurrir que el momento flector sea pequeño respecto a la carga vertical, o
que sea grande.
Cuando el momento flector es grande, en el borde de la placa de asiento se
producen esfuerzos de tracción que deben ser absorbidos por los pernos de anclaje,
tal como se muestra en la siguiente figura.
Es imprescindible hacer constar que la Instrucción EAE prohibe terminantemente la unión soldada entre pernos y placa de anclaje, cuando los pernos acaban
en patilla y es precisamente dicha patilla la que se suelda a la placa. Pese a ello, con el
fin de que el concepto de “pernos de anclaje” quede entendido, se deja dicha figura,
tal como está detallada en el siguiente dibujo.
MOMENTO
CARGA
Pilar metálico
placa de base
pernos de anclaje
fuerzas de tracción
producidas por momentos
flectores del pilar.
121
Bases de soportes
Cuando el canto del cimiento no es suficiente para albergar el conjunto de
pernos, o bien tienen que soportar ligeras tracciones, se colocan anclados a
elementos embebidos en el macizo, como vemos en las dos figuras siguientes.
En las obras de construcción se utilizan pernos unidos a la placa metálica. Es
muy importante que todo el conjunto sea capaz de soportar los esfuerzos que
puedan llegarle. Por ello la chapa metálica debe ser de suficiente espesor y
dimensión, los pernos deben ser de suficiente diámetro y longitud, y finalmente
el sistema de unión entre ambos debe ser el adecuado: una soldadura correcta o
bien una unión atornillada bien ejecutada.
En los dibujos siguientes vemos una unión atornillada entre placa de anclaje y
pernos, con tuercas niveladoras en la parte inferior y con tuerca de fijación en la
parte superior. En la parte superior en lugar de una sola tuerca, pueden colocarse
dos: tuerca y contratuerca.
122
Construcción de estructuras metálicas
En las figuras siguientes se ven diferentes formas de efectuar la unión
soldada de pernos a la placa de anclaje:
- Soldadura directa: pernos rectos y pernos con patilla.
- Pernos rectos soldados directamente a la placa, auxiliados con
angulares metálicos soldados a perno y placa, para aumentar longitud
de soldadura.
- Pernos rectos que atraviesan la placa de anclaje, con soldadura por la
cara inferior y por la superior.
- Pernos de mayor sección, tipo angular, cuadradillo, etc. Soldados
directamente a la placa.
- Pernos del mismo tipo del apartado anterior, en cuya unión con la
placa se utilizan angulares metálicos para aumentar la longitud de
soldadura.
FORMAS DE EFECTUAR LA UNIÓN SOLDADA DE LOS PERNOS A LA PLACA.
SOLDADURA DIRECTA
PERNO RECTO
SOLDADURA DIRECTA
PERNO CON PATILLA
ANGULARES SOLDADOS
A PLACA Y PERNO
TALADRANDO PLACA Y
SOLDANDO SUPERIOR E
INFERIORMENTE
123
Bases de soportes
124
Construcción de estructuras metálicas
En las dos figuras siguientes se detalla la unión del perno con la placa de
anclaje, atornillada o soldada, con las recomendaciones generales de tipos
de acero, doblados, longitudes, soldadura, atornillado, etc. Siendo la
longitud mínima recomendable del perno 80 cm.
125
Bases de soportes
En función de la carga y esfuerzos que lleguen a la base del pilar y
del espesor de la placa de anclaje, la unión puede efectuarse: sin cartelas,
con cartelas de rigidización en una dirección y con cartelas de rigidización
en dos direcciones, tal como se refleja en los siguientes detalles:
126
Construcción de estructuras metálicas
ANCLAJE DE SOPORTE METÁLICO DE CIMENTACIÓN
pilar metálico
tuercas de nivelación
cordón de soldadura
macizo de cimentación
0,05
taladro para rebosadero
del hormigón
placa de anclaje
pernos de anclaje
0,05
^
800mm
PLANTA
ALZADO
^
(Ø 20mm)
SIN CARTELAS
pilar metálico
cartela de rigidización en una dirección
cordón de soldadura
tuercas de nivelación
cartela de rigidización
macizo de cimentación
0,05
^
50mm
taladro Ø50mm
^
placa de anclaje
800mm
0,05
pernos de anclaje
20mm)
^
(Ø
PLANTA
ALZADO
CON CARTELAS DE RIGIDIZACIÓN
EN UNA DIRECCIÓN
cartelas de rigidización en 2 direcciones
pilar metálico
cordón de soldadura
tuercas de nivelación
cartelas de rigidización
^
taladro Ø50mm
^
placa de anclaje
800mm
pernos de anclaje
20mm)
^
(Ø
50mm
0,05
macizo de cimentación
ALZADO
0,05
PLANTA
CON CARTELAS DE RIGIDIZACIÓN
EN DOS DIRECCIONES
127
Bases de soportes
En función del grado de empotramiento del pilar con la placa de
cimentación, existen las tres tipologías que se muestran en las figuras
siguientes:
- Unión articulada, cuando sólo se suelda total o parcialmente el
contorno del pilar, sin cartelas.
- Unión semi-rígida, cuando aparte del contorno del pilar, se sueldan
cartelas en los laterales del pilar.
- Unión rígida, en los casos en que además se sueldan cartelas en las
esquinas del pilar.
128
Construcción de estructuras metálicas
DISPOSICIONES Y RECOMENDACIONES GENERALES DE
LAS BASES.
Las bases de los soportes podrán ser simples o dobles, ya que el soporte
puede soldarse directamente sobre la base existente o bien tener en su
extremo inferior otra placa soldada. Lo habitual es utilizar bases simples,
que podrán disponerse con o sin cartelas, según sean sus dimensiones,
espesor y carga que soportan.
En las cuatro perspectivas siguientes vemos algunas disposiciones de las
cartelas de rigidización.
129
Bases de soportes
130
Construcción de estructuras metálicas
La máxima dimensión de la placa de base, así como la situación de
los pernos de anclaje, siempre se colocarán en sentido de la máxima
inercia del pilar, por ser éste el sentido en el que le vienen las máximas
cargas y momentos.
CONSTRUCCIÓN Y MONTAJE DE UNA BASE DE PILAR.
La construcción de una base de pilar se puede efectuar, fundamentalmente, de tres formas diferentes:
a) Con placa simple.
b) Con placa doble atornillada.
c) Con placa doble soldada.
En cualquier caso es fundamental que la superficie de hormigón o
mortero sobre la que se apoya la estructura metálica esté perfectamente
nivelada.
A continuación vamos a analizar los tres sistemas de construcción de
bases de pilar.
a) Con placa simple: con el sistema de placa simple, el proceso se
realiza de la siguiente forma:
1.- Se hormigóna la zapata o muro dejando embebida en ella los
pernos de anclaje, con la ayuda de una plantilla.
2.- Se colocan las tuercas de nivelado, de la parte inferior de la placa,
con objeto de tener una base perfectamente horizontal.
3.- Se monta sobre ellos el pilar, que ya tiene su placa de base
soldada.
4.- Una vez fraguado el mortero, se colocan las tuercas y
contratuercas.
5.- Se inmoviliza la unión mediante picado de la tuerca o mediante
soldadura.
131
Bases de soportes
orificio rebosadero hormigón
placa
tuerca y contratuerca
tuerca de nivelado
de 5 a 10 cm
Mortero de nivelación
Pernos de anclaje
El sistema de placa simple más utilizado es el de pernos soldados; es decir
que las placas llegan a obra con los pernos soldados. Una vez hormigónada la
zapata, la placa metálica debe quedar embebida en el hormigón del cimiento,
enrasados por su cara superior. Para evitar que debajo de la placa queden
coqueras, a ésta se le hace un orificio central para que por él expulse el aire y
fluya el hormigón. Posteriormente, para evitar que queden coqueras debajo de la
placa puede añadirse lechada de cemento, por el mencionado orificio de la placa.
PILAR
CARTELAS DE RIGIDIZACION
NIVEL DE
HORMIGON
ORIFICIO EN
LA PLACA
PLACA DE
ANCLAJE
HORMIGON
ARMADO INFERIOR ZAPATA
PERNOS DE ANCLAJE
132
Construcción de estructuras metálicas
b) Con placa doble atornillada: El sistema de placa doble utiliza más
material, pero es más cómoda su colocación.
La operación se realiza de la siguiente forma:
1.- Se hormigóna la zapata o muro, dejando embebida en ella los pernos de
anclaje, con sus extremos preparados con rosca.
2.- Se nivela mediante un mortero rico la parte superior de la zapata.
3.- Se coloca una primera placa de asiento, regularizando la posición de los
pernos sujetándolos en su posición con soldadura.
4.- Se monta el pilar, con su placa de base taladrada, sobre la primera placa
de asiento, haciendo coincidir los taladros, para poderlas atornillar.
5.- Se colocan la tuerca y contratuerca.
6.- Se inmoviliza la unión mediante picado y soldado.
pilar
cartela
doble placa atornillada
pernos
c) Con placa doble soldada: Se utiliza únicamente para pilares de
tamaño medio o pequeño, sometidos a compresión simple, compresión
compuesta o flexo-compresión de poca excentricidad.
La operación se realiza de la siguiente forma:
133
Bases de soportes
1.- Se hormigóna el macizo de cimentación dejando embebidos en él los
pernos de anclaje.
2.- Se nivela mediante un fratasado de mortero rico la parte superior de
la zapata.
3.- Se coloca la primera placa de asiento y se sueldan los pernos, que la
atraviesan, en su perímetro.
4.- Se corta el exceso de pernos que sobresale por la parte superior de la
placa.
5.- Se monta el pilar con su base, soldando ésta a la placa de anclaje
sujeta a la cimentación.
Puede resultar más práctico y cómodo, que la primera placa de anclaje
llegue a obra totalmente montada, con sus pernos soldados. Y sobre ella,
posteriormente, se suelda el pilar con su base.
doble placa soldada
pernos unidos a la placa mediante
orificio en la placa y soldadura
la placa de encima tiene que ser
más pequeña para poderse soldar
perimetralmente con la placa inferior
Con cualquiera de los sistemas de placa de anclaje que utilicemos,
debemos tener en cuenta (al igual que vimos en estructuras de hormigón
armado) que la zapata lleva su correspondiente parrilla, y vigas centradoras
o zunchos de arriostramiento, tal como se detalla en el dibujo siguiente.
134
Construcción de estructuras metálicas
PILAR METÁLICO
CARTELAS DE RIGIDIZACIÓN
PLACA DE ANCLAJE
ZUNCHO O VIGA CENTRADORA
PERNOS DE ANCLAJE
HORMIGÓN DE LA ZAPATA
HORMIGÓN DE LIMPIEZA
ZUNCHOS DE
ARRIOSTRAMIENTO
DE CIMENTACIÓN
PARRILLA DE CIMENTACIÓN
Si los pernos de anclaje tienen suficiente longitud para apoyar sobre la
parrilla de cimentación, no es necesario colocarle armadura de espera o
enanos a los pilares, que enlacen la parrilla con los pernos. En caso contrario
sí que conviene colocarlos, para enlazar parrilla y pernos de anclaje.
TIPOLOGÍA DE BASES DE SOPORTES
Según sea la forma de trabajo del soporte, así como las cargas y momentos
que puedan llegarle a su base, éstas se clasifican en los siguientes tipos:
- Bases de soportes en compresión.
- Bases de soportes en tracción.
- Bases de soportes en flexión.
- Bases de soportes articuladas.
Bases de soportes en compresión.
Según sea el material sobre el que descanse un soporte, es decir, según
sea su tensión admisible, las dimensiones de la placa de base serán distintas,
ya que cuanto más resistente sea dicho material, menor dimensión podrá
tener la mencionada base.
135
Bases de soportes
En este tipo de bases, la placa metálica está sometida a una carga
concentrada por la cara superior (soporte), y a otras tensiones
uniformemente repartidas por su cara inferior (hormigón). Debemos
procurar que la placa no tenga deformabilidad en su zona central, con el fin
de evitar que lleguen tensiones diferentes al macizo de hormigón existente
en la parte inferior de la placa. Al principio de este tema ya vimos la forma
de rigidizar la placa para evitar deformaciones.
En función de la carga que le llega a las bases, éstas se clasifican en
tres grupos: bases a compresión para cargas pequeñas, para cargas medianas
y para cargas grandes.
1) PARA CARGAS PEQUEÑAS
2) PARA CARGAS MEDIANAS
136
Construcción de estructuras metálicas
Cuando se trate de grandes compresiones y sea necesaria una mayor
superficie de apoyo, puede adoptarse una disposición como la que se especifica a
continuación, en la que mediante perfiles metálicos UPN soldados a la placa y al
pilar se realiza una distribución de cargas sobre una superficie mayor.
3) PARA GRANDES COMPRESIONES
PILAR
METÁLICO
PLETINA DE UNIÓN DE LOS
PERFILES DE REFUERZO UPN
PERFILES UPN DE REPARTO DE
CARGAS SOLDADOS A LA PLACA
Y AL PILAR (1 Y 2 DIRECCIONES)
PLACA DE ANCLAJE
PERNO
S
PILAR
PLACA DE ANCLAJE
PLETINA DE UNIÓN DE LOS UPN
PERFILES UPN
137
Bases de soportes
Bases de soportes en tracción.
Con relativa frecuencia se presenta el caso de tener que anclar un soporte que
está sometido permanentemente o eventualmente a un esfuerzo de tracción. En
estos casos es necesario buscar un sistema de anclaje que transmita dicha tracción
a la zapata de cimentación.
En las figuras siguientes se realiza este anclaje por adherencia entre el acero y
el hormigón, utilizando pilares empresillados. También puede aumentarse dicha
adherencia, para tener un mayor coeficiente de seguridad soldando a la porción
de fuste que se introduce en el hormigón unos perfiles transversales (en una o en
dos direcciones) a modo de conectores, los cuales pueden ser: angulares, perfiles
UPN, redondos, etc. soldados al pilar metálico.
Cuando las tracciones sean muy importantes, es imprescindible comprobar
que el macizo de cimentación, con sus arriostramientos, es capaz de soportar
dichas tracciones.
PILAR METALICO
P
ANGULARES L SOLDADOS AL PILAR
METALICO PARA CONEXION
CON EL HORMIGON (2 DIRECCIONES)
ZAPATA
HORMIGÓN DE REGULARIZACIÓN
138
Construcción de estructuras metálicas
PILAR METALICO
P
REDONDOS SOLDADOS AL
PILAR EN 2 DIRECCIONES
HORMIGÓN DE REGULARIZACIÓN
Bases de soportes en flexión.
La base de un soporte flectado, que normalmente también está sometido
a compresión, puede estudiarse como una sección de hormigón armado que
tuviera la misma forma que la planta de la base del soporte.
Suele interesar alargar este tipo de bases en la dirección del momento
para aumentar el brazo mecánico, reduciendo así los esfuerzos de anclaje y,
consiguientemente, los redondos o elementos en tracción, como puede verse
en la figura siguiente.
139
Bases de soportes
M
N
En las dos figuras siguientes se representan algunos de los tipos más
comunes de bases de soportes en flexión. Cuando las tracciones sean
importantes se colocarán mayor número de pernos y de mayor resistencia.
140
Construcción de estructuras metálicas
BASES PARA SOPORTES CON FLEXIONES MEDIANAS (TRACCION MAS COMPRESION)
PILAR METALICO
CARTELA RIGIDIZACION
PERNOS A COMPRESION/TRACCION
PLACA ANCLAJE
BASES PARA SOPORTES CON GRANDES FLEXIONES (TRACCION MAS COMPRESION)
PILAR METALICO
PERFILES UPN
COMPRESIONES
DIRECCION DE LAS
FLEXIONES
DI
F L R EC
EX C I O
IO
NE N D
S EL
AS
PLACA DE ANCLAJE
PERNOS A TRACCION/COMPRESION
Cuando por alguna razón la profundidad del macizo de cimentación no
sea suficiente para poder anclar por adherencia los pernos para las
tracciones, se recurre a disponer de unos perfiles cruzados en el fondo de la
zapata, soldados a los pernos de anclaje, como podemos observar en la
siguiente figura.
141
Bases de soportes
PERFILES (ANGULARES) PARA MAYOR
ANCLAJE DE LOS PERNOS A TRACCION
Especialmente en este tipo de base a flexión, es muy importante que,
tanto la mayor dimensión de la placa como el máximo número de pernos de
anclaje, están colocados en el sentido de la máxima inercia del pilar, que
coincidirá con la dirección de las máximas flexiones.
Bases de soportes articulados.
Cuando nos interese que en la base del pilar exista una cierta movilidad
o articulación, la unión del mismo con la placa de base la efectuaremos de
cualquiera de los sistemas que se detallan a continuación.
PERFIL SOLDADO AL IPE DE BASE
ARTICULACIÓN SOBRE PIVOTE.
(TORNILLO DE ALTA RESISTENCIA).
TORNILLO DE ALTA RESISTENCIA
PILAR
SOLUCIÓN ARTICULADA MAS ECONÓMICA
(SE CONSIGUE CON AYUDA DEL PERFIL IPE).
142
TORNILLO DE ALTA RESISTENCIA
Construcción de estructuras metálicas
SOPORTE
QUE NO APOYA
SOBRE LA PLACA.
PILAR HEB
ARTICULADO
PASADOR Y
TORNILLO DE
ALTA RESISTENCIA
QUE SOPORTA EL
PESO DEL SOPORTE.
ARANDELA REFUERZO
UPN SOLDADO
SOLO A LA PLACA DE
ANCLAJE, CON TALADRO
PARA EL PASADOR.
PERNOS
PLACA ANCLAJE
UPN SOLDADO
A LA PLACA
PILAR HEB
QUE NO APOYA
EN LA PLACA
TORNILLO PASADOR DE
ALTA FRESISTENCIA
ARANDELA REFUERZO
143
TEMA 4. SOPORTES. SUS CLASES.
INTRODUCCIÓN.
Los soportes son elementos lineales o piezas prismáticas sometidas
principalmente a compresión y a flexión pequeña o nula. Son los elementos que
transmiten las cargas verticales al terreno a través de los cimientos y las bases.
Están sometidos a esfuerzos axiles. Entre ellos podemos considerar los
soportes que actúan a compresión y las barras que actúan a tracción. En los
soportes a compresión, las uniones con empotramientos y la excentricidad
de las cargas verticales son causa de esfuerzos adicionales de flexión.
Para dimensionar un soporte se tendrá en cuenta:
- El tipo de acero:
- El tipo de carga que va a recibir el perfil.
- La longitud del soporte, por si hubiese pandeo.
- La carga axial a compresión.
SOPORTES, SUS CLASES.
Soportes simples
Formados por un solo perfil
Formados por varios perfiles
Dos o más perfiles
Perfiles y chapas yuxtapuestas
Chapas yuxtapuestas
Soportes compuestos
SOPORTES SIMPLES DE UN SOLO PERFIL.
Un soporte formado por un sólo perfil exige mucho menor trabajo de
preparación que otro formado por dos o más perfiles, por lo que se elegirá a
igualdad de condiciones.
El soporte simple más utilizado es el HEB, pudiendo también utilizarse
el IPN y el IPE.
Con ellos se obtiene gran aprovechamiento y son muy aptos para formar
pilares en pórticos rígidos, obteniendo el máximo aprovechamiento del material
si colocamos el perfil de forma que el plano Y-Y coincida con el pórtico.
145
Soportes. Sus clases
La dirección del pórtico siempre debe de ser perpendicular al eje de
máxima inercia de los pilares.
En la mayoría de los soportes simples de un sólo perfil, el eje de máxima
inercia es el X-X, por lo tanto, la dirección del pórtico será en el eje Y-Y, es
decir, las jácenas acometerán al soporte en el sentido del eje Y-Y (mayor
dimensión del soporte), tal como se detalla a continuación.
Los perfiles de la serie H, especialmente el HEB, son los más utilizados
para soportes, ya que al tener su sección abierta, los nudos se resuelven con
mucha facilidad y poca mano de obra. Además concentran gran cantidad de
masa de acero en muy poco espacio, por lo que se obtienen ventajas de tipo
arquitectónico.
146
Construcción de estructuras metálicas
Por su facilidad de montaje pueden utilizarse en cualquier tipo de
pórticos, ya que las jácenas pueden acceder a las alas, al alma, o a ambos
conjuntamente, tal como vemos en las perspectivas siguientes
147
Soportes. Sus clases
SOPORTES SIMPLES DE VARIOS PERFILES.
Uniendo a tope, con soldadura, dos o más perfiles se obtienen
secciones que presentan más ventajas respecto al perfil único, a costa de
mayor trabajo en taller.
Los perfiles normales U ó I tienen el radio de giro con respecto al eje y-y
mucho más pequeño que el correspondiente al eje x-x; por ello no son aptos
para resistir esfuerzos a compresión, ya que pandean en el plano x-x con
cargas muy inferiores a las de agotamiento por plastificación. El perfil HE sí
que es capaz de soportar compresiones.
Con la finalidad de obtener un buen rendimiento en la utilización de
estos perfiles, especialmente de los UPN, y con menor frecuencia de los IP,
se unen mediante soldadura a otros perfiles, obteniendo la inercia requerida.
A continuación se detallan distintas formas de unir con soldadura
soportes simples con varios perfiles.
148
Construcción de estructuras metálicas
De los tipos que se indican anteriormente, los más utilizados son los a) y
b), o sea 2 UPN y 2 IPN. Ambos son de fácil construcción si los perfiles
están bien enderezados. El cordón de soldadura de unión debe de ser
continuo, aunque puede ser muy fino, pues no hay posibilidad de pintar por
el interior y, por consiguiente, puede producirse oxidación al ser factible la
entrada de aire húmedo.
Cuando los perfiles UPN van soldados a tope con las alas hacia el
interior, se denomina soporte "en cajón", tal como se ve en la figura a).
Ambos tipos son muy aptos para utilizarlos con estructuras isostáticas, y
además, el tipo a), por tener un aspecto agradable, puede dejarse visto.
Los tipos c) y b) pueden ocultarse con facilidad en los gruesos muros o
tabiques dobles, tanto es esquina como en muros perpendiculares o
divisorios, tal como se muestra en los dos dibujos siguientes.
149
Soportes. Sus clases
El tipo c) puede ser útil en los casos en que se cruzan en un punto dos
pórticos de nudos rígidos.
No conviene, debido a las dificultades que entraña encontrar y realizar
una forma correcta de transmisión de esfuerzos, cambiar de forma de perfil
de unas plantas a otras. Por ello si se comienza con un tipo de perfil, es
conveniente mantener ese tipo de perfil en ese soporte desde el comienzo
hasta la cubierta.
SOPORTES SIMPLES ACOPLANDO PERFILES Y CHAPAS.
Este tipo de soportes se consigue uniendo dos o más perfiles con chapa
continua y soldadura. Pueden llegar a alcanzar una gran resistencia a
compresión y a flexión y, si es necesario, conseguir una carga portante muy
grande con dimensiones reducidas, en función del tipo de perfil y de la
sección de la chapa que los une.
150
Construcción de estructuras metálicas
SOPORTES ARMADOS (DE CHAPAS YUXTAPUESTAS).
Están formados, generalmente, por chapas continuas unidas por soldadura.
La forma más usual es la I. Sin embargo también pueden utilizarse secciones
en cajón que, por su buen aspecto, pueden interesar, si el soporte va a quedar visto,
existiendo asimismo otras formas de colocar las chapas, dando lugar a diferentes
secciones.
El mayor coste de la mano de obra se compensa en muchas ocasiones por la
adaptación exacta de los perfiles a las solicitaciones exigidas por la estructura. Por
otra parte, la resistencia de estos soportes no está limitada por ningún concepto,
pues pueden hacerse tan resistentes como sea preciso, siendo ésta la solución más
recomendable para edificios de gran altura con pórticos de nudos rígidos.
Para evitar abollamientos en las alas o en el alma, deben cumplirse las
dos relaciones siguientes:
h
< 45
e
b
< 30
e1
151
Soportes. Sus clases
SOPORTES COMPUESTOS.
Son soportes obtenidos acoplando perfiles separados enlazados por
medio de elementos transversales discontinuos.
Cada uno de los perfiles es un cordón, y su enlace se realiza mediante
presillas o celosía.
a). Unión mediante presillas.
Las presillas son chapas o perfiles resistentes a flexión con una unión
rígida a los cordones, mediante soldadura. La separación entre las presillas
debe de ser constante.
Placa de cabeza
IPN
Presilla
de cabeza
Perfil
UPN
UPN
UPN
Angular de apoyo de
la jácena soldado al
pilar
Presilla de base
Placa de base
En los extremos de toda pieza enlazada con presillas siempre se colocará
una presilla junto a la placa de base y otra junto a la de cabeza, unidas
rígidamente, que serán un poco más grandes que las intermedias.
152
Construcción de estructuras metálicas
Conviene colocar presillas frente a las vigas que acometen al pilar.
Las presillas deben llegar, como mínimo, hasta el centro del ala de los
perfiles que unen. No conviene que llegue hasta la cara exterior del soporte,
porque eliminaría el espacio necesario para la soldadura.
153
Soportes. Sus clases
La denominación de las presillas se efectúa en función de sus tres
dimensiones: largo x ancho x espesor (por ejemplo: 200 x 100 x 10 mm.).
b) Unión mediante celosía.
La celosía es una red triangular formada por montantes y diagonales, tal
como se definen en la figura siguiente.
El cordón superior y el cordón inferior serían los dos perfiles metálicos
que conforman el soporte y las montantes y diagonales serían el nexo de
unión entre dichos perfiles.
El enlace mediante triangulaciones es de poca aplicación en construcción
de edificios, ya que no suelen tener que soportar ni grandes esfuerzos
transversales, ni momentos, que son los casos en los que una triangulación
resulta más eficaz. Además, los elementos de una triangulación que suele
estar formada por angulares, molestan más, desde el punto de vista
arquitectónico, que las presillas.
Las triangulaciones (celosía) se emplean en los soportes de naves de
gran altura, donde están sometidas a fuertes momentos, en puentes y postes
eléctricos, etc.
A continuación se detalla la unión, mediante triangulaciones, de los dos
perfiles de un soporte.
154
Construcción de estructuras metálicas
En las perspectivas siguientes se detalla la unión de dos perfiles UPN
por los sistemas descritos anteriormente (presillas y triangulaciones ó
celosía).
155
Soportes. Sus clases
De toda la gama de
soportes compuestos, los más
frecuentemente empleados en
edificación son los constituidos
por 2 UPN o 2 IPN
empresillados.
La mejor solución desde el
punto de vista de resistencia y
de economía se obtiene dando
a los perfiles una separación tal
que la esbeltez mecánica del
soporte sea la misma respecto a
los dos ejes: el eje material x-x
y el eje libre y-y, de modo que
dx=dy, siendo d la esbeltez
mecánica.
156
Construcción de estructuras metálicas
Este tipo de soportes permite dar continuidad a las jácenas, pasándolas
entre los perfiles (cordones), lo cual supone una importante economía para
la viguería y el centrado de la carga, evitando momentos procedentes de
cargas excéntricas.
Si la jácena es pasante se apoya sobre un casquillo, generalmente de
IPN, soldado a las 2 UPN, lo que aconseja disponer hacia afuera las alas de
los UPN. No obstante el soporte trabaja en condiciones similares con las
alas de los perfiles UPN hacia el interior.
157
Soportes. Sus clases
Si las alas de los perfiles UPN que forman el soporte, van hacia el
interior, para colocar el casquillo IPN para apoyo de la viga pasante existen
dos opciones:
a).- Si existe espacio suficiente entre las alas para acceder al alma de las
UPN, se suelda directamente sobre el alma.
b).- En el supuesto de que no podamos acceder para soldar directamente,
se colocan pletinas uniendo los extremos de las alas, a modo de
“tapadera”, soldadas a las alas. El casquillo se suelda directamente
sobre dichas pletinas, tal como se muestra en la figura siguiente.
Cuando la jácena no sea pasante, se apoya sobre un angular de apoyo
soldado al soporte, colocado justamente a la altura de la parte inferior de la
jácena. Posteriormente, se unirán jácena y pilar mediante soldadura,
rigidizadores, etc. dependiendo del tipo de unión que necesitemos
conseguir.
158
Construcción de estructuras metálicas
El espacio entre las alas del perfil UPN podría aprovecharse para la
colocación de bajantes u otras conducciones.
REFUERZO DE SOPORTES.
La necesidad de reforzar soportes se presenta generalmente en obras de
reforma, cuando necesita modificarse la sobrecarga de uso o cuando las
dimensiones exteriores de los soportes vienen limitadas.
El procedimiento más general de refuerzo, en estos casos, consiste en
adosar chapas u otros perfiles donde sea necesario, teniendo siempre en
cuenta la situación de las vigas. Este proceso puede hacerse de varias
formas, algunas de las cuales se indican a continuación.
159
Soportes. Sus clases
La principal dificultad de los refuerzos estriba en la correcta transmisión
de los esfuerzos de una planta a otra, ya que en ocasiones será difícil darle
continuidad de cada planta a la siguiente.
Lo ideal, por cuestión de inercia del conjunto pilar-viga, sería que los
refuerzos pudiesen colocarse en la misma dirección de las vigas, pero en esa
posición resulta más difícil la continuidad de dichos refuerzos para
transmitir los esfuerzos entre plantas.
Cualquiera de los refuerzos indicados en la figura anterior podría
ejecutarse con relativa facilidad en el caso de que las vigas que apoyan
sobre el soporte están colocadas en la dirección y-y.
Si éste no fuera el caso, sino que por el contrario se encontrasen en la
dirección x-x, el refuerzo podría realizarse de cualquiera de las dos formas
que se indican en las figuras siguientes. Debe tenerse en cuenta que, en
todos los detalles, se han dibujado unos refuerzos (pletinas, perfiles, etc.)
que tan sólo indican el lugar de su colocación y no el tipo de refuerzo.
Por último, si existen vigas en ambos sentidos habrá que recurrir a
soluciones más o menos artificiosas, como las indicadas en los siguientes
detalles.
160
Construcción de estructuras metálicas
Cualquier refuerzo que cumpla las dos funciones requeridas (aumentar la
capacidad resistente del soporte y transmitir esfuerzos entre plantas consecutivas) se
considerará correcto. Deben evitarse refuerzos muy laboriosos y complicados.
Cuando sea necesario efectuar el refuerzo con la estructura en servicio, hay que
realizar las operaciones de soldadura con cuidado, dando el menor calor posible a los
perfiles, a fin de que no se produzcan fluencias localizadas del material. Para ello será
conveniente que los cordones de soldadura que se depositen sean los mínimos
necesarios y, a ser posible, ejecutados alternativamente.
SOPORTES METÁLICOS RELLENOS DE HORMIGÓN.
Como anteriormente hemos dicho, se utilizan con frecuencia soportes formados
por dos perfiles unidos con presillas, siendo práctica corriente rellenar y revestir estos
soportes de hormigón, con lo que se consigue una buena protección contra el fuego.
A falta de una reglamentación que permitiera tener en cuenta la colaboración de
este hormigón en la resistencia, venía despreciándose dicha posibilidad. Sin
embargo, y para aprovecharla, se ha determinado mediante una serie de ensayos la
carga total que pueden resistir los soportes revestidos o rellenos de hormigón y se ha
obtenido que la colaboración del hormigón no es nada despreciable.
SOPORTES MIXTOS.
Son soportes formados por un pilar metálico y un pilar de hormigón armado.
Normalmente el pilar metálico lo conforma un perfil tipo HE colocado en el
interior de un pilar de hormigón armado, formado por redondos y cercos, enlazando
el conjunto de armaduras.
No existe normativa reguladora de este tipo de pilares. Sin embargo existen una
serie de recomendaciones generales, que son las siguientes:
1.- La calidad del hormigón y la disposición de armaduras cumplirá la
instrucción EHE.
161
Soportes. Sus clases
2.- No deberá quedar ningún espacio menor de 5 cm. entre los perfiles y las
armaduras, cercos, etc. para posibilitar un buen hormigónado.
3.- Si la sección de los perfiles metálicos es hueca, se rellenarán con hormigón.
4.- Si el soporte metálico está formado por dos o más perfiles, éstos deberán
separarse como mínimo 5 cm. y se unirán mediante presillas.
soporte metálico
soporte
de hormigón armado
cercos principales
cercos secundarios soldados
al perfil metálico
soporte metálico
soporte
de hormigón armado
CAMBIOS DE PERFIL.
Cuando los perfiles que forman el fuste de un mismo soporte, en dos plantas
contiguas, son consecutivos de la misma serie, es decir, difieren en menos de 2 cm.
y su solicitación es predominantemente a compresión axial, la unión de ambos puede
hacerse por la simple interposición de las respectivas placas de cabeza y base.
Cuando las diferencias sean mayores, pueden adoptarse alguna de las
disposiciones que se indican a continuación.
1.- Para cargas pequeñas y medianas, y con diferencia de perfiles que no sea
excesivamente grande, es suficiente con darle mayor espesor a las placas de cabeza y
162
Construcción de estructuras metálicas
base, o bien una única placa de mayor espesor, capaz de soportar las cargas que le
llegan del pilar superior. En cualquier caso la soldadura debe ser correcta.
2.- Para cualquier tipo de
carga, existen dos disposiciones correctas:
a).- Colocar pletinas soldadas
a los pilares, por la parte
exterior y/o por la parte interior,
para darle continuidad a los
mismos, con objeto de que la
transmisión de esfuerzos sea
correcta.
163
Soportes. Sus clases
b).- Desviando las alas de los perfiles, para darle continuidad en ambas
plantas. Para ello se elimina un trozo de alma del pilar inferior y se acoplan
nuevamente las alas al alma, de forma sensiblemente inclinada, tal como se
observa en los dibujos siguientes. Esta opción ofrece más dificultad de
ejecución y mayor coste de mano de obra.
En todos los casos siempre se colocará como mínimo una placa
intermedia entre ambos soportes.
Para cargas medianas y grandes, es necesario colocar cartelas de
rigidización horizontales, justamente donde empieza el desvío de las alas,
para evitar abollamientos o arrancamiento de la soldadura a tracción de las
alas, tal como se detalla en los 2 últimos dibujos.
164
Construcción de estructuras metálicas
c).- Colocar cartelas de rigidización debajo de la placa de cabeza.
Cuando la diferencia entre pilares es importante, para evitar que el pilar
superior “se cuele” dentro del inferior se colocan cartelas verticales, en el
interior del pilar inferior, soldadas a dicho pilar, colocadas justamente
debajo de la placa de cabeza, para refuerzo de la misma y así evitar el riesgo
de que el pilar superior se cuele dentro del inferior.
165
Soportes. Sus clases
166
Construcción de estructuras metálicas
En las perspectivas siguientes pueden observarse algunos tipos de enlace
de soportes con cambios de perfil.
2
2 UPN
UPN
empresillados
empresillados
rigidizadores
rigidizadores
chapas
chapas
de
de
refuerzo
refuerzo
22IPE
IPE
empresillados
empresillados
presilla
de
base
presilla
de
base
placa
de
placa
de
base
base
placa
de
cabeza
placa
de
cabeza
2 UPN
empresillados
presilla
de
presilla
base
de base
presilla
de
cabeza
presilla
de
cabeza
pilar
HEB
pilar
HEB
chapa
de
chapa
de
refuerzo
refuerzo
placa
de
cabeza
y
placa
de
base
cabeza y
base
167
Soportes. Sus clases
Podría ocurrir que, en dos plantas consecutivas, el pilar de la planta
inferior fuese de menores dimensiones que el de la planta superior, por tener
esta última gran altura libre, ó que no llegasen a ella todos los pilares de la
planta inferior, etc. En este caso la solución al cambio de perfil es idéntica a
la vista anteriormente, pero colocando el refuerzo interior dentro del pilar de
la planta superior, para evitar que el soporte inferior "se cuele" dentro del
superior, tal como se observa en la siguiente perspectiva.
DETALLES CONSTRUCTIVOS.
En caso de que la jácena sea más ancha que el pilar, como en el caso de
una viga múltiple, la unión se efectúa intercalando una chapa metálica entre
el soporte y la jácena. Para evitar que se doble el trozo de chapa que
sobresale del pilar, como consecuencia de las tracciones y compresiones que
le transmite la jácena, se colocan unos rigidizadores que la enlazan por la
parte posterior al pilar, tal como se observa en la perspectiva siguiente.
168
Construcción de estructuras metálicas
169
TEMA 5.- VIGAS. SUS TIPOS.
JÁCENAS O VIGAS
Las jácenas o vigas son elementos lineales en las que una dimensión
predomina sobre las otras dos. Su forma de trabajo es casi exclusivamente a
flexión, por ello suelen adoptar forma de I, para tratar de obtener la
máxima inercia y el mayor módulo resistente con el material disponible,
tratando de mejorar el rendimiento.
Función de las vigas.
Las vigas son los elementos sustentantes horizontales, o como en las
cubiertas, ligeramente inclinados, que reciben las cargas verticales y las
transmiten, trabajando a flexión, a los pilares o apoyos.
Las cargas que la viga recibe producen en sus secciones los siguientes
esfuerzos:
- Momento flector.
- Esfuerzo cortante.
- Torsiones (algunas veces).
CLASIFICACIÓN DE LAS VIGAS.
Atendiendo a su constitución las vigas de acero se clasifican de la
siguiente manera:
Vigas
De alma llena
De perfiles
Armadas
Perfil simple
Viga múltiple
Perfil reforzado
En I
En cajón
De alma aligerada
De celosía
171
Vigas. Sus tipos
VIGAS SIMPLES.
En vigas, siempre que sea posible, se utilizarán perfiles laminados IPN,
pues su costo de mano de obra es mínimo, ya que, en muchas ocasiones será
suficiente con el corte del perfil a la medida deseada.
Los rendimientos en flexión son muy buenos en los IPN, ya que
conviene resistir las flexiones con el mayor canto posible. Es decir, que es
más interesante económicamente para resistir un esfuerzo de flexión una
sola viga que dos equivalentes.
Los perfiles empleados son IPN, IPE o HE (cuando es preciso canto
reducido).
El empleo de los perfiles IPE resulta más económico en general, tanto
por su mayor rendimiento mecánico como por la simplificación que, en
empalmes y uniones, proporciona el espesor uniforme de las alas.
Las principales diferencias en cuanto a forma de los perfiles IPE con
relación a los IPN son:
- El paralelismo de sus caras.
- La reducción en el espesor del alma.
- La mayor anchura de las alas.
El paralelismo de las alas elimina todos los inconvenientes que en
construcción y en montaje presentan los perfiles de alas ataluzadas, al tener
que intercalar cuñas de ajuste para que la tornillería encaje correctamente.
172
Construcción de estructuras metálicas
Los perfiles simples laminados tienen la ventaja sobre la viga armada,
que para igual resistencia su coste es menor.
VIGAS MÚLTIPLES.
Son las vigas constituidas por dos o más perfiles I adosados, unidos a
través de elementos de unión, tales como perfiles, presillas, tornillos,
pasantes, etc., que solidaricen eficazmente los perfiles componentes, del
modo en que se detalla a continuación.
Los medios de unión habituales son:
- Perfiles UPN, IPN, HE con soldadura o con tortillería.
- Pletinas o presillas soldadas o atornilladas.
173
Vigas. Sus tipos
174
Construcción de estructuras metálicas
MÉTODOS DE UNIÓN DE LAS VIGAS MÚLTIPLES
UNIÓN SOLDADA
175
Vigas. Sus tipos
176
Construcción de estructuras metálicas
MÉTODOS DE UNIÓN DE LAS VIGAS MÚLTIPLES
UNIÓN ATORNILLADA
PLANTA DE LA FIGURA
ALZADO DE LA FIGURA
VISTA ISOMÉTRICA DE LA FIGURA
PERFIL DE LA FIGURA
177
Vigas. Sus tipos
VIGAS REFORZADAS (PERFILES CON REFUERZOS).
La utilización de refuerzos, con chapa o pletina, en las estructuras
metálicas es de gran eficacia para conseguir ahorro de material.
Que un refuerzo sea económico o no, depende de los valores relativos de
la chapa, el perfil y el cordón de soladura.
El elemento de refuerzo más utilizado es la chapa o platabanda.
Se utilizan estos refuerzos cuando queramos módulos resistentes (W)
mayores que los existentes en el mercado, o cuando exista limitación de
canto, porque la altura libre entre plantas sea reducida.
178
Construcción de estructuras metálicas
Debe tenerse en cuenta, que los momentos resistentes no son magnitudes que
puedan sumarse, es decir, que para calcular refuerzos hay que trabajar con
momentos de inercia.
Por lo general, el refuerzo más económico de las vigas se hace colocando dos
pletinas simétricas en ambas alas. Si el refuerzo se hace en taller, puede
indiferentemente adoptarse cualquiera de las formas que se indican en la figura
siguiente, ya que a las piezas se les puede dar fácilmente la vuelta para soldar, ya
que siempre que sea posible debe soldarse de arriba hacia abajo.
Por el contrario, si se han de colocar en obra, debe evitarse en lo posible
soldar hacia arriba, por lo que la disposición más conveniente es la que se
indica en la siguiente figura.
179
Vigas. Sus tipos
En ocasiones hay que reforzar una viga por razón de la flecha y puede ser
conveniente disponer el refuerzo sólo por la parte inferior, ya que el aumento del
momento de inercia es casi el mismo con dos chapas simétricas, y sin embargo, la
mano de obra es mucho menor. Además, si se trata de estructuras en servicio, es
mucho mayor la ventaja desde el punto de vista de facilidad de ejecución.
Cuando en un edificio construido hay que reforzar una viga debido a que han
aumentado las cargas previstas, puede recurrirse a una de las soluciones que se
indican en las siguientes figuras.
Puede darse mayor resistencia a un perfil adaptando su forma a la distribución de
momentos flectores. Para ello se dan al perfil I los cortes que se indican en la primera
figura, recomponiéndolo como se representa en la figura insertada a continuación.
Esta disposición es muy útil en vigas simplemente apoyadas que deban recibir una
cubierta de pequeña pendiente, tal como se detalla a continuación.
180
Construcción de estructuras metálicas
En el prontuario ENSIDESA se dan los valores estáticos de estas vigas.
De igual modo puede actuarse para formar vigas en ménsulas para
marquesinas.
VIGAS O JÁCENAS ARMADAS.
Las vigas armadas están formadas por varias pletinas o chapas, unidas con
cualquiera de los medios de unión: soldadura, roblones, angulares y
tornillos, etc.
Estas chapas pueden tener las dimensiones que se quiera, tanto en ancho
como en espesor, salvo en las limitaciones que más adelante se
mencionarán.
Como vigas armadas se entiende, en contraposición con las vigas
laminadas, aquellas que se constituyen, ensamblan o arman partiendo de
chapas o de chapas y angulares. Aunque teóricamente la unión de las chapas
entre sí puede hacerse por roblonado o tornillería (izquierda) o por
soldadura (derecha) puede decirse que actualmente sólo se emplean las
vigas armadas soldadas.
Para unas solicitaciones determinadas, siempre es posible encontrar una
viga armada de menor peso que el perfil laminado que correspondería a esas
solicitaciones. Sin embargo, aun con mayor peso, los perfiles laminados son
siempre más económicos que las vigas armadas, debido al menor coste de
fabricación.
181
Vigas. Sus tipos
Por estas razones, en construcción metálica en general, el empleo de las
vigas armadas suele limitarse a casos especiales de grandes luces o de
grandes cargas.
Las vigas armadas también pueden confeccionarse partiendo de perfiles I
o H cortados a la mitad del alma y vueltos a soldar intercalando una chapa
entre las dos mitades, tal como se muestra en la figura siguiente (izquierda).
Con esto se reducen los cordones de soldadura y se evita uno de los
principales inconvenientes que suelen presentar las vigas armadas y que
consiste en que debido al efecto de la retracción de la soldadura y del
calentamiento localizado, las alas suelen tomar la deformación como se
indica a continuación (figura de la derecha), salvo que se tomen
precauciones especiales.
Para evitar el abollamiento del alma, en los puntos donde existan cargas
concentradas sobre dicha jácena, se colocarán rigidizadores verticales, en
ambos laterales, soldados al alma y alas de la jácena, tal como se detallan en
el dibujo siguiente.
carga
carga
concentrada
concentrada
cartelas
de de
cartelas
rigidización
rigidización
por ambos
por ambos
lados de la
lados de la
jácena
jácena
182
Construcción de estructuras metálicas
A pilar
metálico
jácena
IPN
A´
cartelas
de
rigidización
Condiciones de una viga armada.
La sección de una viga armada debe reunir diversas condiciones:
- Suficiente resistencia a la flexión, determinada por su módulo
resistente.
- Suficiente rigidez a la deformación, determinada por su momento de
inercia.
- Capacidad de resistencia a las tensiones cortantes, determinada por el
área de su alma.
- Dimensiones adecuadas para evitar el abollamiento del alma,
determinado por la relación espesor/altura del alma.
En algunos casos, el canto total no debe sobrepasar un determinado
valor, por cuestión de necesidades constructivas.
La elección de las alas y el alma no debe implicar dificultades
constructivas adicionales (espesores no habituales o demasiado elevados,
dimensiones no comerciales, etc.).
Una viga será eficiente si satisface todas esas condiciones con el mínimo
peso, y será económica si además el coste de fabricación es mínimo. Esto
supone que, a veces, la viga más económica no es la de menor peso. Por
ejemplo, puede fijarse el espesor del alma de una viga de manera que no
sean necesarios rigidizadores con el mínimo espesor admisible para ello, o
con un espesor más delgado y colocar rigidizadores. Seguramente, en este
último caso la viga pesaría menos, pero la construcción y la soldadura de los
183
Vigas. Sus tipos
rigidizadores harían que fuese menos económica que si se hubiese adoptado
el espesor de alma mínimo para que éstos no fuesen necesarios.
Formas más usuales de vigas armadas.
Existen básicamente dos formas de construcción de una viga armada:
con un alma y con dos almas (denominadas vigas cajón). Las de un alma
pueden ser de diversas formas, algunas de las cuales se detallan a
continuación.
Si las vigas armadas tienen dos almas se denominan vigas cajón.
184
Construcción de estructuras metálicas
Las vigas armadas se emplean, en general, cuando los perfiles
laminados no alcanzan las características mecánicas necesarias.
A continuación se detallan diversas disposiciones de vigas armadas,
pudiendo efectuarse la unión soldada o atornillada.
185
Vigas. Sus tipos
VIGAS O JÁCENAS ALIGERADAS.
Son vigas de alma aligerada. Cuando pueda adoptarse el canto que se
estime más conveniente, y cuando la flexión predomine sobre el esfuerzo
cortante, es decir, cuando se trate de luces grandes y de cargas moderadas,
las soluciones de vigas aligeradas pueden resultar muy económicas. En la
figura siguiente vemos varios tipos de ellas, así como su proceso
constructivo.
186
Construcción de estructuras metálicas
En la primera figura se detalla la línea de corte de una viga IPN para,
posteriormente confeccionar una viga void. Se corta el perfil, se desplaza un
vano una de las mitades y se vuelve a soldar, con lo cual obtenemos la viga
de la figura central. Se las conoce con el nombre de vigas alveoladas o vigas
void (del inglés void= vacío, hueco).
La de la tercera figura es una viga aligerada de mayor canto, obtenida
del mismo perfil anterior, peraltado con interposición de suplementos de
chapa, se la denomina “void peraltada”.
En las vigas void, con el mismo peso del perfil base, se consigue una
viga más resistente, al ser mayor el momento de inercia y el módulo
resistente, ya que aumentamos su altura.
Las vigas de alma aligerada se obtienen por corte y soldadura de vigas
en doble T (IPN, IPE, HE), con o sin interposición de chapas rectangulares.
En proceso de confección de estas vigas, cortar y desplazar la mitad de
arriba respecto a la de abajo, en los extremos sobra medio módulo, que hay
187
Vigas. Sus tipos
que cortar, para los extremos de la misma queden verticales. En las
siguientes figuras se detalla el procedimiento seguido.
Este trozo de viga sobra
Este trozo de viga sobra
(Sin chapa)
Aligeraminetos
hexagonales (6 lados)
Este trozo de viga sobra
Este trozo de viga sobra
(Con chapa intercalada)
Aligeraminetos
octogonales
188
Construcción de estructuras metálicas
A esta clase de vigas se les ha dado diversas denominaciones: vigas alveoladas,
vigas void, en panal de abeja, etc. Cuando existe interposición de elementos de chapa
se obtienen vigas con aligeramientos octogonales.
La confección de estas vigas no es muy costosa si se realiza en serie, en el taller y
presentan ventajas sobre el perfil inicial de procedencia.
Con el mismo peso por metro lineal de viga, al tener mayor canto, tiene mayor
inercia, con lo cual puede soportar más carga.
Estos tipos de vigas son particularmente adecuados para la realización de
estructuras ligeras, solicitadas por cargas uniformes o cargas concentradas poco
importantes, sobre todo cuando la elección de perfil está condicionada por la flecha
más que por las tensiones, como sucede frecuentemente en los elementos de forjado
de piso y cubiertas.
Con cargas pequeñas, los esfuerzos cortantes en los apoyos no son grandes,
puede ser interesante macizar el primero o los dos primeros alvéolos o huecos.
Cuando existan fuerzas puntuales o pilares sobre estas vigas, tendremos que cegar o
macizar los huecos y poner rigidizadores. Cegaremos el hueco sobre el que incide la
carga puntual y los dos de los lados. Los podemos cegar con chapa hexagonal
soldada o con una chapa por cada lado del alma, como se indica en la siguiente
figura.
189
Vigas. Sus tipos
Igualmente cegaremos, al menos, un hueco en el encuentro de estas
vigas con los pilares.
Unión de forjado apoyado con viga void.
Cuando un forjado, de viguetas metálicas o de hormigón, se apoya
encima de una viga void, no es necesario tapar los huecos, puesto que no
existe carga puntual importante, ya que la carga está uniformemente
repartida, tal como se indica en la figura de la izquierda.
En caso de que el forjado acometa lateralmente a la viga void, como se
indica en la figura derecha, existen dos opciones:
- Tapar los huecos de la viga void para soldar trozos de angular de
apoyo para el forjado.
- No tapar huecos y colocar un angular continuo, para apoyo del forjado,
soldado a las zonas macizas de la viga void.
190
Construcción de estructuras metálicas
DISPOSICIONES CONSTRUCTIVAS.
Vigas apoyadas.
Para materializar en la práctica una articulación, puede hacerse como se
indica en la siguiente figura, al tratarse de pequeños perfiles y estructura
soldada. Se suelda como máximo 2/3 del alma de la viga.
Si se trata de una estructura atornillada, o en raras ocasiones roblonada,
puede hacerse como se indica en la siguiente figura.
Cuando se trata de vigas de mayor importancia, pueden adoptarse las
disposiciones de las siguientes figuras.
191
Vigas. Sus tipos
Debe tenerse en cuenta que la unión del angular, tanto a la viga como al
elemento que la sustenta, ya sea jácena o soporte, debe ejecutarse soldando
únicamente los extremos de las alas de dicho angular, y no debe soldarse los
extremos superior e inferior de las del angular. De esta forma puede
producirse la deformación del angular tal y como se ve en la siguiente
figura, consiguiéndose que la transmisión de momento flector sea
prácticamente nula. Si la unión fuese roblonada o atornillada en vez de ser
soldada, tendría por su misma naturaleza suficiente deformabilidad, sin
contar, además, con la propia del angular.
192
Construcción de estructuras metálicas
BROCHALES.
Es la unión de dos perfiles a través de sus almas, con la condición de no ser
colineales.
La que recibe el extremo de la que transmite la carga se llama principal y la
que la transmite secundaria.
En los dibujos siguientes vemos diversas opciones para resolver el encuentro
o embrochalamiento entre vigas de igual canto y vigas de distinto canto.
viga principal
viga principal
viga secundaria
viga secundaria
angular de apoyo
2)viga principal de
mayor canto que la
secundaria
1)Ambas vigas del
mismo canto
3)viga principal de
menor canto que la
secundaria
viga secundaria
viga principal
30º
4)otras opciones
viga principal
viga secundaria
viga principal
viga secundaria
193
Vigas. Sus tipos
En los dibujos siguientes se detallan los casos de vigas embrochaladas
siguientes:
- Embrochalado entre vigas metálicas del mismo canto.
- Embrochalado entre vigas metálicas de distinto canto.
- Embrochalado en continuidad entre vigas metálicas del mismo canto.
- Embrochalado en continuidad entre vigas metálicas de distinto canto,
con torsión.
- Embrochalado entre vigas metálicas de distinto canto (viga principal
menor que la viga secundaria).
EMBROCHALADO ENTRE VIGAS METALICAS
DEL MISMO CANTO
SOLDADURA
2/3 del alma
VIGA METALICA A
VIGA METALICA B
VISTA FRONTAL
VISTA LATERAL
VISTA FRONTAL
VISTA LATERAL
VIGA METALICA A
194
H
2/3 H
H
VIGA METALICA B
2/3 H
VIGA METALICA B
Construcción de estructuras metálicas
EMBROCHALADO ENTRE VIGAS METALICAS
DE DISTINTO CANTO
SOLDADURA
2/3 del alma
VIGA METALICA A
VIGA METALICA B
VISTA FRONTAL
Angular de apoyo provisional
ó de montaje
VISTA LATERAL
VIGA METALICA B
H
2/3 H
VIGA METALICA B
2/3 H
VISTA FRONTAL
H
VISTA LATERAL
VIGA METALICA A
195
Vigas. Sus tipos
EMBROCHALADO EN CONTINUIDAD ENTRE
VIGAS METALICAS DE DISTINTO CANTO
PLETINA DE TRANSMISION
DE TRACCIONES
SOLDADURA
Todo el alma
VIGA METALICA A Continua
VIGA METALICA B Cortada
VISTA FRONTAL
Angular de apoyo provisional
ó de montaje
VISTA LATERAL
EMBROCHALADO EN CONTINUIDAD ENTRE
VIGAS METALICAS DEL MISMO CANTO CON TORSION
PLETINA DE TRANSMISION
DE TRACCIONES
SOLDADURA
Todo el alma y ambas alas
VIGA METALICA B Cortada
VISTA FRONTAL
196
VIGA METALICA A Continua
VISTA LATERAL
Construcción de estructuras metálicas
SOLDADURA DEL ALMA
VIGA METÁLICA B
B
A
VIGA METÁLICA A
VIGA METÁLICA A
VISTA FRONTAL
VIGA METÁLICA B
VISTA LATERAL
197
Vigas. Sus tipos
Disposición Gerber de las vigas o correas.
La disposición Gerber tiene por objeto disminuir el momento flector con
que se calcularían las vigas o correas si estuviesen simplemente apoyadas en
los extremos. Esa disminución de momentos lleva consigo la disminución
de sección, y por tanto, de peso y costo del material; sin embargo, la mayor
mano de obra necesaria, puede contrarrestar la economía del material.
Si consideramos la viga o correa como pieza continua (hiperestática)
apoyada en las cerchas o vigas intermedias, y en las secciones de momentos
nulos colocamos articulaciones, queda dividida en tramos isostáticos en que
unos apoyan en los voladizos de los otros. El número de articulaciones será
igual al número de apoyos menos 2.
Con la utilización de esas articulaciones impuestas en puntos
determinados, conseguimos que la ley de momentos flectores pueda adoptar
la forma más conveniente.
Con una adecuada disposición se consigue igualar los momentos de
apoyo y los de los tramos centrales. Si el número de tramos fuese impar, se
consigue una completa simetría, tal como se detalla en la figura siguiente.
Los tramos extremos quedan constituidos por una viga suspendida o por
una viga con brazo en voladizo. En cualquier caso, si la luz entre cerchas o
apoyos es constante, los tramos extremos tienen mayor momento, por lo que
habrá que reforzar la correa en dichos tramos.
Las articulaciones o rótulas se realizan uniendo con dos pletinas (una en
cada lateral) ambos extremos de vigas. Dicha pletinas van soldadas o
atornilladas al extremo de una de las vigas, y mediante tornillos se unen al
extremo de la otra viga, tal como se indica a continuación.
198
Construcción de estructuras metálicas
Cuando se utilizan estas vigas en forjados, existe el inconveniente de que
puede manifestarse una grieta en el piso, a menos que se deje prevista una
junta.
Formas de resolver la transmisión de las compresiones.
Cuando a una jácena le acometen vigas por ambos laterales, y éstas son
de distinto canto, es necesario transmitir las tracciones y compresiones que
generan las dos vigas laterales, tal como se muestra en la siguiente figura:
B
Conector de tracciones
A
B
Angular de apoyo
Conector de compresiones
VISTA B-B
A
Angular de montaje
Pletina de conexión
de compresiones
procedentes del ala
de la viga izquierda
SECCIÓN A - A
Conector de compresiones
199
Vigas. Sus tipos
En el caso en que las compresiones no sean excesivamente grandes, en la
figura siguiente se detalla un sistema muy sencillo de efectuar la transmisión
de compresiones, mediante una cartela que enlace las alas inferiores de
ambas vigas
Conector de compresiones
VIGAS CONTINUAS.
Para conseguir la continuidad entre dos vigas embrochaladas a otra, una
por cada lateral, es necesario lograr una correcta transmisión de esfuerzos
(tracciones, compresiones y cortante) entre ambos laterales.
Si las vigas de ambos laterales son del mismo canto, no existe ninguna
dificultad en la transmisión de compresiones, puesto que sus alas inferiores
están enfrentadas. Si los cantos son distintos, es necesario colocar
conectores de compresiones.
En las dos figuras siguientes se detalla la transmisión de todos los
esfuerzos. La chapa superior, del tamaño necesaria, es la encargada de
transmitir las tracciones producidas por el momento flector negativo, con
soldadura trabajando a cortante. Los cordones de soldadura verticales, que
unen las dos almas, absorben el esfuerzo cortante. No existen compresiones
puesto que el canto de ambas vigas es igual.
Obsérvese que en la primera figura la parte superior de las vigas no se
han soldado. Se han confiado todas las tracciones a la chapa superior. En la
segunda figura se ha soldado toda la superficie en contacto de ambas vigas y
se le añade pletina para transmisión de tracciones.
200
Construcción de estructuras metálicas
Chapa superior para transmitir tracciones
Angular de montaje
Pletina de transmisión de tracciones
Soldadura a tracción
Angular de apoyo o montaje
provisional
En caso de necesitar conector de compresiones, la solución se detalla en
el dibujo siguiente: conector de tracciones, conector de compresiones y
soldadura vertical para cortantes.
201
Vigas. Sus tipos
202
Construcción de estructuras metálicas
CAMBIOS DE PERFIL.
Si en alguna ocasión interesa adaptar el perfil a las leyes de momentos
flectores, puede resultar interesante utilizar diferentes perfiles en diversas
zonas de la misma viga. Para que el cambio se haga sin brusquedad y sin
efecto de entalla, conviene adoptar soluciones similares a la siguiente. La
reducción se efectúa de tal modo que las caras exteriores de las alas de
ambos perfiles queden enrasadas, tal como se observa en los detalles 1 y 2.
Detalle 1
Detalle 2
Detalle 1
Detalle 2
EMPALME DE VIGAS.
Los empalmes a tope vigas de igual canto, se efectuarán entre 1/4 y 1/5
de la luz, que es la zona donde el momento flector es mínimo. La
inclinación del empalme será de 60 grados. Ambas vigas también pueden
cortarse verticales, soldarlas a tope y colocarles pletinas soldadas
lateralmente.
203
Vigas. Sus tipos
1) Cortando la viga con un ángulo de 60º
y soldando ambas partes
Alzado
1) Cortando la viga en vertical, soldando y colocando una
pletina/chapa en uno ó en los dos laterales de la
viga empalmada
Soldadura
Viga
204
Pletina
Construcción de estructuras metálicas
Para empalmar vigas de distinto canto, se le realizará un corte con una
pendiente del 25% en la viga de canto mayor, volviendo a soldarle el ala.
25%
En las perspectivas siguientes se detalla el empalme de vigas metálicas
de distinto canto, con pletinas de continuidad de las alas y pletinas para
fuertes tracciones.
205
Vigas. Sus tipos
PLETINA OPCIONAL PARA
FUERTES TRACCIONES
PLETINA OPCIONAL PARA
FUERTES TRACCIONES
VIGA METÁLICA
VIGA METÁLICA
ALAS DISCONTINUAS
PLETINA OPCIONAL PARA
FUERTES TRACCIONES
VIGA METÁLICA
VIGA METÁLICA
VIGA METÁLICA
SOLDADURA
PLETINA OPCIONAL PARA
FUERTES TRACCIONES
SOLDADURA
VIGA METÁLICA
206
Construcción de estructuras metálicas
UNIONES DE VIGAS Y PILARES.- DETALLES CONSTRUCTIVOS.
Detalle constructivo del enlace de un soporte metálico formado por 2
UPN empresilladas y una viga Void, confeccionada a partir de IPN 30.
En el dibujo puede observarse: la correcta colocación del pilar en el
sentido de la máxima inercia, canto de la viga void, primer agujero junto al
pilar cegado con chapa metálica, angular de apoyo o montaje,
arriostramiento horizontal UPN, arriostramiento en Cruz de San Andrés con
perfiles L en planta superior e inferior, presillas frente a las alas de la viga
en su unión con el pilar.
207
Vigas. Sus tipos
Pilares metálicos que arrancan desde encima de diversos tipos de
jácenas metálicas. Nótese que en todos ellos se han colocado, justamente
debajo del pilar, cartelas de rigidización uniendo las alas superiores e
inferiores de las jácenas, con el alma.
PILAR METÁLICO
PILAR METÁLICO
CARTELAS DE
RIGIDIZACIÓN
CARTELAS DE
RIGIDIZACIÓN
VIGA
ARMADA
VIGA HEB Ó IPN
PILAR METÁLICO
SOLDADURA
CARTELAS DE
RIGIDIZACIÓN
AGUJEROS TAPADOS
VIGA VOID
208
Construcción de estructuras metálicas
Apoyo de un pilar metálico encima de una viga. El pilar es más
ancho que las alas de la viga donde apoya.
Es necesario colocar, encima de la jácena, una pletina intermedia un
poco más ancha que el pilar, para apoyarlo. Para evitar el pandeo de esa
pletina, se colocan cartelas de rigidización verticales, a ambos lados,
uniendo la pletina intermedia, alas superiores, alma y alas inferiores.
Pilar metálico
Soldadura
Pletina intermedia para
apoyo del pilar
Cartelas de rigidización
Soldadura
Viga para apoyo del pilar
209
Vigas. Sus tipos
Detalle de pilar metálico colgado de una viga metálica, con las alas
más anchas que el pilar.
Para pequeñas tracciones se suelda el pilar directamente al ala inferior de
la viga y se colocan conectores para evitar pandeos del ala inferior.
Para tracciones más importantes el cuelgue se efectúa con angulares y
tornillos de alta resistencia, utilizando cartelas de rigidización de cualquiera
de las dos opciones indicadas en el dibujo inferior.
Posibles cartelas de rigidización para
evitar pandeos en el ala inferior
Soldadura
Pilar metálico colgado
PEQUEÑAS TRACCIONES
Cartelas de rigidización
rectangulares conectando
ambas alas y el alma
(Opción 1)
Cartelas de rigidización triangular
conectando ala inferior y alma
(Opción 2)
Soldadura
Tornillos de alta resistencia
(Tracciones)
Angulares
Pilar metálico colgado
FUERTES TRACCIONES
210
Construcción de estructuras metálicas
Pilar metálico colgado de una viga con el ala inferior más estrecha
que el pilar
Para pequeñas tracciones todo irá soldado: pletina intermedia de
cuelgue, unión pilar-pletina y cartelas de rigidización.
Para fuertes tracciones todo irá atornillado.
Viga metálica
Cartelas de rigidización para
evitar pandeos en el ala inferior
Piletina para colgar
el pilar metálico
Soldadura
Pilar metálico colgado
PEQUEÑAS TRACCIONES
Viga metálica
Cartelas de rigidización
Soldadura
Angulares y tornillos
de alta resistencia
Pletina intermedia
Pilar metálico colgado
FUERTES TRACCIONES
211
Vigas. Sus tipos
Pilar metálico colgado de jácena metálica, con alas más estrechas
que el pilar. Tracciones muy importantes.
Para evitar soldaduras trabajando a tracción, se resuelve utilizando
angulares y tornillos alta resistencia, para todas las uniones, incluso para la
unión de las cartelas de rigidización con el alma de la viga.
Viga metálica
Tornillos de alta resistencia
Cartelas de rigidización
Angulares y tornillos de
alta resistencia para unión
de cartelas de rigidización
con la viga (evitar soldadura
a tracción)
Angulares y tornillos de alta
resistencia para unión
pilar - pletina - viga
Pletina intermedia
Pilar metálico colgado
FUERTES TRACCIONES
212
Construcción de estructuras metálicas
Detalles de unión pilar-viga, utilizando pletinas soldadas para los
elementos procedentes de taller y colocar tornillería a pié de obra.
Orificios para atornillar
Pilar metálico HEB
Cartelas soldadas al pilar,
con orificios para atornillar
la viga metálica
Viga metálica
Cartela soldada en el extremo
de la viga, con orificios para
unir al pilar con tornillos
Orificios en el pilar
para atornillar la viga
Pilar metálico
Viga metálica
213
Vigas. Sus tipos
Dos angulares atornillados
al pilar para sujetar la viga
Orificios en la viga para
la unión con el pilar
Pilar metálico
Dos angulares atornillados al
pilar para sujetar la viga
Viga metálica
Angular de apoyo
atornillado al pilar
Orificios en el ala de la viga y
en el angular de apoyo para
la unión de ambos
214
Construcción de estructuras metálicas
Cartela de rigidización
Pilar metálico
Placa soldada en el
extremo de la viga
para unir con el pilar
Viga embrochalada
Viga en ménsula para
apoyo de la jácena
Tornillos soldados al pilar
para sujeción de la viga
Viga metálica
Viga metálica
Pletina soldada al pilar
para apoyo de la viga
y refuerzo de la unión
Pilar metálico
215
Vigas. Sus tipos
Orificios para atornillar
la viga al pilar
Cartela pasante por el
pilar metálico, con orificios
para sujetar la viga
Pilar metálico circular
Viga metálica
Pilar continuo
Cartela de conexión de
tracciones y refuerzo de
las alas del pilar
Cartela de conexión de
compresiones y refuerzo
de las alas del pilar
Unión soldada al pilar
atornillada a la viga
216
Viga atornillada al pilar
TEMA 6.- VIGAS DE CELOSÍA.
INTRODUCCIÓN.
Las vigas de celosía y en general las estructuras trianguladas son de gran
utilidad en las construciónes metálicas, especialmente en edificación
industrial y para grandes luces.
Para luces de cierta importancia el peso de estas vigas es inferior al de
vigas de alma llena equivalentes. El coste de una estructura es el resultado
de tres sumandos: coste del material, de la fabricación y del montaje. Estos
últimos, varían notablemente según las circunstancias.
El mejor aprovechamiento, a efectos resistentes, de las vigas de celosía
con relación a las de alma llena, se refleja en que mientras que en una viga
de alma llena las tensiones máximas de agotamiento se alcanzarán sólo en
dos puntos de su sección, en una barra triangulada puede conseguirse que
toda la sección, tanto los cordones como las diagonales, se agoten
uniformemente, teniendo en cuenta que las barras a compresión deben
dimensionarse teniendo en cuenta el pandeo.
Las vigas de celosía suelen estar constituidas por: cordón superior,
cordón inferior, elementos de relleno (montantes y diagonales) y medios
de unión (cartelas, soldadura, tornillería, etc.).
En las siguientes figuras se reflejan los elementos de las vigas de celosía.
217
Vigas de celosía
A
DIAGONALES
CORDÓN SUPERIOR
DETALLE
A
Los cordones pueden ser paralelos o no. A aquellas cuyos cordones son
paralelos, se les llama "vigas de celosía", mientras que las que tienen dichos
cordones inclinados, se les denomina "cerchas".
AUSENCIA DE MONTANTES
AUSENCIA DE DIAGONALES
TIPOS DE VIGAS DE CELOSÍA.
Por su utilización, pueden considerarse dos tipos principales de vigas de celosía:
Vigas: Cordones paralelos y conviene que el elemento corto trabaje a
compresión.
Cerchas: El cordón superior sigue la inclinación de la cubierta.
Las vigas están destinadas a soportar cargas importantes con grandes luces (vigas
principales de puentes, naves con grandes luces con cubierta horizontal, forjados
intermedios, etc.).
Las vigas suelen ser celosías robustas con uniones directas con soldadura o con
cartelas dobles en los nudos, y cordones constituidos por perfiles H, I, y por
secciones en cajón o compuestas.
218
Construcción de estructuras metálicas
Las cerchas de cubierta, por el contrario, suelen ser estructuras más ligeras, con
cartelas simples y barras constituidas por angulares, o simples T.
Las posibilidades y variedades de las vigas de celosía es prácticamente infinita,
según el trazado de los cordones y la disposición de la triangulación. Sin embargo,
existen unos tipos que podríamos llamar clásicos, algunos de los cuales vienen
reflejados a continuación.
Las vigas PRATT, HOWE Y WARREN son las más corrientes.
La viga PRATT es más práctica que la HOWE, porque en la PRATT las barras
cortas trabajan a compresión y no hay que calcularlas a pandeo.
Las variantes de Pratt y de Howe se construyen cuando el número de vanos sea
impar, duplicando diagonales en el vano central.
La viga CRUZ DE SAN ANDRES se utiliza para arriostramientos y como viga
principal para cubiertas en diente de sierra.
La viga VIERENDEEL está formada por nudos rígidos y es la única
hiperestática.
Recomendaciones generales.
1.- Debe procurarse que las barras largas estén traccionadas y no comprimidas,
por la reducción de compresión eficaz debida al pandeo.
2.- El ángulo de 45 grados o los próximos a él son los más convenientes para la
inclinación de las diagonales.
3.- La separación entre las montantes debe ser aproximadamente igual al canto
de la viga de celosía.
219
Vigas de celosía
220
Construcción de estructuras metálicas
PRINCIPIOS CONSTRUCTIVOS Y DE CÁLCULO DE LAS
CELOSÍAS INDEFORMABLES.
El cálculo simplificado de las celosías indeformables (que es
normalmente utilizado), se rige por tres principios simplificatorios,
suficientemente sancionados por la experiencia.
a) Primer principio. Los ejes (líneas de centros de gravedad) de los
perfiles que concurren en un nudo, deben coincidir en el mismo punto.
221
Vigas de celosía
b) Segundo principio. Las cargas deben de estar contenidas en el plano
de la viga y la colocación de los perfiles debe ser simétrica respecto el plano
de la cercha.
Esta condición resulta fácil de cumplir, formando cada cordón con dos
perfiles simétricos.
En ocasiones, en cerchas o vigas de celosía de poca importancia, sería
suficiente con un solo perfil. Sin embargo es preferible colocar 2 perfiles y
así logramos la simetría respecto al plano vertical de la celosía. La
colocación de dos perfiles juntos exige más mano de obra en los detalles
constructivos, pero con la ventaja de que así se reduce el riesgo de que los
elementos comprimidos puedan pandear por flexión-torsión.
c) Tercer principio. Los sistemas de cálculo de las estructuras
trianguladas (Cremona, Wiliot, etc.), exigen que las cargas estén apoyadas
directamente en los nudos. Si esto no ocurre, la descomponemos en varias
cargas, yendo cada una a un nudo distinto, de tal modo que la suma de
cargas coincida con la carga total. Otra opción consiste en dimensionar el
cordón superior para que sea capaz de soportar dichas cargas, en cualquier
punto del mismo.
222
Construcción de estructuras metálicas
ELEMENTOS COMPONENTES DE LAS VIGAS DE CELOSÍA.
Tanto las vigas de celosía propiamente dichas, como las cerchas, están
constituidas por cordones (superior e inferior) y elementos de relleno
(montantes y diagonales). A continuación vamos a estudiar los perfiles
habitualmente utilizados para cada elemento.
Para los cordones se utilizan los perfiles siguientes:
a).- En construcción atornillada se emplean: dos angulares, dos UPN, etc.
La unión puede efectuarse atornillando directamente los perfiles o bien
con cartela intermedia. Ver detalle en el esquema de la derecha de la figura
siguiente.
b).- En construcción soldada se emplean, además de los perfiles
indicados para la construcción atornillada, los perfiles en T simple, IPN,
HE, así como cualquiera de los que se detalla a continuación.
223
Vigas de celosía
Para los montantes y diagonales se utilizan los perfiles siguientes:
a).- En construcción atornillada suelen emplearse: uno o dos angulares
(de lados iguales, de lados desiguales, con o sin cartela intermedia), uno o
dos UPN (con o sin cartela intermedia).
b).- En construcción soldada pueden utilizarse: uno o dos angulares
(colocados en la posición que interese), cuadradillo, redondos, tubulares, T
simple, IPN, UPN, etc.
ORGANIZACIÓN DE NUDOS Y BARRAS.
Organización de nudos.
Denominamos nudos a los puntos de encuentros de barras. La unión
entre barras puede realizarse a tope, por solape y mediante cartela.
Uniones a tope:
224
Construcción de estructuras metálicas
Cuando las barras son IPN sometidas a esfuerzos importantes, debe
comprobarse el abollamiento del alma y de las alas del perfil principal (si
existe la posibilidad de que pueden abollarse, se dispondrá de rigidizadores).
RIGIDIZADORES
Uniones por solape:
Es el tipo de unión más sencilla cuando lo permite la disposición
constructiva del cordón (cajón, medio IPN, medio IPE, etc.).
Conviene que las soldaduras a ambos lados de la unión sean iguales, a
fin de que la resultante pase por el centro de gravedad.
225
Vigas de celosía
Uniones por cartelas o platabandas:
En general, las cartelas se utilizan cuando la longitud de los cordones de
soldadura posibles, tanto a tope como por solape, no es suficiente, o cuando
la disposición constructiva de los perfiles no permite otro tipo de uniones.
Las cartelas deben dimensionarse para que sean capaces de soportar
holgadamente todos los esfuerzos que le puedan llegar.
Organización de barras.
Una vez determinados los esfuerzos en las barras, se procede a
dimensionarlas y organizarlas.
Las bases de una estructura triangulada son piezas de directriz recta
sometidas a compresión/tracción simples.
En general las cerchas y vigas trianguladas deben disponerse
simétricamente respecto a su plano medio.
Cuando las barras se disponen lateralmente respecto a las cartelas, la
condición de simetría obliga a formar las barras con dos perfiles iguales.
Actualmente se tiende a eliminar las cartelas soldando directamente los
montantes y diagonales al alma del cordón, si su perfilaría es apta para ello,
tal como se indica en la figura siguiente.
226
Construcción de estructuras metálicas
Esta solución se facilita si todas las barras tienen sección en cajón.
Esta solución presenta dificultades constructivas para conseguir la
concurrencia de los ejes de las barras en un punto.
También pueden colocarse las barras con un sólo perfil simétrico,
dispuesto de manera que los ejes de simetría de los perfiles se encuentren en
el plano de la estructura.
227
Vigas de celosía
A continuación se indican algunas soluciones utilizadas en los cordones,
a base de doble perfil.
En las figuras siguientes, se representan algunas soluciones de cordón a
base de un sólo perfil.
228
Construcción de estructuras metálicas
Para montantes y diagonales se utilizan las secciones representadas en
las figuras siguientes.
La más generalizada es la a). Si las solicitaciones son pequeñas se
recurre a la c). La disposición b) es estéticamente menos agradable.
En la figura siguiente se reflejan soluciones a barras comprimidas
compuestas (formadas por dos perfiles).
229
Vigas de celosía
DISPOSICIONES CONSTRUCTIVAS DE NUDOS.
Actualmente la casi totalidad de los nudos se solucionan mediante
soldadura, por lo que efectuaremos un estudio más detallado de los mismos.
Cuando los nudos se solucionan con platabanda intermedia, conviene
que los perfiles se acerquen lo máximo posible a los cordones superior e
inferior, para evitar posibles abollamientos de la cartela, por excesivas
compresiones.
Cuando, por cualquier circunstancia, lo mencionado en el párrafo
anterior no sea posible, y exista peligro de abollamiento o pandeo de la
cartela, es necesario colocarle unos elementos verticales de rigidización
(angulares o platabandas), que nos garanticen la inmovilidad de la misma,
tal como veremos en los detalles constructivos insertados al final del tema.
En cualquier tipo de unión, siempre conviene que exista suficiente
longitud de contacto o de solape, para que el cordón de soldadura tenga la
longitud necesaria para poder soportar todas las solicitaciones que pudieran
llegarle.
Al solucionar los nudos con cartela, puede utilizarse una cartela
intermedia entre los perfiles, o dos (una por cada lado del perfil), en función
del tipo de perfiles utilizados o de las disposiciones constructivas que nos
interesen.
En el detalle siguiente se observa la unión soldada de varios perfiles en
T, con doble platabanda (una por cada lado del alma).
MONTANTE
DOBLE PLATABANDA
DOBLE PLATABANDA
DIAGONAL
CORDON INFERIOR
A continuación vemos el mismo nudo, formado por perfiles en L con
cartela intermedia.
230
Construcción de estructuras metálicas
MONTANTE
DIAGONAL
DIAGONAL
CARTELA INTERMEDIA
CARTELA
CORDÓN INFERIOR
NUDOS DE APOYO.
Los ejes de todas las barras que lleguen al apoyo han de coincidir con el
eje vertical del pilar o elemento de apoyo.
El siguiente dibujo refleja el apoyo de una cercha encima de un pilar
metálico, con las dos opciones: con cartela intermedia y sin ella.
En el apoyo de una viga de celosía, encima de un pilar metálico, tanto si
el apoyo es de extremo de viga como si es intermedio, deberán colocarse
cartelas de refuerzo verticales, por ambos lados de la viga de celosía, con el
fin de “macizar” el apoyo y evitar deformaciones por compresiones o por
cortantes.
a) con cartela intermedia
b) sin cartela intermedia
CORDÓN SUPERIOR
CORDÓN SUPERIOR
CARTELA
CORDÓN INFERIOR
CORDÓN INFERIOR
PLACA CABEZA PILAR
PLACA CABEZA PILAR
PILAR
PILAR
231
Vigas de celosía
MACIZO DE CHAPA
CARTELA
DE
REFUERZO
Siempre que sea posible, el apoyo de la viga de celosía, debe efectuarse
lateralmente al pilar, para evitar esos refuerzos y el peligro de que las vigas
se vuelquen lateralmente. Si la viga de celosía acomete lateralmente al pilar
deben soldarse a tope con el pilar el cordón superior y el inferior. El
montante extremo no se suelda al pilar, excepto cuando falte longitud de
cordón de soldadura, en cuyo caso dicho montante será de la dimensión
adecuada, para evitar que se doble en la unión con el pilar.
Si existen tracciones importantes podrá colocarse una cartela, en la parte
superior de la viga de celosía, soldada a viga y pilar. En la figura siguiente
pueden observarse ambas cuestiones.
CARTELA PARA
TRACCIONES
IMPORTANTES
CORDÓN
SUPERIOR
PILAR
SOLDADURA
ANGULAR
DE
MONTAJE
CORDÓN
INFERIOR
Si se trata del apoyo de una cercha o de una viga de celosía sobre un
pilar de hormigón armado o sobre un muro, es necesario colocar sobre el
pilar o muro una placa metálica de anclaje (placa base), con pernos de
anclaje para, posteriormente, apoyar y soldar encima dicha cercha, tal como
se detalla en el dibujo siguiente.
232
Construcción de estructuras metálicas
RIGIDIZADOR
RIGIDIZADOR
PLACA BASE
PLACA BASE
HORMIGÓN
APOYO SOBRE MURO
DETALLES CONSTRUCTIVOS.
A continuación vemos varios nudos solucionados con uniones a tope,
por solape y con cartelas. Obsérvese que en el primero de los detalles (unión
a tope de perfiles HE) se han colocado cartelas de rigidización en el cordón
superior, para evitar el abollamiento de las alas.
A TOPE
POR SOLAPE
233
Vigas de celosía
CARTELAS
A TOPE
POR SOLAPE
CARTELAS
En las perspectivas siguientes podemos observar nudos con la unión a
tope de perfiles T con L y con IPN. En ocasiones es necesario efectuarle
“cortes o vaciados” al alma de los perfiles para que encajen unos con otros,
tal como se detalla a continuación.
234
Construcción de estructuras metálicas
235
Vigas de celosía
En el nudo representado en las perspectivas siguientes, se detalla el
encuentro del cordón inferior de una viga de celosía con las montantes y
diagonales, todos ellos perfiles HE o similares.
En las dos primeras perspectivas el cordón inferior, HE, tiene el alma
vertical, por lo que directamente acometen el resto de perfiles sobre el ala
superior, directamente soldados, con o sin cartelas de rigidización de las
alas.
236
Construcción de estructuras metálicas
Si el cordón inferior (HE) tiene el alma horizontal, las montantes y
diagonales pueden acometer al alma del cordón, para lo cual se han cortado
los extremos de las alas, para permitir que el resto del perfil H penetre en el
interior del cordón inferior (HE) y tenga mayor superficie de soldadura, tal
como se detalla en los dos dibujos siguientes.
HEB MONTANTE/DIAGONAL
ALMA
ALA (recortada)
soldadura
CORDÓN INFERIOR HEB
237
Vigas de celosía
En el supuesto de que no existan tracciones muy importantes, las
montantes y diagonales, pueden apoyar directamente sobre las alas del
cordón inferior, tal como se indica en el detalle siguiente. Existe el
inconveniente de que los cordones de soldadura son cortos, puesto que sólo
están en contacto las alas de ambos perfiles HE.
MONTANTE ó DIAGONAL HEB
CORDÓN INFERIOR HEB ó SIMILAR
238
Construcción de estructuras metálicas
En los siguientes dibujos se detallan dos soluciones para cada uno de los
nudos A, B y C, de una cercha triangular.
La primera de las soluciones corresponde a una cercha constituida por
perfiles T simples, resuelta con 2 platabandas en cada nudo (una por cada
lado del alma de los perfiles T) y la segunda solución corresponde a una
cercha cuyos elementos están formados por 2 L, resulta con una platabanda
intermedia entre ambos angulares.
B
A
C
2 Pletinas
NUDO A
NUDO A
NUDO B
239
Vigas de celosía
NUDO B
NUDO C
NUDO C
240
Construcción de estructuras metálicas
A continuación se detallan las soluciones para el apoyo de una cercha
sobre un pilar metálico y el de una viga de celosía sobre un pilar de
hormigón. En ambos casos se ha utilizado nudos con cartela intermedia
grande (sobresaliendo por la parte inferior del cordón), habiéndole colocado
unos rigidizadores verticales para evitar el pandeo vertical de dicha
platabanda.
RIGIDIZADORES
PLACA BASE
RIGIDIZADORES
RIGIDIZADORES
RIGIDIZADORES
PLACA BASE
PLACA BASE
HORMIGÓN
241
Vigas de celosía
Seguidamente se muestran detalles de apoyo de una cercha sobre una
viga y sobre un soporte, en ambos casos con apoyo lateral. Siempre es
necesario un angular de apoyo o de montaje, que una vez soldada la cercha
puede optarse por dejarlo o quitarlo.
APOYOS SOBRE VIGAS
APOYOS SOBRE SOPORTES
242
Construcción de estructuras metálicas
VIGAS DE CELOSÍA TUBULARES.
Si las barras están formadas por piezas tubulares, de sección cilíndrica,
la viga resulta más ligera, ya que el tubo tiene la mayor inercia en todos los
sentidos y, a igualdad de sección, posee mayor radio de giro mínimo que
cualquier tipo de perfil.
Normalmente las uniones se efectúan uniendo directamente las barras
entre sí, a tope, con soldadura, realizando previamente una preparación de
los extremos de los tubos, de tal modo que se adapten entre sí (fig.
izquierda).
Cuando al trazar los ejes concurrentes en un punto se cortan las piezas, a
la pieza comprimida se le dan dos cortes y se apoya sobre la traccionada
(fig. centro).
Si ambas piezas están traccionadas o comprimidas, se interpone entre
ellas una cartela (fig. derecha).
cartela
fácil ejecución
Cuando, debido a los esfuerzos que soporta la viga, se necesita mayor
cordón de soldadura de la que ofrece la línea de contacto de las piezas, se
colocan cartelas, tal como se detalla a continuación. Estas cartelas, además,
eliminan el riesgo de ovalización del tubo en los ensambles directos, como
consecuencia de las fuerzas que soportan.
Cartela introducida en los tubos
para rigidización y ganar longitud
de soldadura (fácil ejecución)
243
Vigas de celosía
Si los cordones soportan grandes esfuerzos, y sobre todo cuando están
sometidos a flexión como consecuencia de las fuerzas aplicadas fuera de los
nudos, pueden resolverse los cordones en cajón, con perfiles o con medios
perfiles.
sección e-e´
e
sección f-f´
f
rigidizador
e´
cordón inferior HEB
f´
cordón inferior perfil en T
introducido en ranura
del tubo
En las páginas siguientes se detalla:
- Denominación de los diversos tipos de uniones de perfiles huecos.
- Nudo de celosía de tubo circular con unión en boca de perro (Nudo K).
- Empalme de perfiles circulares.
- Perspectivas de nudos de perfiles huecos soldados directamente y con
cartelas intermedias.
- Perspectivas de unión, sin cartelas y con cartelas, de celosías de
perfiles laminados y huecos.
- Uniones de tubos de igual diámetro; de distinto diámetro con chapa.
- Unión de varios tubos en esquina.
- Uniones con ayuda de perfiles metálicos.
- Uniones de vigas de celosía a pilares, directas y con platinas.
- Empalmes entre piezas, cambios de sección, etc.
244
Construcción de estructuras metálicas
Denominación de los diversos tipos de uniones de perfiles huecos
Nudo en K
Nudo en KT
Nudo en N
Nudo en T
Nudo en X
Nudo en Y
Nudo en DK
Nudo en KK
Nudo en X
Nudo en TT
Nudo en DY
Nudo en XX
245
Vigas de celosía
El apoyo de vigas de celosía sobre pilares, especialmente si son vigas
triangulares, se efectúa colocándole una pieza intermedia, tal como la
indicada a continuación, con canal para encajar el perfil tubular inferior de
la viga de celosía.
"CANAL" PARA ENCAJAR PERFIL TUBULAR
PIEZA METÁLICA
Nudo de celosía de tubos circulares con uniones en boca de perro y
sin cartela.
Empalme de perfiles huecos circulares
Manguito interior
246
Construcción de estructuras metálicas
a) Nudos de perfiles huecos soldados directamente
1) Celosía de alma con separación
2) Celosía de alma con solape
b) Nudos con cartelas
1) Celosía de perfiles huecos
247
Vigas de celosía
2) Celosía de perfiles laminados
c) Nudos sin cartelas de celosías de perfiles laminados y huecos
1) Celosía de perfiles laminados 2) Cordones de perfiles laminados
3) Nudos con cartelas de celosías de perfiles laminados y huecos
248
Construcción de estructuras metálicas
cartelas o
aletas
pletinas
tornillos
Pletinas utilizadas
Unión de tubos de
Union de tubos de
de igual diámetro
de distinto diámetro
para las uniones
Unión de dos tubos por medio de
bridas atornilladas:
a) de igual diámetro
b) de distinto diámetro
Reforzando al menor con aletas
chapa
Union de tubos iguales
por medio de manguito
Unión de dos tubos de
Unión a tope de tubos
de distintas dimensiones
de igual dimension
por medio de chapas
exterior soldados a tope
interior
y sodadura
Union roscada para tubos circulares
Unión de tubos iguales
por medio de manguito exterior
249
Vigas de celosía
Unión en V de tubos
redondos, con rigidizador frontal
Unión en V de tubos redondos
con casquillo y chapa frontal.
sección 1-1
Unión en V de tubos redondos
con rigidizadores central y
frontal
Unión en V de tubos redondos,
por medio de chapa.
Unión en ángulo
recto de tubos de
dimensiones
diferentes, por
medio de chapa.
Quiebro en un tubo, conseguido
por cortes y doblado.
a)
Unión en ángulo de
tubos diferentes, por
medio de chapa.
Esquina de pórtico, reforzada contra la
ovalización, a) con rigidizador, b) con
hormigonado.
250
b)
Construcción de estructuras metálicas
Abocinamiento troncocónico de la extremidad
del tubo, realizado en caliente, para evitar la
ovalización.
Extremo de tubo, con tronco de cono soldado en sus bordes, en
evitación de fenómenos de ovalización.
TRACCIÓN
Unión en ángulo, para tubos cuadrados o rectangulares,
reforzado con casquillo.
COMPRESIÓN
Cruce de dos barras en X admisible
siempre que la relación de diámetros sea
d/D > 3/4
Unión de esquina de pórtico, por
medio de bridas atornilladas.
a)
Unión de esquina de pórtico, con bridas
verticales.
b)
Unión de tubos en esquina, por medio de angulares
a) atornillados, b) soldados.
251
Vigas de celosía
Unión por aplastamiento,
prevista para cruce de
tubos atornillados.
Aplastamiento de tubo para
formar quiebro.
a)
b)
c)
Ejemplos de aplastamiento en extremo
a) de tubo simple, b) con un segundo tubo
interior, enfilado antes del aplastamiento
c) detalle de enganche.
1
1'
sección 1-1'
a)
sección 2-2'
2
b)
2'
Unión de dos tubos en ángulo recto, por medio
de angular a) exterior, b) en prolongación.
252
Construcción de estructuras metálicas
B
A
Unión correcta de diagonal de
celosía, cortada a inglete.
Distintas incidencias de una diagonal en celosía. El
angulo a debe de estar comprendido entre 30º y 60º
por el difícil acceso de A o B.
Unión de montante de
celosía, por medio de
1/2 IPE.
Unión de diagonal, por medio de
casquillo tubular.
compresión
tracción
x < D/3
Caso de excentricidad superior
El tubo cortado, deberá ser
siempre el traccionado.
Ejemplo de montante de celosía con
unión de aplastamiento, para pequeños
esfuerzos.
A
B
Unión correcta de diagonal de
celosía, cortada a inglete.
Unión de montante de
celosía, por medio de
1/2 IPE.
253
Vigas de celosía
Uniones de barras de celosías (continuación)
Unión de tres tubos, por cartelas
laterales. No es muy recomendable
desde el punto de vista de la
corrosión.
Unión de varios tubos
concurrentes por medio de
chapas, para alejar a los centrales,
del nudo.
Unión de tres tubos con
rigidizador transversal,
cuando el ángulo formado
es muy agudo.
Disposición con angular para tubos incidentes
a 45º. Se recomienda tapar los extremos del
angular.
Cordón
continuo
Unión de tres tubos por medio de
chapa, cuando dos de ellos forman
ángulo muy abierto.
254
Unión de tres tubos por medio
de 1/2 IPE.
Construcción de estructuras metálicas
Uniones de barras de celosía (continuación)
Unión atornillada de vértice superior de celosía.
Unión soldada de vértice superior de celosía, con
pendolón atornillado.
Unión articulada de vértice superior de celosía.
255
Vigas de celosía
UNIONES DE VIGAS DE
CELOSÍAS A PILARES
chapas de apoyo
Trozo de perfil HEB
Unión de cordones de celosía
a pilar, mediante perfil en H.
Unión de cordones de
celosía a pilar, mediante
chapa y rigidizadores.
256
Construcción de estructuras metálicas
viga de celosia
chapa frontal
cartelas de
rigidizacion
pilar
Unión de celosía de cordón
superior horizontal, a pilar.
chapa frontal
cartelas rigidizacion
Unión de celosía,
apilar laminado en
doble T, por
mediode chapa
frontal.
257
Vigas de celosía
UNIONES DE CELOSIA A PILARES
Apoyo simple de cercha sobre pilar tubular, por
prolongación del cordón inferior. No son necesarios
rigidizadores.
Tipo de unión de cercha a pilar
laminado para conseguir
empotramiento.
canaleta
superior
bajante de aguas
Cercha de cordones casi paralelos
formando pórtico en continuidad
con pilar en H.
258
Soporte central previsto para
desagüe.
Construcción de estructuras metálicas
Uniones de celosía a pilares (continuación)
1/2 Tubo circular
soldado en obra
Tubo con corte rasgado para
permitir apoyo y atornillado.
Apoyo de cercha sobre
soporte no tubular.
Apoyo de cercha con tubo circular
en soporte también circular, por
medio de medio tubo en el cordón
superior y tubo sesgado en cordón
inferior.
1 ó 2 Rigidizadores
Unión de cordón inferior de
cercha mediante dos 1/2 IPE
y taladros rasgados.
Apoyo de cercha sobre soporte
tubular, con angular de cabeza.
259
TEMA 7.- APOYOS Y APARATOS DE APOYO.
INTRODUCCIÓN
Se incluyen en este apartado, bajo este título, las uniones de vigas sobre otros
elementos, generalmente no metálicos, tales como muros, pilares de hormigón
armado, pilares de ladrillo, etc.
El apoyo de elementos metálicos entre sí, ya se ha visto anteriormente al
estudiar las uniones.
APOYO DE VIGAS.
En este apartado se estudia el apoyo de vigas sobre muros o macizos de
fábrica, bien directamente o por interposición de una placa de reparto.
Cuando los apoyos son muy importantes, porque proceden de vigas muy
cargadas, es necesario crear un aparato de apoyo o mecanismo.
El apoyo viene condicionado por la resistencia de la fábrica, pudiéndose
admitir la hipótesis de reparto uniforme de la presión de apoyo.
Existen dos tipos de apoyos de vigas: directos e indirectos.
Apoyos directos sobre fábrica.
La viga apoya directamente sobre el muro, con interposición de una capa de
mortero. Este tipo de apoyo se emplea únicamente en el caso de reacciones poco
importantes y se suele utilizar en obras de restauración, refuerzos y reformas.
261
Apoyos y aparatos de apoyo
a= entrega de la viga sobre la fábrica.
b= ancho de la base de apoyo (viga)
R= carga total de la viga sobre apoyo.
b= R/a * Tensión máxima admisible.
Para que la reacción pueda considerarse uniforme, no conviene que la
entrega sea muy grande, pudiendo fijarse, como valor recomendable:
10+h/3 < a (cm.) < 20+h/3 donde h = canto perfil (cm.).
a > 15 cm.
En el supuesto de que la tensión resultante en el apoyo fuese superior a
la tensión máxima admisible para el muro, tendremos que aumentar la
superficie de apoyo de dicha viga sobre el muro, para lo cual se pueden
colocar debajo de la viga elementos pétreos, con valores más elevados de
dicha presión, tales como sillares de piedra, placas de hormigón, etc.
Para obtener un mejor apoyo, la viga debe asentarse sobre una capa de
mortero de 1 a 2 cm. de espesor.
Apoyos indirectos (con placas de reparto intermedias).
Para cargas más importantes, teniendo en cuenta la limitación de la
entrega de la jácena en el muro, posiblemente no se pueda utilizar el apoyo
directo. En este caso puede aumentarse el ancho b, de apoyo, por medio de
una placa de asiento.
Para evitar roturas del mortero de apoyo, en la esquina, como
consecuencia de la flecha de la jácena, debe dejarse de 3 a 5 cm. sin
mortero.
262
Construcción de estructuras metálicas
Jácena IPN
R
Perfil
empotrado en
el mortero
b
3-5
capa de
mortero de
cemento
Cotas en cm
Muro de obra
Para aumentar la superficie de apoyo suele utilizarse una chapa
laminada, el ala cortada de una I o una H, un perfil simple T, etc.
aprovechando el nervio constituido por el trozo de alma cortada, o el alma,
para mejorar el anclaje.
A veces hay que colocar varias placas escalonadas para aumentar la
superficie de apoyo y repartir cargas, hasta conseguir que al muro le llegue
una tensión inferior a la máxima admisible.
Perfil laminado IPN
Jácena IPN
PLETINAS
ALZADO
PLANTA
Pletinas para
apoyo jácenas
263
Apoyos y aparatos de apoyo
Si las cargas fuesen muy grandes y fuese necesaria una mayor superficie
de reparto, podrían adoptarse disposiciones consistentes en apoyar la jácena
sobre perfiles metálicos anclados al muro, tal como se detalla a
continuación.
Jácena
R
Perfiles metálicos IPN
anclados al muro
Pernos de anclaje
Muro
APARATOS DE APOYO.
Se denominan aparatos de apoyo a aquellos elementos cuya misión es
transmitir las cargas desde la estructura a la cimentación o infraestructura,
limitando la movilidad de la estructura al grado que nos interese.
Según la forma de trabajo del aparato de apoyo, éstos pueden ser:
- Apoyos a compresión.
- Apoyos a tracción (o tracción y compresión).
- Apoyos especiales para esfuerzos horizontales.
Según su modalidad, pueden ser:
- Apoyos fijos.
- Apoyos articulados.
- Apoyos deslizantes o móviles.
- Apoyos elastoméricos.
Apoyos fijos.
Los apoyos fijos no permiten el desplazamiento ni el giro en ningún eje,
para lo cual será necesario soldar las piezas o inmovilizarlas totalmente con
tornillos apretados a tope, tal como se indica en los detalles siguientes.
264
Construcción de estructuras metálicas
Cartela
Placa anclaje
Espárragos (pernos)
jácena IPN
tornillo
A
aparato
de
apoyo
A'
mortero de
cemento
orificio circular
en el ala inferior
tornillo
alma de
la jácena
ala inferior de
pitón soldado al la jácena IPN
aparato de apoyo
SECCIÓN A - A'
265
Apoyos y aparatos de apoyo
Apoyos articulados.
Se utilizan rótulas cilíndricas que permiten el giro en torno al eje del
cilindro. Se consideran como apoyos fijos al no permitir el desplazamiento.
El apoyo más sencillo de este tipo se representa en la siguiente figura y
consiste en una placa inferior de superficie cilíndrica convexa sobre la que
descansa una placa plana.
R
La placa inferior convexa se fija a la infraestructura (cimentación, pilar,
muro, etc.) y la placa plana superior se fija a la estructura (jácena, etc.). La
placa superior se inmoviliza frente a todo desplazamiento, mediante un
pitón oculto en el centro de la superficie de la placa inferior. El extremo
superior del pitón se rebaja de manera que permita el giro libre de la placa
superior. Estos apoyos no suelen utilizarse en edificación de viviendas. Se
utilizan en naves industriales y construciónes especiales.
En las figuras siguientes se representan otros tipos de aparatos más
perfectos.
266
Construcción de estructuras metálicas
jácena IPN
TORNILLO
NO A TOPE
2a = b
tornillo
A
A'
aparato
de
apoyo
mortero de
cemento
15b
Rijidizador
orificio circular
en el ala inferior
tornillo
alma de
la jácena
ala inferior de
pitón soldado al la jácena IPN
aparato de apoyo
Permite el giro en
el eje del cilindro
SECCIÓN A - A'
El orificio es circular, pero si el tornillo no lo apretamos del todo
permitiremos un pequeño giro
Apoyos deslizantes.
Estos apoyos permiten el desplazamiento longitudinal de la jácena,
pudiendo utilizarse para luces inferiores de 40 metros con cargas
moderadas, siendo suficiente el apoyo oscilante móvil en forma de placa de
tangencia. La pieza inferior es cilíndrica convexa, de la que sobresale un
pitón que se aloja en una ranura alargada de la placa recta superior. Esta
unión permite desplazamientos longitudinales de la jácena, pero impide el
desplazamiento lateral. El anclaje de estas piezas a la estructura es idéntico
al visto anteriormente, para los apoyos articulados, puesto que
267
Apoyos y aparatos de apoyo
esencialmente el aparato es el mismo, excepto que la placa superior posee
una ranura alargada para alojar el pitón.
Si las cargas son muy importante o las luces muy largas, pueden
aparecer en el apoyo tensiones tangenciales que dificulten el deslizamiento
de la jácena. Para evitar este inconveniente pueden utilizarse los carros de
rodillos. En la figura de la parte inferior de la página, se representa
esquemáticamente un carro de dos rodillos, en el que la pieza inferior va
anclada a la obra y la superior se ancla a la jácena o elemento que
necesitamos que deslice.
En la figura inferior se detalla el apoyo de una jácena sobre aparato de
apoyo, del cual sobresale un pitón, que se aloja en un orificio ovalado que se
ha efectuado en el ala inferior de la jácena, con lo cual se permite el
deslizamiento longitudinal.
A
A'
mortero de
cemento
Orificios ovalados para el deslizamiento longitudinal
y para los giros o flexiones para las jácenas
Sección A - A'
268
Construcción de estructuras metálicas
Apoyos elastoméricos.
Estos apoyos son paralelepípedos constituidos por varias capas de
caucho sintético (neopreno) separadas por chapas de acero, que permiten el
desplazamiento longitudinal de la jácena.
Las capas de caucho y acero deben estar firmemente pegadas entre sí, ya
que la función de las chapas de acero es reducir la dilatación transversal del
caucho, con lo cual se reduce también el aplastamiento, ya que el caucho se
deforma prácticamente a volumen constante. Estos apoyos permiten el giro
de los extremos de las piezas apoyadas en ellos.
APOYOS O UNIONES ENTRE SI, DE ELEMENTOS METÁLICOS
EN DILATACIÓN.
En este apartado vamos a estudiar los apoyos, enlaces y uniones entre sí,
de elementos metálicos en dilatación. Entre ellos podemos incluir los
269
Apoyos y aparatos de apoyo
apoyos de cualquier tipo de jácena metálica (IPN, viga void, vigas de
celosía, cerchas, etc.) sobre un soporte metálico.
Algunos de los apoyos de jácenas sobre soportes metálicos ya se han
incluido en el tema de uniones de estructuras metálicas, si bien en dicho
tema se han detallado como uniones articuladas, rígidas, etc. y en este tema
se estudian como uniones en dilatación.
Suelen utilizarse en edificios construidos con estructuras metálicas, con
grandes dimensiones, que requieran juntas de dilatación, o bien en cualquier
tipo de unión donde sea necesario un apoyo en dilatación.
Distinguimos claramente dos tipos de apoyos en dilatación:
- Apoyos en dilatación libre.
- Apoyos en dilatación controlada.
En ambos casos necesitamos intercalar entre el soporte y la jácena una
chapa de plomo o similar, que impida que, al oxidarse las mismas, se pierda
la dilatación.
Apoyos en dilatación libre.
En este apartado podemos incluir cualquier tipo de apoyo de un
elemento metálico (jácenas o cerchas) sobre otro elemento metálico
(soporte), en el que exista una total movilidad entre ambos, sin ningún tipo
de limitación, permitiéndole un giro en el plano vertical y un
deslizamiento o dilatación en el sentido longitudinal. Simplemente se ha
efectuado el apoyo de la jácena sobre el soporte colocándola encima. Es
importante limitarle el movimiento lateral, para evitar que se "salga"
lateralmente del apoyo, mediante la colocación de angulares o cualquier
perfil metálico, soldado lateralmente sobre el apoyo, que limite su
deslizamiento transversal.
El apoyo de la jácena sobre el pilar puede efectuarse directamente
encima del soporte (figura izquierda) o bien con apoyo lateral, colocándole
soldado al soporte un perfil metálico o un casquillo, sobre el cual
apoyaremos directamente la jácena (fig. derecha), tal como vemos en los
detalles siguientes.
270
Construcción de estructuras metálicas
jácena
jácena
jácena
casquillo
trozo
de IPN
soporte
soporte
APOYO DE JÁCENAS
LATERALMENTE AL SOPORTE
APOYO DE JÁCENA
SOBRE EL SOPORTE
El apoyo detallado en el dibujo anterior tiene el inconveniente de que las
jácenas podrían desplazarse lateralmente o volcarse. Para evitarlo pueden
colocarse angulares metálicos, a ambos lados de la jácena, soldados sólo al
pilar, con lo cual se impide es desplazamiento lateral y el vuelco, tal como
se indica en las figuras siguientes.
Angulares antivuelco
soldados al pilar (por
Angulares antivuelco
ambos
soldadoslados
al pilarde
(porla
ambos lados de la jácena)
jácena)
jácena
jácena
Angular para
impedir
angular
para
impedir
movimiento lateral
movimiento
lateral
Soporte
soporte
jácena
jácena
jácena
jácena
trozo
trozo de
de IPN
IPN
casquillo
casquillo
Soporte
soporte
APOYO DE
JÁCENAS
APOYO
DE
JÁCENAS
LATERALMENTE AL SOPORTE
LATERALMENTE AL SOPORTE
APOYO DE JÁCENA
APOYO
DE JÁCENA
SOBRE EL SOPORTE
SOBRE EL SOPORTE
271
Apoyos y aparatos de apoyo
Apoyo en dilatación controlada (zona no sísmica).
Este tipo de apoyo, como su nombre indica, nos permite controlar y
limitar la dilatación o deslizamiento entre ambas piezas.
Es necesario que exista un deslizamiento longitudinal, tan largo como
convenga y, si fuese necesario, un cierto giro vertical.
Asimismo hay que impedir que la jácena pueda deslizar lateralmente,
para evitar el riesgo de "salirse" de su base de apoyo.
Existen diversos sistemas para la ejecución de un apoyo en dilatación
controlada, basados siempre en la colocación de unos topes que limiten la
dilatación hasta el punto deseado, y que impidan que la jácena vuelque
lateralmente o se pueda elevar.
Sistemas de dilatación controlada para apoyo de jácena encima del
pilar.
A continuación se inserta uno de los sistemas mencionados, consistente
en efectuarle, a las alas inferiores de la jácena, unos orificios ovalados, a
través de los cuales pasa un eje o pitón metálico soldado a la base de apoyo
(soporte) que sirve para atornillar ambas piezas.
Dichos tornillos no se aprietan a tope, dejando una pequeña holgura que
permita que la jácena deslice longitudinalmente, sirviendo dichos tornillos
de eje de deslizamiento. El vuelco lateral de la jácena queda controlado por
la existencia de un eje atornillado en cada lado de la misma.
El orificio ovalado debe ser tan largo como interese, en función de la
dilatación requerida, y un poco más ancho que el pitón o tornillo, para
facilitar el deslizamiento.
En los apoyos en dilatación es necesario intercalar entre ambas piezas
una chapa de plomo.
272
Construcción de estructuras metálicas
jácena IPN
tornillo
A
A'
chapa
de plomo
pitón metálico
soldado al soporte
Soporte
ALZADO
tornillo sin apretar a tope para permitir la dilatación
jácena
pitón
alma de
la jácena
soporte
orificio
ovalado
PLANTA - SECCIÓN A - A'
El apoyo descrito anteriormente, es igualmente útil para cualquier tipo
de pieza metálica: viga de celosía, cercha, viga void, etc. En caso de que el
mencionado cordón inferior sea cerrado (2 UPN a tope en cajón, etc.) será
necesario soldarle, a dicho cordón, un trozo de angular en cada lateral que
nos facilite la ejecución del sistema.
273
Apoyos y aparatos de apoyo
Otra forma de limitar la dilatación y el vuelco es la indicada en las dos
figuras siguientes. Para limitar la dilatación se suelda encima del pilar un
trozo de perfil UPN (distancia interior entre alas similar a la dilatación), con
las alas hacia arriba. A la jácena se le suelda un perfil o pitón metálico que
al tropezar con las alas del perfil UPN limita la dilatación. Para evitar el
vuelco de la jácena, se le coloca a la UPN una chapa o tapadera que impida
dicho vuelco.
A
A'
chapa
de plomo
redondo soldado a la jácena (ó pasante)
que hace tope en ambos
lados de la UPN al dilatar
Soporte
trozo UPN soldado al
soporte para limitar
la dilatación de la jácena
ALZADO
jácena
soporte
SECCIÓN A - A'
274
Construcción de estructuras metálicas
chapa
para evitar el
vuelco
VARIANTE:
VARIANTE:
con
cartela
con cartela
antivuelco
antivuelco
jácena IPN
A
A'
redondo soldado a la jácena
que hace tope en ambos
lados de la UPN al dilatar
Soporte
trozo UPN soldado al
soporte para limitar
la dilatación de la jácena
ALZADO
Los mencionados apoyos pueden efectuarse encima del soporte, tal
como hemos visto anteriormente, o bien lateralmente, apoyando sobre un
IPN, casquillo, etc.
Sistemas de dilatación controlada para vigas apoyadas en el lateral
del pilar.
Se considera correcto cualquier sistema que resuelva los problemas que
pueda plantear dicho apoyo: controlar la dilatación longitudinal, evitar el
desplazamiento lateral y evitar el vuelco.
En la figura siguiente para control de dilatación se utiliza un tornillo o
pasador soldado a la cartela de apoyo y se introduce por el orificio alargado
efectuado en las alas de la jácena, limitando su dilatación. El vuelco se
resuelve colocando angulares metálicos a ambos laterales del alma, soldados
al pilar.
275
Apoyos y aparatos de apoyo
Angulares para evitar el vuelco de la jácena
soldados sólo al pilar (uno por cada lado)
PILAR
JÁCENA
Plomo
Pasador/tornillo soldado sólo a la cartela
Orificios alargados en ambas alas
(limitador de dilatación)
Cartela de apoyo de la jácena
Planta-sección:
En los apoyos en dilatación, que todas las cargas que repercuten sobre la
jácena se transmiten verticalmente al apoyo, y especialmente si las cargas
son importantes, es necesario colocar cartelas de rigidización, conectando
las alas y el alma de la jácena, para evitar abollamientos, tal como se indica
en la siguiente perspectiva.
276
Construcción de estructuras metálicas
en dilatación controlada
Cartelas de
rigidización
A continuación se detalla dicho control de dilatación mediante un trozo
de UPN soldado a la cartela de apoyo de la jácena y un redondo o perfil
pequeñito soldado a la jácena, que hará tope con las alas de la UPN
limitando la dilatación.
277
Apoyos y aparatos de apoyo
VARIANTES PARA CONTROL DE DILATACIÓN
Angulares para evitar el vuelco de la jácena
soldados sólo al pilar (uno por cada lado)
PILAR
JÁCENA
Redondo o perfil soldado a la jácena
Trozo de UPN soldada a la cartela de apoyo
Cartela de apoyo de la jácena
Como variante de la anterior está la opción de sustituir el perfil UPN por dos
trozos de perfil pequeño o barras soldadas al casquillo, con la separación
necesaria, que con la barra soldada a la jácena limitan la dilatación.
angular para evitar el
vuelco de la jácena,
soldado al soporte
jácena
A
A'
lámina de plomo
perfil o barra soldado a la jácena
Soporte
perfiles o barras soldadas al casquillo
casquillo soldado al soporte
ALZADO
angulares antivuelco
SECCIÓN A - A'
278
Construcción de estructuras metálicas
En el detalle siguiente, se resuelve utilizando dos angulares metálicos,
soldados por un ala al pilar y el otro al ala de la jácena, con las otras alas de
los angulares separadas una distancia igual a la dilatación requerida.
Angular soldado al pilar
Angular soldado a la jácena.
PILAR
JÁCENA
Plomo
Cartela de apoyo de la jácena
El mismo control podemos efectuarlo soldando al pilar un angular
metálico en cada lateral del alma de la jácena. Mediante orificios alargados
(en la jácena o en los angulares) y un pasador o tornillo, se consigue limitar
la dilatación, tal como se indica en la figura siguiente.
Angulares para evitar el vuelco de la jácena
soldados sólo al pilar (uno por cada lado)
PILAR
Orificio alargado en jácena (no en angulares)
para la dilatación
Plomo
JÁCENA
Tornillo pasador para control de dilatación
Cartela de apoyo de la jácena
279
Apoyos y aparatos de apoyo
APOYOS
SÍSMICA.
EN
DILATACIÓN
CONTROLADA
EN
ZONA
En zona sísmica es necesario coartar, aparte de los movimientos
especificados para zona normal, aquellos movimientos verticales que el
sismo pudiera transmitirle. Es decir, hay que impedir que la jácena se mueva
en vertical, tanto hacia abajo como hacia arriba, impedir que gire
lateralmente (vuelco) e impedir la libre dilatación.
Según sea la altura del edificio, el grado sísmico, luces libres, cargas,
etc. los “limitadores” que se han indicado en el párrafo anterior podrán ser
sencillos (angulares y tortillería) o se requerirá perfiles más importantes y
varias filas de tornillos que garanticen la inmovilidad de la unión en las
direcciones no deseadas, dejando libre solamente la dilatación longitudinal.
En la figura siguiente se coartan los movimientos del siguiente modo:
En sentido vertical hacia abajo con la cartela de apoyo para la jácena,
soldada al pilar.
Verticalmente hacia arriba con un angular o cartela, soldada sólo al pilar,
colocada justamente encima del ala superior de la jácena.
El giro o vuelco se evita con un angular colocado en cada lateral de la
jácena, junto al alma, soldado al pilar.
El limitador de dilatación es un tornillo/pasador, soldado a la cartela de
apoyo y que pasa por el orificio ovalado del ala de la jácena.
(soldado sólo al pilar)
Angulares para evitar el vuelco de la jácena
soldados sólo al pilar (uno por cada lado)
PILAR
JÁCENA
Plomo
Pasador/tornillo soldado sólo a la cartela
Orificios alargados en ambas alas
(limitador de dilatación)
Cartela de apoyo de la jácena
280
Construcción de estructuras metálicas
En el detalle siguiente, se coartan todos los movimientos con tornillos o
pasadores soldados a la cartela de apoyo y al angular superior, que
atraviesan los orificios alargados de las alas de la jácena.
(soldado sólo al pilar)
PILAR
JÁCENA
Plomo
Orificios alargados en ambas alas (limitador dilatación)
con pasador/tornillo
Cartela de apoyo jácena
En el detalle insertado a continuación, en la zona inferior se coarta el
movimiento vertical hacia abajo y se limita la dilatación, tal como hemos
visto anteriormente. El movimiento vertical hacia arriba y el vuelco, se
coartan con un trozo de perfil UPN con las alas hacia abajo, soldado al pilar,
colocado justamente encima de la jácena, el cual impide que la jácena se
suba y que vuelque.
Trozo de UPN soldado al pilar, con las alas hacia abajo (
que abraza a la jácena impidiendo su vuelco y su movimiento
vertical
)
PILAR
JÁCENA
Plomo
Pasador/tornillo soldado sólo a la cartela
Orificios alargados en ambas alas
(limitador de dilatación)
Cartela de apoyo de la jácena
281
Apoyos y aparatos de apoyo
APOYO EN DILATACIÓN DE UNA VIGA
INCLINADA EN EL LATERAL DE UN PILAR.
METÁLICA
Para que la dilatación funcione bien, es necesario que las superficies de
apoyo sean horizontales. Por lo tanto es imprescindible horizontalizar el
apoyo, para lo cual se le suelda a la parte inferior de la jácena una cartela
reforzada o un trozo de perfil, cuyo remate inferior sea horizontal, para
apoyarlo sobre la ménsula soldada al pilar metálico, y así conseguir un buen
apoyo en dilatación, tal como se muestra en el siguiente dibujo.
NA
CE
Á
J
A
AD
LIN
C
IN
PILAR
METÁLICO
Soldadura
Recrecido metálico para horizontalizar el apoyo de la
viga inclinada sobre la ménsula y permitir la dilatación
Plomo
Ménsula
La misma solución adoptada para el apoyo lateral sirve para el apoyo de
la viga o elemento inclinado encima del pilar.
Partiendo del apoyo del dibujo anterior, se puede conseguir apoyos con
las limitaciones deseadas: dilatación libre, dilatación controlada, sismo, etc.
utilizando los sistemas vistos anteriormente.
282
TEMA 8.- ESTRUCTURA METÁLICA EN NAVES INDUSTRIALES.
INTRODUCCIÓN.
En los edificios para naves industriales o almacenes, suele predominar
su extensión sobre su altura, ya que suelen tener alturas aproximadas de 8-9
m. pudiendo intercalarse, si interesa, alguna planta intermedia.
En la construcción de naves suelen existir tres tipos característicos de
cubierta, ya que los soportes son similares, y son:
- Cubierta formada por cerchas o cuchillos.
- Cubierta en diente de sierra.
- Cubierta tipo pórtico.
Posteriormente efectuaremos el estudio de cada una de ellas, analizando
previamente los distintos conceptos comunes para todas.
Las cubiertas de naves industriales se proyectan para cumplir
simultáneamente las siguientes funciones:
1.- Cubrir un espacio, generalmente amplio, con el menor número posible de
soportes intermedios.
2.- Tener las pendientes adecuadas para la evacuación de aguas de lluvia.
3.- Posibilitar la colocación de cristales que suministren a la nave
iluminación cenital.
ELEMENTOS DE UNA CUBIERTA.
Los elementos de una cubierta son:
1.- Techumbre.
2.- Correas.
3.- Estructura sustentante (cerchas o cuchillos, vigas de celosía,
pórticos, etc.)
4.- Arriostramientos.
Techumbre: Es la parte de la cubierta destinada a cerrar el edificio por
su parte superior. Va directa o indirectamente apoyada sobre las correas y ha
de soportar y transmitir a éstas su peso propio, así como los esfuerzos
debidos al peso de la nieve y la acción del viento. Se procura que el material
de cobertura sea lo más ligero posible, con objeto de reducir su peso propio.
283
Estructura metálica en naves industriales
Por esta razón se utilizan planchas onduladas de fibrocemento cuya
ondulación mejora su módulo resistente. Actualmente se suelen utilizar con
preferencia las planchas de acero galvanizado. Cuando estas planchas se
apoyan directamente sobre las correas, se disponen a distancias tales que la
plancha sea capaz de resistir, además de su peso propio, una carga de 100
Kp. aplicada en el punto medio de dicha distancia. Los fabricantes indican la
separación entre correas en sus catálogos.
techumbre
correas
Correas: Reciben el peso de la techumbre y lo transmiten a la cercha. Suelen
emplearse perfiles IPN, simple T, perfil Z, o vigas de celosía.
Doble correa en cumbrera
correa
Las correas van colocadas sobre el cordón superior del perfil inclinado que
conforma la estructura de la cubierta (cercha, viga de celosía inclinada, pórtico,
etc.), siendo variable su separación, dependiendo del material de cubierta, etc.
284
Construcción de estructuras metálicas
Estructura sustentante de cubierta.
En caso de utilizar cerchas o cuchillos, la cubierta está formada por una
estructura triangulada que recibe el peso de las correas y lo transmite a los
muros o a los soportes.
En caso de cubierta en diente de sierra, éste puede estar formado por
cerchas, o por un conjunto de vigas de celosía principales (horizontales) y
otras vigas secundarias (inclinadas) sobre las que apoyan las correas. El
sistema de transmisión de cargas es similar; las correas reciben el peso de la
techumbre y lo transmiten a las vigas inclinadas, éstas a las vigas de celosía
principales y a través de ellas a los soportes.
En caso de utilizar pórticos, las correas transmiten el peso a esas vigas
inclinadas y éstas a los soportes.
La separación entre las crujías de la estructura de una nave industrial
suele ser aproximadamente de 5 m., por lo tanto la separación entre los
soportes será igualmente de 5 m.
Arriostramientos: Tienen por misión asegurar la indeformabilidad
general del edificio. En temas anteriores ya hemos estudiado el
arriostramiento vertical entre pilares, consistente en colocar Cruces de San
Andrés entre ellos, impidiendo con ello su deformación en el sentido
longitudinal de la nave.
A continuación vamos a estudiar con más profundidad el arriostramiento
de cubierta.
Normalmente los arriostramientos se colocan en el plano inclinado de la
cubierta, en forma de Cruz de San Andrés, el cual impide que las cerchas, o
elementos de la cubierta, se vuelquen o se desplacen. Del mismo modo se
arriostran los pilares de dichos pórticos, en sentido perpendicular a las
cerchas o vigas, para impedir el vuelco de los mismos.
Según sean las dimensiones de las naves, los arriostramientos se colocan
en los siguientes lugares.
- En naves pequeñas, se colocan en uno o en ambos extremos de la
nave, uniendo las 2 últimas cerchas o pórticos de cada extremo.
- En naves de tipo medio, los arriostramientos se colocan en los
extremos y en el centro de la misma.
- En naves grandes se colocan en los extremos, en el centro y en algunos
vanos intermedios, siendo una solución aceptable colocar un pórtico
arriostrado y dos o tres sin arriostrar.
285
Estructura metálica en naves industriales
- En naves para puentes grúa, o aptas para cualquier uso imprevisto, se
arriostran todos los pórticos, con perfiles de mayor sección, puesto que
la acción del puente grúa sobre los pilares, en sentido longitudinal, es
grande.
Estos arriostramientos se complementan con las correas de
arriostramiento horizontal, colocadas a nivel inferior del apoyo de las
cerchas o pórticos, uniendo las cabezas de los pilares. Estas correas de
arriostramiento horizontal suelen ser perfiles UPN o IPN.
En la figura siguiente se representan todos estos elementos.
Doble correa en
cumbrera
Cercha
Arriostramiento en plano cubierta
correa de
arriostramiento horizontal
Correas
Pórtico longitudinal
Pared entramada
Muro hastial entramado
Obsérvese en la figura anterior, que en el muro frontal o muro hastial se
ha colocado un entramado formado por soportes y correas de
arriostramiento horizontal, no siendo necesaria la colocación de cercha, ya
que la cubierta la sostienen los soportes, de distinta altura según la
pendiente, y una pequeña jácena inclinada, colocada en la parte superior de
los mismos, justamente al mismo nivel que el cordón superior de las
cerchas, pórticos, etc. que sirve de apoyo a las correas de cubierta.
286
Construcción de estructuras metálicas
El muro frontal queda trabado a los pilares con el entramado de correas
horizontales.
Seguidamente analizaremos con profundidad los tres elementos que
conforman la estructura de la cubierta: armadura, correas y arriostramientos.
DISPOSICIONES QUE PUEDE ADOPTAR LA ESTRUCTURA
DE CUBIERTA.
La estructura de cubierta puede adoptar las siguientes disposiciones:
- Con cerchas o cuchillos (a dos aguas y en diente de sierra).
- En diente de sierra, con vigas de celosía principales y secundarias.
- Con pórticos de nudos rígidos.
Estructura de cubierta a dos aguas con cerchas o cuchillos.
Es la solución más sencilla. La estructura está constituida por cerchas,
generalmente simétricas, colocadas según planos paralelos y enlazadas por
las correas que soportan los faldones. Las cerchas salvan la luz entre
soportes. La iluminación se consigue intercalando entre las planchas de
fibrocemento o de chapa metálica otras chapas con igual forma, pero de
material traslúcido a base de P.V.C.
En las naves así cubiertas, la separación entre los muros laterales debe
ser igual a la luz que son capaces de salvar las cerchas, lo que limita su
anchura u obliga a cerchas de altura excesiva.
A continuación se muestran diversas disposiciones de lucernarios en
cubiertas de naves industriales.
287
Estructura metálica en naves industriales
LINTERNA EN EL PLANO DEL TEJADO
LINTERNA EN LA CUMBRERA
cristal
cristal
LINTERNA EN LA CUMBRERA
MANSARDA
cristal
cristal
cristal
cristal
cristal
cristal
cristal
288
Construcción de estructuras metálicas
Cubiertas en diente de sierra, con cerchas o cuchillos.
Están formadas por yuxtaposición de un número ilimitado de cubiertas a
dos aguas asimétricamente dispuestas. Una de las aguas se dispone según un
plano vertical o casi vertical, en el cual se coloca la cristalera; la otra es el
faldón que llevará el material de cobertura. La cristalera se orienta al Norte
para evitar la entrada directa del sol. La cristalera vertical es peor en cuanto
a iluminación que la inclinada, pero en cambio es mejor contra la adherencia
de hielo y nieve.
SUPERFICIE ACRISTALADA
Los cuchillos en forma de diente de sierra se apoyan directamente en
ambos extremos, en los soportes de la nave. Las correas se ponen a su vez
sobre los cuchillos. Es una solución sencilla que presenta el inconveniente
del gran número de soportes que exige, tal como hemos visto en los dibujos
anteriores.
Si se quisieran eliminar algunos pilares intermedios en una nave de este
tipo, ya construida, pueden unirse varios cuchillos para formar una viga
triangulada de luz igual a la suma de sus luces, como se indica a
continuación.
289
Estructura metálica en naves industriales
cordón superior (suplementado)
macizado con chapa
Cordón inferior reforzado
soportes eliminados
Ello se consigue enlazando los nudos superiores de los cuchillos con una
barra que será el cordón superior de la viga de celosía, que se apoyará en los
pilares extremos, puesto que los pilares centrales se eliminan. Esta disposición
obliga a cuidar la estanqueidad de la intersección de dicha cordón con la cubierta
y a protegerla de la acción atmosférica, puesto que quedará al aire. El cordón
superior presenta, al trabajar a compresión, el problema de su gran longitud y
consiguiente esbeltez. Debe calcularse a compresión compuesta teniendo en
cuenta la flexión debida al peso propio. El cordón inferior está formado por el
conjunto de cordones primitivos, a los que, si es necesario, se le suplementarán
los refuerzos necesarios.
Con esta solución de una gran viga de celosía formada por el cordón superior
suplementado, el inferior reforzado y las montantes/diagonales existentes, se
permite eliminar pilares intermedios y aumentar las luces en la dirección nortesur, es decir, perpendicular a los lucernarios.
Estructura de cubierta en diente de sierra con vigas de celosía.
Este sistema estructural consiste en colocar unas vigas de celosía principales
de un extremo a otro de la nave, a ser posible sin pilares intermedios. Sobre estas
vigas se colocan las vigas de celosía secundarias, inclinadas, apoyadas sobre el
cordón superior de una viga principal y sobre el cordón inferior de la viga
principal contigua.
Con este sistema se pueden aumentar las luces en dirección Este-Oeste, es
decir, paralelamente a la cristalera. En el plano de ésta (que debe ser vertical), se
situará una viga Pratt, Howe, o similar, que es la viga de celosía principal, que
descansa sobre los soportes.
290
Construcción de estructuras metálicas
Esta solución se utiliza normalmente cuando no tenemos el edifico construido
y tenemos total libertad para diseñar la cubierta. A continuación vemos dos
perspectivas de cubiertas en diente de sierra, la primera de ellas sin ningún pilar
intermedio y la segunda con pilares intermedios en algunas crujías.
En los dibujos siguientes se observa la planta y el alzado-sección de una
cubierta en diente de sierra.
291
Estructura metálica en naves industriales
correas cubierta
PLANTA
vigas de celosía
principal (tipo Pratt, Howe)
vigas de celosía secundaria
SECCIÓN
opcional ( se puede colocar o no)
Las vigas secundarias o vigas inclinadas se apoyan sobre los nudos del
cordón superior de la vigas de celosía principal (Pratt, Howe, etc.) y en los
inferiores de la siguiente. Pueden ser celosía o de alma llena y sobre ellas se
apoyan las correas.
La separación entre vigas de celosía principal suele ser la misma que la
de los pilares sobre los que apoya, y es de 5 m. aproximadamente, al igual
que la separación entre vigas de celosía secundarias. No obstante ello, en
caso de interesar separaciones diferentes, no existe ningún inconveniente en
variarlas, siempre que se calculen correctamente.
A continuación se detallan las uniones de la viga de celosía secundaria
con las vigas de celosía principales: apoyo superior y apoyo inferior.
292
Construcción de estructuras metálicas
P/2
P/2
Correas
Viga de celosía seundaria
P/2
Viga de celosía principal
P/2
Viga de celosía secundaria
CORDON SUPERIOR
Viga de celosía principal
APOYO SUPERIOR
Viga secundaria
CORDÓN SUPERIOR
Perfil UPN soldado al cordón inferior
de la viga de celosía principal
APOYO INFERIOR
293
Estructura metálica en naves industriales
En la perspectiva siguiente se detallan dos sistemas del apoyo de la viga
secundaria en el cordón inferior de la viga de celosía principal.
1
UPN de apoyo de la
viga secundaria
Perfil en L
de apoyo
Cordón inferior
de la viga
secundaria
Rigidizadores de transmisión
de tensiones de
viga 2 a cordónde viga 1
SECCION 1-1'
ALZADO
1
'
Montante
Diagonal
Platabanda
de nudo
yapoyo
UPN de apoyo
de la viga secundaria
294
Angular de
montaje y
apoyo
Cordón inferior
de la viga
principal
Construcción de estructuras metálicas
Cada viga Pratt o Howe intermedia recibe la mitad de la carga de una de
estas vigas inclinadas en cada nudo superior, y otro tanto en cada nudo
inferior.
P/2
P/2
P/2
P/2
P/2
P/2
P/2
P/2
P/2
P/2
Estructura de cubierta con pórticos.
Dada la singularidad y características específicas de este tipo de
estructuras, efectuaremos su estudio detallado más adelante.
CORREAS.
Las correas reciben el peso propio de la techumbre y las cargas de nieve
y viento que actúan sobre ellas, transmitiendo a la cercha los esfuerzos
correspondientes. Hasta luces (separación entre cerchas o cuchillos) de 8 a
10 metros, las correas que se utilizan suelen ser: IPN, IPE, HE, UPN,
perfiles tipo Z. Para luces mayores se utilizan, a fin de reducir su peso, vigas
trianguladas.
IPE
HEB
IPN
UPN
VIGAS
ZETA
TRIANGULADAS
295
Estructura metálica en naves industriales
Las correas se apoyan sobre los cordones superiores de las cerchas,
generalmente con el plano de alma situado normalmente a la dirección del
cordón. La colocación vertical de dicho plano es más favorable para resistir
las cargas gravitatorias, pero es constructivamente más complicada.
Las correas deben apoyar encima de los nudos de la cercha y sobre ellas
se coloca el material de cubierta anclado a las mismas.
La forma más usual de unión de correa y cordón superior es la
consistente en soldar directamente ambos perfiles con puntos de soldadura.
Pletina antivuelco
Correa tipo Z
Correa IPN
Punto de soldadura para
inmovilizar y antivuelco
296
CORDÓN SUPERIOR
Construcción de estructuras metálicas
Existen otras formas de unión entre correa y cordón superior, tales
como: utilizar un angular de apoyo y casquillo nivelador, utilizar pletinas
antivuelco, soldadura total de ambos perfiles, etc.
correa
angular
Cordón superior
de la cercha
casquillo metálico nivelador
PLETINA ANITVUELCO
CORREA
SOLDADURA
CORREA
CORDÓN SUPERIOR
CORDÓN SUPERIOR
CORDÓN SUPERIOR
297
Estructura metálica en naves industriales
La separación entre correas viene fijada generalmente por la resistencia
del material que apoya sobre ellas.
La cumbrera se resuelve de la forma más sencilla con doble correa,
como remate de la pendiente de ambos laterales.
Para la determinación de momentos se consideran las correas como
vigas apoyadas sobre las cerchas o cuchillos. La solución de que cada correa
sea un tramo independiente da lugar a momentos y deformaciones que
pueden reducirse haciéndolas continuas. En cualquier caso los tramos
extremos resultan más desfavorables y es buena solución reforzarlos sin
aumentar su altura, a fin de no gravar los tramos intermedios. Este refuerzo
puede hacerse como se indica en las figuras siguientes, o bien disponiendo
en dichos tramos perfiles HE de igual canto.
Para que la correa sea continua en toda su longitud, deben realizarse
empalmes con soldadura a tope.
En correas de luces importantes puede recurrirse a solucionarlas como
vigas Gerber, colocando articulaciones de manera que los momentos
positivos en los vanos tengan igual valor máximo que los momentos
negativos en los apoyos, para lo cual utilizaremos articulaciones Gerber,
consistentes en unir las correas en las zonas de momento nulo, con pletinas
soldadas o atornilladas en un extremo de la correa y con un tornillo pasante
en dilatación, en el otro extremo.
La articulación tipo Gerber también suele utilizarse en las juntas de
dilatación, solucionando la continuidad de las correas de cubierta y los
arriostramientos.
298
Construcción de estructuras metálicas
ARRIOSTRAMIENTOS.
Consideremos una nave de planta rectangular en la que la armadura de
cubierta esté constituida por cerchas sobre las que se apoyan las correas.
En el esquema de nave que se inserta a continuación, las fuerzas verticales F1
(gravitatorias y componente vertical del viento) serán resistidas por las cerchas y
las correas que se habrán calculado para ello.
La componente horizontal del viento, actuando en cualquier dirección, o la
del sismo, puede descomponerse en F2 (paralela al plano de las cerchas) y F3
(normal al plano de las cerchas).
La cercha se habrá calculado para viento soplando en dirección F2, por lo que
la componente en este sentido será resistida por ella.
La componente F3 (que puede ser igual a la fuerza total del viento si sopla en
esta dirección), tratará de volcar las cerchas haciéndolas girar sobre su cordón
inferior. Las correas transmiten este movimiento desde la más solicitada (piñón
sobre el que sopla el viento) a las demás, conservando su longitud.
A este movimiento se opondrá únicamente la rigidez de la unión de la correa
con la cercha que, al ser muy pequeña, no podrá impedir la deformación del
ángulo de la pendiente.
El conjunto de cerchas es un castillo de naipes incapaz de oponerse a su
abatimiento.
Al colocar los arriostramientos en el plano de la cubierta, que posteriormente
se explicará con mayor detenimiento, se pretende evitar el giro o abatimiento de
las cerchas, para lo cual colocaremos perfiles o elementos metálicos formando
triangulaciones en el plano de la cubierta, uniendo la cumbrera de la cercha con
la cabeza del pilar anterior o posterior.
Esa triangulación o arriostramiento puede efectuarse de un tramo, en forma
de cruz, en ambos faldones de la cubierta, tal como se indica en la opción 1 de la
nave de la figura siguiente. Igualmente podría ejecutarse uniendo todas las
correas de ambos faldones, formando triangulaciones más pequeñas, opción 2 del
299
Estructura metálica en naves industriales
esquema siguiente, que en conjunto cumplen la misma función, puesto que
ambas impiden el vuelco de las cerchas.
Estos arriostramientos no es necesario que vayan en todas las crujías, ya que
una vez se ha inmovilizado una cercha, las contiguas quedan inmovilizadas, ante
el vuelco, a través de las correas de la cubierta que las unen.
p'
F1
CORREAS
CERCHA
L'
F2
m'
m
CORREA
p
CERCHA
Arriostramiento (opción 1)
CORREA
F2
m'
CERCHA
F2
Fn
m
Arriostramiento (opción 2)
F3
p’
F3
VIGAS PRATT (arriostramiento) formadas por los cordones superiores de las cerchas (CORDONES),
correas (MONTANTES) y por las DIAGONALES que es el arriostramiento; colacadas en el plano de la cubierta.
300
Construcción de estructuras metálicas
Los puntos de apoyo de las correas sufren desplazamientos diferentes en
sentido horizontal, siendo máximo en cumbrera y nulo en apoyos. En el
abatimiento B'C<BC, AD'>AD, de la figura siguiente, vemos el
desplazamiento "d" de cada correa al girar (volcar las cerchas por el empuje
del viento).
Los apoyos de la cercha y el cordón inferior no se desplazan, sólo giran
sobre un eje, tal como se observa en el esquema siguiente.
A
ß
ß*Aß
B
B
C
C'
D
D'
Cordón superior cercha
Cordón inferior cercha
d
d = Desplazamiento de cada correa al girar (volcar las cerchas por empuje del viento).
Los apoyos de cercha y el cordón inferior no se desplazan, sólo giran sobre un eje.
Si disponemos las barras según BC y según AD, la primera se opondrá a
su acortamiento, quedando comprimida, mientras que la segunda se opondrá
a su alargamiento, quedando traccionada. En la medida en que dichas barras
sean capaces de oponerse a su cambio de longitud, se opondrán también al
abatimiento de las cerchas.
Lo dicho para el rectángulo ABCD puede decirse para cualquier otro
comprendido entre correas, inmediatas o no. Las cerchas quedarán
estabilizadas ante fuerzas horizontales normales a su plano, disponiendo
barras diagonales que enlacen extremos de correas diferentes. Naturalmente,
se prefieren diagonales que trabajen a tracción, que pueden ser muchos más
esbeltas que las sometidas a compresión. Generalmente, dichas diagonales
se disponen en forma de "Cruz de San Andrés", como se ve en la siguiente
figura.
301
Estructura metálica en naves industriales
Correas
Cerchas
Entramado principal
Arriostramiento en el
plano del faldón
Entramado lateral
Así, cualquiera que sea el sentido de la fuerza normal al plano de la
cercha, habrá siempre una barra traccionada, despreciándose por su esbeltez,
el efecto de la comprimida. Estas diagonales acostumbran a ser perfiles L o
tirantes de redondo formando con los cordones superiores de las cerchas
(cordones) y con las correas (montantes) vigas Pratt, cuyo plano coincide
con los de los faldones. Estas Pratt transmiten los esfuerzos a los muros
laterales en los que apoyan las cerchas en dirección de la longitud de los
mismos. Las correas deben ser capaces de resistir la compresión que
recibirán como montantes de dichas Pratt.
En las perspectivas siguientes se detalla gráficamente el proceso de
deformación de la cubierta de una nave, así como su arriostramiento.
302
Construcción de estructuras metálicas
FALDON
ESTRUCTURA INICIAL
DEFORMADA
CORREA
CERCHA 1
CERCHA 2
BARRA TRACCIONADA
BARRA COMPRIMIDA
EFECTO VIENTO
CERCHA 2
CORREA
CERCHA 1
ESTRUCTURA ARRIOSTRADA
303
Estructura metálica en naves industriales
ENTRAMADO DE NAVES INDUSTRIALES.
En este apartado se analizan a fondo los arriostramientos en las naves
industriales, distinguiendo fundamentalmente dos tipos de entramados:
entramados frontales o muros piñones y entramados laterales.
En naves pequeñas, los muros se suelen realizar de fábrica de ladrillo o
bloque de hormigón y la estructura apoya sobre los mismos, siendo los
propios muros los que absorben todas las acciones, sin necesitar
arriostramientos.
En naves de mayores dimensiones, o cuando se coloque cerramiento
ligero, es necesario ejecutar un entramado resistente de perfiles laminados,
que es el que soporta y transmite a la cimentación las cargas procedentes de
la cubierta, acciones del viento y demás que graviten sobre el sistema.
Normalmente la cubierta de las naves es ligera y la acción más
importante es la del viento, que se transmite a la estructura general de las
siguientes formas.
Caso de viento en muros frontales.
1.- Disponiendo una viga horizontal contraviento, cuya misión es
transmitir a los entramados laterales las fuerzas del viento que actúan sobre
el muro frontal. Estas vigas horizontales, tipo celosía, se sitúan normalmente
dentro de la nave y según la altura de la nave, se coloca una sola viga a nivel
de coronación de la nave, o bien se colocan dos vigas, una en coronación y
otra a nivel intermedio.
Los esfuerzos producidos por el viento son absorbidos por los pilares 1,
2,3 y 4, con la ayuda de la viga de arriostramiento horizontal contraviento,
que ayuda a absorber los esfuerzos de vuelco de los pilares (primera
perspectiva de las insertadas a continuación) siendo éstos transmitidos a la
cimentación, la cual trabajará a flexo-compresión. En el esquema siguiente
vemos el estado de trabajo de la zapata.
304
Construcción de estructuras metálicas
Cualquier viga horizontal uniendo cabezas de pilares, o cualquier
arriostramiento en Cruz de San Andrés que los una, contribuye a absorber
los esfuerzos de vuelco de los pilares, como consecuencia de los empujes
del viento.
En las tres perspectivas siguientes se detalla el arriostramiento con una
viga de celosía horizontal a nivel de coronación, y con dos vigas
horizontales, una a nivel de coronación y otra a nivel intermedio.
CORREA DE CUMBRERA
CERCHAS
CORREA DE CORONACIÓN
VIGA HORIZONTAL
CONTRA VIENTO
305
Estructura metálica en naves industriales
VIGA DE ARRIOSTRAMIENTO DE
CUBIERTA
VIGA DE ARRIOSTRAMIENTO
HORIZONTAL INTERMEDIO
(NIVEL ALTILLO)
VIGA ARRIOSTRAMIENTO
HORIZONTAL
Viga cortaviento en el
plano del faldón
Cercha
Viga vertical contra
viento
Viga carril para
puente grúa
Cuelgues viga
Pilares
intermedios
Viga cortaviento
horizontal
Arriostramiento en
el propio entramado
Arriostramiento
horizontal
intermedio
Arriostramiento en
doble diagonal
306
Construcción de estructuras metálicas
2.- Disponiendo la viga contraviento en el mismo plano de la cubierta,
aprovechando parte de la estructura con las correas utilizadas para la
cubierta de la nave. La forma de transmitir los esfuerzos a los pilares es la
misma que se especifica en el caso anterior.
CORREAS DE CUBIERTA
ARRIOSTRAMIENTO
HORIZONTAL
ARRIOSTRAMIENTO
INCLINADO EN EL PLANO
DE LA CUBIERTA
ARRIOSTRAMIENTO EN
CRUZ DE SAN ANDRÉS
ENTRE PILARES
3.- Si la altura total del muro frontal, es preciso constituir el entramado
combinando ambos sistemas de esquemas estructurales: colocar vigas
contraviento a la mitad de la altura de los pilares y otra viga confundida con
la cubierta y los laterales. Si existe algún altillo, éste actúa como elemento
rigidizador y transmisor, evitando colocar vigas de celosía.
Caso de viento en entramados o muros laterales.
Las acciones del viento sobre los muros frontales y las fuerzas de
frenado longitudinal de los puentes-grúa deben ser absorbidos por las
paredes laterales.
Si el material de cierre y anclajes, son capaces de soportar dichas
acciones, no es necesario disponer arriostramientos.
307
Estructura metálica en naves industriales
Cuando el cerramiento sea ligero, o incapaz de soportar esas
solicitaciones, es preciso dar rigidez longitudinal a las paredes, organizando
arriostramientos. Existen de diversos tipos.
En los dibujos siguientes (alzado y perspectiva) se detallan los
arriostramientos.
El tipo A, con doble diagonal formando cruces de San Andrés es el más
utilizado, porque las diagonales interesa que trabajen a tracción, para evitar
pandeos
El tipo B utiliza diagonales en una dirección.
El tipo C permite la circulación entre naves contiguas.
También existe el arriostramiento en forma de K, para salvar huecos.
ARRIOSTRAMIENTO CUBIERTA EN X.S.A.
ARRIOSTRAMIENTO VERTICAL
EN CRUZ DE SAN ANDRÉS
ARRIOSTRAMIENTO CUBIERTA
CON DIAGONALES
ARRIOSTRAMIENTO VERTICAL
CON DIAGONALES
308
Construcción de estructuras metálicas
ESPACIO PARA CIRCULAR
VEHÍCULOS
FORMA DE K
Posibles arriostramientos transversales del cordón inferior de una
viga de celosía.
El cordón superior siempre queda arriostrado por las propias correas, o
por arriostramientos de la cubierta. Sin embargo el cordón inferior queda sin
arriostramiento en sentido transversal.
En las dos figuras siguientes puede observarse el arriostramiento de
dicho cordón inferior, mediante vigas de celosía transversales
(aprovechando las correas de la cubierta y los montantes de las propias vigas
de celosía) y la opción de arriostrarlo mediante diagonales unidas al cordón
superior de dichas vigas.
309
Estructura metálica en naves industriales
En la perspectiva siguiente se detallan la nave completa: pilares, cerchas,
tres niveles de arriostramiento horizontal entre pilares, arriostramiento en
forma de Cruz de San Andrés entre pilares y en cubierta.
310
Construcción de estructuras metálicas
En el caso de elegir el arriostramiento en el plano vertical de la cubierta,
para evitar el vuelco de las cerchas, se colocan dos piezas en forma de cruz
(Cruz de San Andrés) para que trabajen a tracción y no a compresión. Puede
disponerse en cualquier parte de la cubierta, pero funciona mejor si el
arriostramiento se hace coincidir con los montantes, tal como se detalla a
continuación.
Obsérvese que este arriostramiento continuo, uniendo todas las cerchas,
esencialmente es una viga de celosía, que para formarla aprovechamos los
montantes de las cerchas y las correas de la cubierta, que ya las tenemos, y
le añadimos la correa inferior y las diagonales.
311
Estructura metálica en naves industriales
Correa cumbrera
Viga celosía
arriostramiento cubierta
Cercha
Correa
arriostramiento horizontal
El arriostramiento horizontal se coloca a nivel de coronación de la nave,
uniendo los extremos superiores de los pilares.
Cuando las naves tienen bastante altura se suele colocar doble
arriostramiento horizontal, uno de ellos uniendo los soportes por su parte
superior y el otro colocado a nivel intermedio.
Si las naves tienen ventanales grandes, estos arriostramientos
horizontales se hacen coincidir justamente con la parte superior de los
ventanales, sirviendo de dintel o cargadero de los mismos, ayudando a
soportar y trabar el muro de cerramiento.
Con el fin de facilitar la ejecución del muro de cerramiento, el
arriostramiento que se coloca encima de los ventanales está formado por dos
viguetas paralelas, que sirven para apoyar sobre ellas el muro de
cerramiento.
Para que el muro de cerramiento y los pilares queden más trabados, se
suelen colocar “garras” que son trozos de perfiles metálicos, angulares,
redondos, etc. soldados a los pilares y metidos dentro del muro.
En la perspectiva siguiente se puede observar el doble arriostramiento
sobre los ventanales, así como la doble correa de cumbrera de cubierta.
312
Construcción de estructuras metálicas
Doble correa en
cumbrera
Correas cubierta
Cercha
Soporte
Correa arriostramiento horizontal
Ventanal
Doble correa
arriostramiento horizontal
En las páginas siguientes se detallan las uniones de los arriostramientos
de naves, pudiendo observarse la unión de dichos arriostramientos con la
base del pilar, a nivel de cimentación, unión a nivel intermedio y en la
cubierta.
313
Estructura metálica en naves industriales
ANCLAJE DE SOPORTE METÁLICO DE FACHADA EN CIMENTACIÓN CON
ARRIOSTRAMIENTO EN UN LATERAL
perfil de arriostramiento
pilar metálico
cartela
cordón de soldadura
macizo de cimentación
pernos de anclaje
(Ø ≥ 20 mm)
ALZADO
tuercas de nivelación
0,05
cartela
placa de anclaje
perfil de
arriostramiento
0,05
PLANTA
314
Construcción de estructuras metálicas
ANCLAJE DE SOPORTE METÁLICO CENTRAL EN CIMENTACIÓN CON
ARRIOSTRAMIENTO EN DOS LATERALES
pilar metálico
perfil de arriostramiento
cordón de soldadura
cartela
macizo de cimentación
pernos de anclaje
(Ø ≥ 20 mm)
ALZADO
tuercas de nivelación
0,05
placa de anclaje
cartela
perfil de
arriostramiento
0,05
PLANTA
315
Estructura metálica en naves industriales
UNIÓN RÍGIDA INTERMEDIA VIGA-PILAR DE FACHADA CON
ARRIOSTRAMIENTO HORIZONTAL Y VERTICAL
cartela
arriostramiento
horizontal
placa de continuidad
angular
de unión
viga
2/3H
H
tirante de
arriostramiento horizontal
angular del tirante
arriostramiento
vertical
perfil de
arriostramiento vertical
ALZADO
SECCIÓN
angular de unión
pilar
placa de continuidad
arriostramiento horizontal
PLANTA
316
Construcción de estructuras metálicas
UNIÓN RÍGIDA INTERMEDIA VIGA-PILAR CENTRAL
ARRIOSTRAMIENTO HORIZONTAL Y VERTICAL
CON
cartela
angular
de unión
placa de continuidad
viga
arriostramiento
horizontal
H
2/3H
angular del tirante
tirante de arriostramiento
horizontal
perfil de
arriostramiento vertical
ALZADO
arriostramiento
vertical
SECCIÓN
arriostramiento horizontal
angular de unión
pilar
placa de continuidad
PLANTA
317
Estructura metálica en naves industriales
UNIÓN EN CUMBRERA Y ARRIOSTRAMIENTO EN DOS LATERALES
correa
par
cartela
arriostramiento
en faldón
perfil acartelado
ALZADO
correa
cartela
par
arriostramiento
en faldón
PLANTA
318
SECCIÓN
Construcción de estructuras metálicas
UNIÓN EN CABEZA DE PILAR CON ARRIOSTRAMIENTO
EN DOS LATERALES
correa
par
arriostramiento en faldón
cartela
pilar
arriostramiento longitudinal
ALZADO
SECCIÓN
arriostramiento
horizontal
cartela
pilar
par
arriostramiento en faldón
PLANTA
319
Estructura metálica en naves industriales
En la figura siguiente podemos observar:
- El pilar metálico de 30 cm. de ancho.
- El muro de cerramiento exterior de 20 cm. de ancho alineado a la cara
exterior
- La cercha metálica apoyada encima del pilar.
- El arriostramiento de la cubierta en diagonales, en forma de Cruz de San
Andrés, con pletina metálica soldada a la cara inferior del angular del
cordón superior de la cercha. Se suelda a la cara inferior del angular para
que no moleste para la colocación de las correas, que apoyan encima del
angular. En el detalle A, dibujo inferior se detalla la soldadura.
- El arriostramiento horizontal con perfil UPN soldado en la coronación del
pilar metálico.
- El arriostramiento en diagonal entre pilares (Cruz de San Andrés). Este
arriostramiento debe ir colocado por la parte inferior del horizontal, para
evitar que se crucen.
320
Construcción de estructuras metálicas
DET. A
Arriostramiento de la cubierta
en cruz de San Andrés
CERCHA
Arriostramiento
horizontal
Arriostramiento en cruz
de San Andrés
20 cm
Muro de
cerramiento
30 cm
Pilar
DETALLE A:
Arriostramiento de la cubierta
en cruz de San Andrés
Cordón superior cercha
Soldadura a
cortante
321
Estructura metálica en naves industriales
NAVES INDUSTRIALES DOTADAS DE PUENTE GRÚA.
Es muy corriente en las naves industriales, tanto de fabricación como de
almacenamiento, la utilización de puente-grúa para transportar dentro de ellas los
elementos pesados, así como para la carga y descarga sobre vehículos.
Esencialmente consiste en una grúa suspendida de una gran jácena (a modo
de puente entre ambos laterales de la nave), ambas con movilidad en una
dirección (el puente grúa desliza longitudinalmente y la grúa, suspendida del
mismo, desliza en sentido transversal, con lo cual conseguimos alcanzar
cualquier rincón de la nave, para cargar y descargar mercancía.
Dichos puentes-grúa se trasladan o deslizan sobre vigas carril, que apoyan
sobre ménsulas cortas soldadas a los soportes metálicos.
En las figuras siguientes vemos detalladamente el sistema y su unión con los
soportes.
Puente grúa
A
Ménsula corta
Soporte
322
Construcción de estructuras metálicas
Puente grúa
Soporte
Arriostramiento
horizontal
Rodamientos
Pérfil metálico para desplazamiento
puente grúa
Ménsula corta
Arriostramiento
en cruz de San
Andrés
Detalle A
El arriostramiento de estas naves, dada su peculiaridad, la estudiaremos
ampliamente.
En cubierta se efectúa un arriostramiento similar al visto para el resto de
cubiertas de edificios industriales.
Donde se requiere un arriostramiento especial es entre pilares,
verticalmente, en el sentido del desplazamiento del puente grúa, ya que éste
transporta mucho peso y, al arrancar y frenar, produce empujes muy
importantes, que tienden a volcar los pilares en el sentido longitudinal de la
nave. Este arriostramiento deberá colocarse en todas las crujías, en forma de
Cruz de San Andrés, y estará formado por perfiles metálicos de gran
sección, capaces de soportar las compresiones y tracciones que le produce el
mencionado puente grúa. Normalmente se suelen colocar perfiles UPN.
323
Estructura metálica en naves industriales
Cubierta
Soporte
Arriostramiento de nave con puente grúa
sentido del desplazamiento
NAVES CON ESTRUCTURA DE PÓRTICOS.
Como su nombre indica son estructuras que adoptan la forma de pórtico.
Clasificación.
Esencialmente se clasifican en pórticos simples y pórticos múltiples,
según consten de uno o varios vanos.
En función de su forma de unión, los pórticos simples pueden
clasificarse, tal como se indica en el esquema siguiente, en:
1.- Articulados, biarticulados y triarticulados.
2.- Empotrados y biempotrados.
324
Construcción de estructuras metálicas
BIARTICULADO
TRIARTICULADO
BIEMPOTRADO
PÓRTICOS MÚLTIPLES
Pórtico (Jácena inclinada)
Refuerzo
(catelas rigidización)
Soporte
DIRECTRIZ RECTA
DIRECTRIZ QUEBRADA
325
Estructura metálica en naves industriales
En función de su sección, unión y refuerzos, los pórticos pueden ser:
1) Pórticos biempotrados
a) Sección constante
Acartelamiento
viga
Acartelamiento
pilar y viga
b) Sección constante
con refuerzos
c) Sección constante
con refuerzos
2) Pórticos biarticulados
Acartelamiento
Pilar de sección
variable
b) Sección variable y refuerzos
a) Sección constante
Dintel y pilar de
sección variable
c) Sección variable
d) Sección variable grandes luces
3) Pórticos triarticulados
Acartelamiento
Pilar de sección
variable
a) Sección variable y refuerzos
326
Dintel y pilar de
sección variable
b) Sección variable
Construcción de estructuras metálicas
Pórticos de nudos rígidos.
En estos pórticos los nudos son rígidos, dando continuidad a la forma y a la
distribución de los esfuerzos. En la organización de las cubiertas, sustituyen a las
cerchas, por lo que la estructura de la nave se compone de pórticos enlazados por
correas.
Suelen ser pórticos a dos aguas, adaptándose a la inclinación de los faldones, con
lo que se aprovecha más el interior al no existir tirantes.
La sustentación del pórtico puede ser con dos articulaciones, con dos
empotramientos, que son hiperestáticos, o con tres articulaciones, que es isostático.
El trabajo de un pórtico es el de una viga apoyada por medio de empotramiento, en
dos soportes. Los elementos que lo forman suelen ser de alma llena, siendo las secciones
más utilizadas los perfiles en doble T o en H, formándose, cuando el pórtico es de
sección variable, cortando el perfil y soldando palastros, o bien con tres chapas soldadas.
Otras secciones interesantes son las de cajón, más favorables por su mayor
resistencia a la torsión y que se forman, o por acoplamiento de perfiles simples (2
UPN, etc.) o mediante perfiles y palastros soldados.
El tipo de pórtico más utilizado es el directriz recta en la zona inclinada, pudiendo
también utilizarse los de directriz quebrada, cuyos esquemas hemos visto anteriormente.
Los encuentros se refuerzan, para darle mayor rigidez, con cartelas formadas por
trozos de perfiles (cartelas en forma de punta de flauta), que rigidizan el nudo y
ayudan a contrarrestar el empuje que ejerce el pórtico hacia el exterior, ya que carece
de tirantes interiores.
Las correas, al igual que en las cubiertas con cerchas, apoyan sobre los perfiles
inclinados que conforman la cubierta.
La disposición de los arriostramientos, asimismo, es similar a la estudiada para la
cubierta con cerchas.
A continuación se detallan las uniones de los perfiles de estos pórticos.
C
B
D
A
327
Estructura metálica en naves industriales
El detalle A del pórtico del esquema anterior se ha resuelto con unión
rígida y con unión articulada.
DETALLE A
ARTICULADO
RIGIDO
HEB 300
HEB 300
CARTELAS DE
RIGIDIZACION
ALZADO
PLANTA
328
SOPORTE
QUE NO APOYA
SOBRE LA PLACA
orificio
UPN 200
SOLDADO A AMBOS
LADOS Y CON TALADRO
PARA EL PASADOR
PASADOR Y
TORNILLO DE
ALTA RESISTENCIA
QUE SOPORTA EL
PESO DEL SOPORTE
Construcción de estructuras metálicas
Para el detalle B se han elegido cinco soluciones diferentes.
DETALLE B( TODAS LAS UNIONES POR SOLDADURA)
1ª SOLUCION
JACENA INCLINADA
CONECTOR
COMPRESIONES
CHAPA
CONECTOR
TRACCIONES
CARTELA
(PUNTA DE FLAUTA)
SOPORTE IPN
1 PIEZA
2 PIEZAS
(CUANDO LA
CARTELA ES
MUY GRANDE)
CONECTOR
COMPRESIONES
3ª SOLUCION
2ª SOLUCION
POSIBLE
CONECTOR
TRACCIONES
CONECTOR
COMPRESIONES
CONECTOR
COMPRESIONES
CARTELA
RIGIDIZACION
CONECTOR
COMPRESIONES
4ª SOLUCIÓN
5ª SOLUCIÓN
329
Estructura metálica en naves industriales
DETALLE C
pletina
Posible cartela rigidización
(tracciones) caso necesario
Jácena pórtico
cartela de rigidización
UNIÓN SOLDADA
CON PLETINA INTERMEDIA
cartela tracciones
cartela de rigidizacion
UNIÓN SOLDADA
SIN PLETINA INTERMEDIA
cartela de rigidización
UNIÓN ATORNILLADA
PARA MONTAR EN OBRA
330
Construcción de estructuras metálicas
A continuación se detallan las 4 soluciones del detalle D.
DETALLE D
(4 SOLUCIONES)
cartelas de rigidización
conector compresiones
conector compresiones
cartelas de rigidización
conector compresiones
NOTA: - TANTO VIGAS COMO SOPORTES SON PERFILES DOBLE T
- TODAS LAS UNIONES VAN POR SOLDADURA
CUBIERTAS DE ESTRUCTURA EN FORMA DE ARCOS.
Son estructuras de cubierta que adoptan la forma de arco, pudiendo ser,
al igual que los pórticos, biempotrados, biarticulados y triarticulados.
Las uniones de los perfiles que forman el arco, al igual que su unión con
los soportes, es similar a la que ya hemos estudiado para las vigas de celosía
y cerchas.
331
Estructura metálica en naves industriales
Arco tipo viga
de celosía
Soporte
MARQUESINAS.
Son estructuras triangulares en ménsula, similares a las cerchas a un
agua, empotradas por un extremo y enlazadas entre sí por las correas.
Suelen utilizarse para formar aleros, cobertizos, etc. en la parte exterior
de las naves industriales.
332
Construcción de estructuras metálicas
CUBIERTAS DE ESTRUCTURA ESPACIAL.
Para conseguir grandes espacios cubiertos sin necesidad de apoyos
intermedios, se recurre a las mallas o cubiertas espaciales.
Al contrario de lo que ocurre en los entramados planos, en las mallas las
tensiones se reparten por distintas barras y en distintas direcciones.
Constituyen un sistema de alto grado de hiperestaticidad lo que hace
complicado su cálculo.
Este sistema permite cubrir grandes espacios con una mínima cantidad
de material. Las barras que se usan son perfiles normales industriales (IPN,
UPN, T, L, etc.), aunque con preferencia los perfiles tubulares (por su
relación inercia/peso) y de éstos preferentemente los de sección circular.
Para las uniones en los nudos existen diversos sistemas.
El sistema más sencillo, no puramente espacial, es el bi-planario
formado por vigas de celosía que se cruzan ortogonalmente (figura
izquierda) y el tri-planario formado por dos capas unidas por barras rectas
en diagonal que unen los centros de sus bases (figura derecha).
BARRAS SUPERIORES
BARRAS INFERIORES
DIAGONALES
Los dos tipos de cubiertas espaciales más normales son aquellas cuyo
sistema sustentante está formado por cubos (figura izquierda) y el formado
por semioctaedros y tetraedros (figura derecha).
333
Estructura metálica en naves industriales
Existen cubiertas espaciales con otros sistemas sustentantes, con formas
derivadas de los anteriores, tales como pirámides de base hexagonal regular.
MALLA SUPERIOR
MALLA INFERIOR
DIAGONALES
334
Construcción de estructuras metálicas
En las figuras siguientes vemos algunos detalles de los nudos con barras
de sección circular, aparte de los que ya vimos al estudiar las vigas de
celosía tubulares. En el detalle de la izquierda vemos la unión soldada
directamente. También puede hacerse la unión por medio de rosca
atornillada a la esfera. En el de la derecha la unión se efectúa aplastando la
terminación.
Aplastamiento de perfiles
tubulares y atornillado
Soldadura directa a la
esfera
Perfiles con rosca
atornillada a la esfera
Los apoyos de la estructura sobre los soportes puede efectuarse en el
cordón superior o en el cordón inferior, tal como se observa en las figuras
siguientes.
335
Estructura metálica en naves industriales
ESTRUCTURAS DE ALTILLOS O ENTREPLANTAS.
Si en el interior de las naves se construyen altillos o entreplantas, las
uniones del forjado con las jácenas o vigas admite varias soluciones, en
función del tipo de forjado ( viguetas de hormigón, viguetas metálicas, etc.)
del tipo de jácena (perfil IPN, viga void, perfil HEB, viga de celosía, etc.) y
del tipo de unión que convenga utilizar (soldadura, tornillería, nudos rígidos,
vigas pasantes, etc.)
Estos detalles los estudiaremos con amplitud en el tema siguiente.
336
TEMA 9.- ESTRUCTURA METÁLICA EN EDIFICIOS DE
VIVIENDAS.
INTRODUCCIÓN.
La estructura metálica de un edificio está formada por elementos
verticales (soportes) y elementos horizontales (jácenas, correas y forjados).
Los soportes y las jácenas se han estudiado en temas anteriores, así
como sus uniones. Los forjados de hormigón igualmente han sido
estudiados.
En este tema se va a profundizar en el estudio de los forjados de viguetas
metálicas, sus uniones con las jácenas, uniones de forjados de hormigón con
jácenas metálicas, uniones en estructuras mixtas hormigón-acero, etc.
ENTRAMADOS HORIZONTALES.
Los suelos están formados fundamentalmente por elementos
horizontales simples (viguetas de forjado), que apoyan en los muros
resistentes o enlazan con otros elementos horizontales de mayor importancia
(jácenas) que se encargan de transmitir las cargas a los elementos verticales
(muros o soportes) que, a su vez, las transmiten a los cimientos.
VIGUETAS. DISPOSICIÓN.
Son elementos que trabajan a flexión y por consiguiente, sus secciones
tienen que resistir el momento flector y el esfuerzo cortante que se
produzcan. El perfil más idóneo es el I.
Las viguetas se colocan normalmente a distancias comprendidas entre
0,60 y 0,80 m. entre ejes (tamaño de bovedillas prefabricadas), aunque la
separación puede ser mayor, dependiendo de las cargas que deban resistir y
del posible espesor del forjado.
El perfil de la vigueta se calcula por la fórmula de la flexión simple:
W = M máximo
σ admisible.
337
Estructura metálica en edificios de viviendas
donde:
W es el módulo resistente del perfil, expresado en cm3., cuyo valor
viene dado en los catálogos, obteniendo directamente el canto el perfil.
M máximo es el momento flector máximo, obtenido por la luz de cálculo
de la vigueta. Como luz de la vigueta se considera la distancia entre los
muros más un 5%. Si se apoya en jácenas, la luz de la vigueta se mide entre
los ejes de las dos jácenas en que apoya ésta. La luz, para que la vigueta sea
económica, no debe sobrepasar los 5,50 m.
σ admisible es la tensión admisible del acero, en kp./cm2.
Las viguetas se colocan paralelas entre sí y normales a las jácenas o
muros donde se apoyan, separadas en función de anchos de las bovedillas.
APOYOS DE VIGUETAS METÁLICAS EN MUROS.
El apoyo tiene como misión transmitir al muro las reacciones verticales
de las viguetas.
A falta de normativa reguladora de este tipo de apoyos, siguiendo la
tradición, si el muro es de suficiente espesor y de buena fábrica de ladrillo,
se suele apoyar las viguetas directamente sobre él, asegurándolas contra el
posible movimiento lateral con la fábrica de ladrillo continua entre ellas,
como se indica en la figura siguiente.
☺
338
Construcción de estructuras metálicas
La longitud de apoyo de las viguetas sobre el muro suele oscilar entre
una vez y vez y media su altura, tomando como mínimo 12 cm. y como
máximo 1/20 de la luz libre. Para determinar dicha longitud de apoyo es
fundamental tener en cuenta las cargas, luz de la vigueta y tipo de material
de apoyo.
Si el muro ofrece un asiento desigual, antes del apoyo se enrasa la
fábrica con mortero de cemento para conseguir la planeidad del mismo.
Para enlaces y apoyos, la normativa vigente de forjados, marca unas
recomendaciones de tipo general, de acuerdo a la buena construcción.
1.- Las flechas deben limitarse, en función del tipo de elementos
verticales que apoyen sobre los forjados, tales como tabiques, muros, etc.
2.-Condición de monolitismo, en que se determina el enlace de las
viguetas entre sí y con las vigas de atado perimetral a través del relleno de
nervios y senos con hormigón, unidos por una losa de espesor mínimo de 4
cm., por encima de cualquier elemento del forjado.
> 4 cm.
3.- En todo el contorno del forjado se colocarán zunchos de hormigón
armado para enlazarlo con los muros en que se sustenta y con los
transversales. Perimetralmente deben colocarse armaduras de pequeño
diámetro que sirvan de conexión entre zunchos, muros y forjado, tal como
se detalla en la figura anterior.
APOYO DE JÁCENAS METÁLICAS SOBRE MUROS DE
FÁBRICA DE LADRILLO.
A).- Cuando el ancho del muro disminuye en la planta superior. La
jácena metálica apoya parcialmente encima del ladrillo, añadiendo unas
armaduras de conexión soldadas a la jácena y ancladas al zuncho de
hormigón armado perimetral, tal como se detalla en la figura siguiente.
339
Estructura metálica en edificios de viviendas
B).- Cuando el ancho del muro es constante. El sistema es similar al
descrito anteriormente, con la única diferencia de la proximidad entre
zuncho y jácena, tal como se indica en la figura siguiente.
340
Construcción de estructuras metálicas
APOYO DE VIGAS O JÁCENAS Y VIGUETAS METÁLICAS
SOBRE HORMIGÓN.
En función de la carga que soporten las vigas o viguetas existen tres
grupos: cargas pequeñas, cargas grandes y cargas muy grandes.
A.- Cargas pequeñas y medianas.
Es suficiente con la colocación de un angular metálico o similar, anclado
al muro con pernos de anclaje, para evitar el apoyo directo del acero sobre el
hormigón y, al propio tiempo, evitar desconchados en las esquinas como
consecuencia de las flechas de las vigas. En la figura siguiente se detalla en
planta y en alzado; además se ha añadido limitador de movimiento o
dilatación, para caso de apoyo en dilatación controlada.
341
Estructura metálica en edificios de viviendas
B.- Con cargas grandes.
Al tratarse de cargas puntuales grandes, es necesario repartir dicha carga
puntual, para lo cual se coloca sobre el hormigón una placa metálica de
apoyo, anclada al muro o pilar de hormigón, con pernos. En el dibujo
siguiente se detalla la unión mencionada.
C.- Con cargas muy grandes.
Para repartir la gran carga se utilizan dos trozos de perfil metálico colocados
encima de las placas de anclaje, con lo cual el reparto de cargas se efectúa entre
una zona de apoyo mayor, tal como se muestra en el dibujo siguiente.
342
Construcción de estructuras metálicas
APOYO DE VIGUETAS METÁLICAS EN JÁCENAS O VIGAS.
Se puede establecer una primera clasificación, según el lugar de
colocación de las viguetas sobre la jácena: viguetas apoyadas encima de la
jácena y viguetas apoyadas lateralmente a ella.
Posteriormente se estudiará, dentro de cada grupo, el tipo de unión o
enlace: apoyo libre, articulación, empotramiento, etc.
Apoyo de viguetas metálicas encima de la jácena.
La forma de colocación más sencilla es que las viguetas del forjado
apoyen directamente encima de las vigas o jácenas (sean éstas de cualquier
tipo: IPN, IPE, HEB, vigas void, vigas de celosía, etc.), tal como se observa
en el siguiente detalle.
343
Estructura metálica en edificios de viviendas
Cuando a una jácena le acometen, por
ambos lados, viguetas de forjado
apoyadas
encima,
éstas
pueden
disponerse una junto a otra, cruzándose
encima de la jácena (figura siguiente
izquierda) o bien ir enfrentadas (figura
derecha). En este caso, para darles
continuidad, puede interesar soldar los
extremos de las mismas, o bien soldarle
una pletina de unión, colocada en la parte
superior, que sirve de transmisor de
tracciones.
pletina de continuidad
(conector de tracciones)
viguetas
viguetas
IPN
jácena
IPN
forjado
jácena
de
jácena
viguetas
ALZADO
ALZADO
pletina de continuidad viguetas
viguetas
viguetas
viguetas
PLANTA
VIGUETAS NO ENFRENTADAS
344
jácena
jácena
viguetas
PLANTA
VIGUETAS ENFRENTADAS
Construcción de estructuras metálicas
Las viguetas metálicas enfrentadas, apoyadas encima de la jácena,
también pueden colocarse independientes, sin ningún nexo de unión entre
ambas, como se indica en el dibujo siguiente.
Forjado IPN apoyado
encima de la jácena
Jácena IPN
Una vez que estén colocadas las viguetas justamente en su sitio, para
evitar su desplazamiento lateral, durante la colocación de las bovedillas, se
unen éstas a las jácenas con unos puntos de soldadura, con lo cual se
consigue inmovilizarlas. El mencionado desplazamiento también se podría
evitar colocando una bovedilla en cada extremo de la crujía de viguetas. En
los dibujos siguientes se detallan ambas opciones.
Si se quiere conseguir una mayor conexión entre las viguetas apoyadas y
la jácena, en vez de colocar unos simples puntos de soldadura para
inmovilizarlas, como se ha indicado anteriormente, se puede efectuar un
cordón continuo de soldadura, que abarque el ala completa de la vigueta en
contacto con la jácena, tal como se detalla en el dibujo siguiente. Si fuera
necesario, también podría soldarse por la parte inferior toda la superficie de
contacto entre ambas.
345
Estructura metálica en edificios de viviendas
Vigueta contínua
Vigueta metálica de extremo
Soldadura
Soldadura
Jácena
extemo
Jácena central
Alzado
Alzado
Apoyo de viguetas metálicas en el lateral de la jácena.
Si queremos disminuir el cuelgue de las jácenas, se disponen las viguetas
apoyadas lateralmente constituyendo un embrochalado. Con esta opción,
además, se consigue el arriostramiento transversal de las jácenas.
Si interesa que las alas superiores de jácena y vigueta queden enrasadas,
hay que cortarle a las viguetas un trozo de su ala superior. En caso de no
cortársela, la jácena sobresaldrá ligeramente por encima de las viguetas, lo
que no implica ninguna complicación, puesto que el saliente superior de la
jácena queda embebido en el hormigón de la capa superior. En las figuras
siguientes se detallan ambas soluciones.
En los casos de viguetas de forjado apoyado o empotrado lateralmente a
una jácena metálica, siempre es necesario colocar un angular de apoyo o
montaje, que sirve para el apoyo de las viguetas de forjado. En caso de que
las viguetas vayan soldadas a la jácena, dicho angular podrá eliminarse una
vez finalizada la soldadura de unión entre ambas.
vigueta forjado
angular de montaje
ALAS SUPERIORES NIVELADAS
346
vigueta forjado
angular de montaje
ALAS SUPERIORES DESNIVELADAS
Construcción de estructuras metálicas
VIGUETA EMPOTRADA
NIVELADA POR LA PARTE
SUPERIOR
JÁCENA
Cuando el forjado apoya lateralmente a la jácena el angular metálico, de
apoyo del mismo, no se puede eliminar. Dicho angular puede ser continuo o
con trozos para apoyo individual de cada vigueta.
Forjado apoyado
lateralmente
Jácena IPN
Angular de apoyo
En las figuras siguientes se detallan uniones diversas:
-
Forjados apoyados con desnivel: un apoyo lateral y otro encima.
Forjados empotrados nivelados con la cara superior de la jácena.
Forjados empotrados con desnivel, unidos a la misma jácena o bien
recreciendo la jácena para conseguir el desnivel necesario.
Embrochalamiento empotrado con cartela de rigidización.
Apoyos de viguetas metálicas de distinto canto, con taco nivelador.
347
Estructura metálica en edificios de viviendas
Desnivel
Forjado apoyado
lateralmente
Forjado apoyado
encima de la jácena
Jácena IPN
Angular de apoyo
UNIONES DE FORJADOS EMPOTRADOS NIVELADOS POR ENCIMA
CON JÁCENAS METÁLICAS
Viguetas metálicas
Angular de apoyo
Viguetas metálicas
Jácena IPN
Cortando el ala superior
Viguetas metálicas
Angular de apoyo
348
Viguetas metálicas
Jácena IPN
Construcción de estructuras metálicas
FORJADOS EMPOTRADOS CON DESNIVEL
Desnivel
Viguetas metálicas
Viguetas metálicas
Jácena IPN
Angular de apoyo
Perfil recrecido para
conseguir mayor desn
Viguetas metálicas
Desnivel
Angular de apoyo
Viguetas metálicas
EMBROCHAMIENTO EMPOTRADO
cartela de rigidización del alma
(compresiones)
pletina de empotramiento del brochal
viga embrochalada
jácena metálica
349
Estructura metálica en edificios de viviendas
APOYO DE VIGUETA METÁLICA DE DISTINTO CANTO SOBRE
VIGA METÁLICA
viguetas de forjado
taco metálico
nivelador de altura
jácena metálica
Cuando las jácenas están formadas por perfiles de alma llena, cualquier
solución es válida, puesto que dispones de todo el alma para que las
viguetas puedan acometer.
En caso de utilizar vigas void o vigas de celosía, presentan la dificultad
de que dicha unión debe efectuarse soldando las viguetas sobre las zonas
donde exista alma, en el caso de vigas void y sobre las montantes en caso de
vigas de celosía.
En la primera de las tres figuras siguientes el forjado de viguetas metálicas
apoya encima de la viga void, sin tapar orificios. En la segunda de ellas, el
forjado apoya lateralmente, sin tapar orificios, con la ayuda de un perfil auxiliar
(angular de apoyo), atornillado o soldado a la viga. Y en la tercera el forjado va
empotrado, con orificios tapados, y con angular de apoyo.
350
Construcción de estructuras metálicas
351
Estructura metálica en edificios de viviendas
En el detalle siguiente vemos la el embrochalado de viguetas metálicas
con una viga de celosía, cuyos cordones son perfiles T simple, con las
viguetas de forjado apoyadas o soldadas a los montantes de la misma.
352
Construcción de estructuras metálicas
Cuando las vigas de celosía sean importantes, por soportar muchas
cargas o tener mucha longitud, normalmente sus cordones superior e inferior
suelen ser dos perfiles UPN soldados a tope, en cajón, las uniones del
forjado se pueden efectuar por alguno de los siguientes sistemas, cuyos
dibujos se insertan a continuación.
- forjado apoyado encima de la viga de celosía.
- forjado apoyado o empotrado lateralmente al cordón superior, con
ayuda de un angular metálico de apoyo o montaje.
- la misma opción anterior, son las viguetas de forjado de mayor canto
que el del cordón superior. Se coloca una pletina intermedia soldada
al cordón superior de la viga de celosía y a ella se une, apoyada o
soldada, la vigueta de forjado, con ayuda de angular de apoyo. Para
evitar el pandeo de la pletina intermedia, se le coloca por la parte
posterior una cartela de rigidización soldada al cordón superior y a la
propia pletina.
UNIONES DE FORJADO DE VIGUETAS METÁLICAS CON VIGAS
DE CELOSÍA
353
Estructura metálica en edificios de viviendas
354
Construcción de estructuras metálicas
Otros tipos de uniones de viguetas metálicas de forjado con las
jácenas.
Si buscamos una unión con cierto grado de articulación, evitando
transmisión de esfuerzos, fundamentalmente torsiones, del forjado a la
jácena, la unión puede efectuarse con angulares metálicos, soldados a la
jácena y atornillados a la vigueta de forjado.
En las uniones en las que el cordón de soldadura sólo va en la parte
inferior y con longitud menor de los 2/3 del alma, se consideran como
apoyos simples con libertad de giro, como se indica en la figura siguiente,
en la que ya se ha eliminado el angular de apoyo para evitar que limite el
giro del forjado.
El mencionado cordón de soldadura es el que absorbe el esfuerzo
cortante. En caso de no tener suficiente capacidad para soportarlo, puede
355
Estructura metálica en edificios de viviendas
añadirse más cordón de soldadura, pero no directa entre ambas piezas, sino
colocando angulares soldados sólo con cordones verticales la unión entre
jácena y vigueta, confiando a su deformabilidad la flexibilidad de la unión,
como se indica a continuación. Esta unión puede funcionar también sin
necesidad de soldar directamente el alma de la vigueta.
En los apoyos con uniones soldadas, podemos conseguir un
empotramiento más o menos rígido, lo que permitiría, al disminuir los
momentos máximos de flexión, disminuir así mismo la sección de perfil
empleado. Sin embargo, al tener en cuenta las flechas mínimas, vemos que
no es una solución interesante. Por otra parte, en los apoyos extremos, si la
unión es rígida, la flexión de la vigueta produce torsión en la jácena, como
consecuencia del giro que la vigueta le impone al flectar, como se indica en
la siguiente figura.
356
Construcción de estructuras metálicas
Desde el punto de vista económico, puede ser interesante conseguir que
las viguetas trabajen como continuas, logrando una importante reducción de
momentos positivos, apareciendo momentos negativos, y una gran
reducción de la flecha, por lo que podrán utilizarse perfiles de menor canto,
con la consiguiente economía para la obra.
Cuando el apoyo de las viguetas se efectúa encima del ala superior de la
jácena, la continuidad se consigue, de las dos formas siguientes: colocando
la vigueta continua de una pieza, tal como se indica en el dibujo anterior o
bien empalmando las viguetas en los puntos de momentos mínimos,
soldándole platabandas a ambos lados de las mismas, y si fuese necesario en
la parte superior e inferior, para conseguir dicha continuidad, tal como se
detalla en el dibujo siguiente.
Cuando la unión apoyo es embrochalado, las tracciones se transmiten
con platabandas uniendo las alas superiores de las viguetas, mientras que las
compresiones se transmiten a través del alma de la viga que actúa de placa
de reparto, como se indica en los dibujos siguientes.
357
Estructura metálica en edificios de viviendas
Angular de apoyo
Platabanda
Vigueta
Vigueta
Angular de apoyo
Cuando dos tramos de forjado, de igual canto, acometen empotrados a
una jácena metálica, la transmisión de tracciones suele efectuarse, tal como
hemos indicado anteriormente, con una pletina de continuidad, uniendo la
parte superior de la jácena con la de las viguetas. Dicha pletina quedará
recubierta por la capa de hormigón de 4 cm. que se coloca en la parte
superior del forjado, con su correspondiente mallazo, tal como se detalla en
el dibujo siguiente.
358
Construcción de estructuras metálicas
mallazo
pletina de
continuidad
capa de
hormigón ≥ 4 cm.
vigueta metálica
de forjado
angular de montaje
soldaduras
jácena metálica
Los forjados de viguetas metálicas normalmente no necesitan armadura
de momentos negativos nunca. No obstante, en caso de no poderle colocar
pletinas de conexión de tracciones, o que éstas sean insuficientes, o que se
pida sólo un cierto grado de empotramiento, podemos colocar la armadura
de momentos negativos necesaria, tal como se indica en la siguiente figura.
ØMom. negativo
mallazo
capa de
hormigón ≥ 4 cm.
Lb II
vigueta metálica
de forjado
soldaduras
angular de montaje
jácena metálica
Existe un caso claro en el cual el forjado de viguetas metálicas
empotradas necesita armadura de momentos negativos, y es el
especificado en el dibujo adjunto. Las viguetas del forjado van enrasadas
con la cara inferior de la jácena, soldadas lateralmente. Al ser el canto total
del forjado bastante alto, para que la jácena quede totalmente embebida en
el mismo, la vigueta metálica se queda en la mitad inferior del forjado, con
lo cual está toda ella en zona de compresiones. En la parte alta del forjado
359
Estructura metálica en edificios de viviendas
no existe ningún tipo de armadura para absorber los momentos negativos del
empotramiento. Es necesario, por tanto, colocar armadura de momentos
negativos, anclados de acuerdo a la Instrucción de forjados.
ØMom. negativo
Lb II
Lb II
mallazo
canto total
del forjado
vigueta metálica
de forjado
soldaduras
jácena metálica
Si los cantos de las viguetas que acometen a la jácena, son distintos
en ambos lados de la misma, y las cargas que llegan a la jácena son
pequeñas, es suficiente con unir ambas viguetas a la jácena, sin cartelas de
rigidización.
En caso de que las luces sean grandes, o las cargas sean importantes, las
compresiones producidas sobre el alma de la jácena por la vigueta de menor
canto es necesario transmitirlas a la vigueta de mayor canto, para evitar
abollamientos en el alma de la jácena. Para ello se emplean las disposiciones
de las figuras siguientes.
En la figura izquierda la transmisión de compresiones de la vigueta
menor a la mayor se puede realizar de las dos formas indicadas en el dibujo:
colocar en el alma de la vigueta de mayor canto una pletina o conector de
compresiones dando continuidad al ala de la vigueta menor; o bien colocarle
como apoyo de la vigueta menor un trozo de perfil, a modo de conector de
compresiones, que llegue hasta el nivel del ala inferior de la vigueta de
mayor canto.
En la figura derecha se corta el ala de la vigueta de menor canto y se le
suplementa chapa para, posteriormente, volverle a soldar el ala, nivelándola
con la de mayor canto.
En ambos casos conviene unir las viguetas por la parte superior con una
pletina, como conector de tracciones.
360
Construcción de estructuras metálicas
pletina
pletina (conector de traciones)
conector de compresiones
vigueta
conector de
compresiones
ó angular de apoyo
vigueta
vigueta
vigueta de mayor canto
jácena
jácena
Para evitar la transmisión de tracciones y compresiones, desde ambas
viguetas, a la jácena, se puede adoptar la solución del dibujo siguiente,
consistente en cortarle a ambas viguetas de forjado un trozo de las alas
superiores e inferiores. Según la longitud de ala que se corte, el apoyo de las
viguetas sobre el angular de apoyo será como se indica en el forjado
izquierdo, que todavía apoya el ala inferior sobre el angular, o como se
indica en el forjado derecho, donde sólo apoya el alma.
361
Estructura metálica en edificios de viviendas
FORJADOS DE VIGUETAS METÁLICAS ENRASADOS CON
LA PARTE INFERIOR DE LAS JÁCENAS.
En ocasiones puede ser necesario que las jácenas y viguetas queden
enrasadas por su parte inferior, como podría ocurrir en el antepecho de un
anfiteatro, en el frente de una marquesina volada, etc.
Si las jácenas son de alma llena, el procedimiento de ejecución es
similar al que hemos visto para jácenas y forjados nivelados por la parte
superior, tal como se detalla en los dibujos siguientes.
Si se trata de vigas de celosía, las viguetas metálicas de forjado
apoyarán sobre el cordón inferior de la misma, con la ayuda de unas pletinas
de apoyo o montaje de las viguetas, soldadas en la parte inferior de la viga
de celosía, como se detalla en el dibujo siguiente.
362
Construcción de estructuras metálicas
Cordón superior e inferior
de la viga de celosía
vista de perfil
viguetas
pletina para
apoyo de la vigueta (montaje)
Pletina
Vigueta IPN
SECCIÓN DE UN FORJADO CON VIGUETAS METÁLICAS IPN.
En los dibujos siguientes se representan las dos secciones típicas de
forjado de viguetas metálicas IPN, con bovedilla cerámica, con las opciones
de colocar o no la pieza cerámica especial de protección del ala inferior de
la vigueta de forjado, para evitar contactos con enlucidos.
363
Estructura metálica en edificios de viviendas
APOYOS DE VIGUETAS DE HORMIGÓN EN JÁCENAS O
VIGAS METÁLICAS.
Apoyo de las viguetas encima de las jácenas.
La mejor solución es la de apoyo de las viguetas de hormigón
directamente encima de la jácena metálica.
En las jácenas centrales las viguetas deberán apoyarse una junto a la
otra, ya que el ala superior de la jácena, normalmente, es muy estrecha y no
hay espacio suficiente para el apoyo enfrentado de ambas viguetas.
364
Construcción de estructuras metálicas
Si el ala superior de la jácena tiene suficiente anchura, el apoyo puede
efectuarse enfrentando las viguetas. Ver dibujo siguiente.
Forjado apoyado
encima de la jácena
Jácena IPN
365
Estructura metálica en edificios de viviendas
Apoyo de las viguetas de hormigón en los laterales de las jácenas
metálicas.
Si la jácena de apoyo es un perfil HEB, que tiene las alas de mayor
dimensión y los lados paralelos, la unión puede efectuarse introduciendo las
viguetas del forjado lateralmente dentro de la jácena.
En el caso de que exista esfuerzo cortante de cierta importancia, y el
apoyo sea arriesgado para soportarlo, se puede macizar una zona de unos
20-25 cm. junta a la jácena metálica, quitando la primera bovedilla y
encofrando por la parte inferior, con lo cual las viguetas de hormigón
quedan embebidas en el hormigón y toda la franja hormigónada queda
apoyada en la jácena, con lo que se absorbe la totalidad de esfuerzo cortante
sin ningún riesgo.
También podríamos apoyar las viguetas del forjado lateralmente a cualquier
jácena, colocándole un angular de apoyo suficientemente ancho que nos
garantice un buen apoyo.
366
Construcción de estructuras metálicas
En el caso de necesitar que exista un desnivel entre los forjados de
ambos laterales de la jácena, puede solucionarse de forma similar a como
vimos para viguetas metálicas. No obstante se adjuntan algunos dibujos con
posibles soluciones.
Desnivel
Forjado apoyado
lateralmente
Forjado apoyado
encima de la jácena
Jácena IPN
Angular de apoyo
Desnivel
Forjado apoyado
lateralmente
Forjado apoyado
lateralmente
Jácena IPN
Angular de apoyo
En caso de que las viguetas de hormigón hayan quedado cortas y no
lleguen para apoyar en la jácena, se puede adoptar la solución indicada en el
dibujo siguiente, consistente en colocar unas armaduras inclinadas de
cuelgue de las viguetas, que conectan la parte inferior de las viguetas con la
parte superior de la jácena. Se le añade a las viguetas, en la parte inferior,
unas armaduras de conexión con la jácena, y se hormigóna el conjunto, con
lo cual las viguetas quedan embebidas en el hormigón y conectadas a la
jácena.
367
Estructura metálica en edificios de viviendas
UNIONES DE JÁCENAS METÁLICAS CON
EMPOTRADOS DE VIGUETAS DE HORMIGÓN.
FORJADOS
Para conseguir el empotramiento de las viguetas de forjado de
hormigón, es necesaria la correcta colocación de la armadura de momentos
negativos, que precisen las viguetas, y que la misma quede suficientemente
anclada, para que sea capaz de absorber los momentos negativos existentes.
La unión entre ambas puede efectuarse con forjado lateral o encima de la
jácena metálica.
Unión con viguetas de hormigón que acceden lateralmente a la
jácena metálica.
En los dibujos siguientes se detallan las formas correctas de colocación
de la armadura de momentos negativos que necesitan las viguetas de
hormigón. En todos los casos el forjado se apoya encima del angular
soldado a la jácena.
1.- La armadura de momentos negativos pasa por encima de la jácena,
con longitud de anclaje suficiente a ambos lados. Estas armaduras quedan
embebidas dentro del hormigón de la capa superior del forjado. En el caso
de vigueta de extremo de forjado, la armadura podría soldarse a la jácena.
368
Construcción de estructuras metálicas
de la jácena
Viguetas de hormigón
Angular de apoyo
Viguetas de hormigón
Jácena IPN
2.- La armadura de negativos atraviesa la jácena metálica, por unos
orificios que, previamente, se le han efectuado a la misma.
Ø M atraviesa por un agujero
la jácena IPN
Viguetas de hormigón
Angular de apoyo
Viguetas de hormigón
Jácena IPN
3.- La armadura de momentos negativos se suelda a la jácena, con
patilla.
Ø M soldado a la jácena
Viguetas de hormigón
Angular de apoyo
Viguetas de hormigón
Jácena IPN
369
Estructura metálica en edificios de viviendas
4.- Los redondos de armadura de momentos negativos acaban en patilla
y se anclan al otro lateral de la jácena, para lo cual es necesario la existencia
de hormigón en dicha zona, para poder anclar dicha armadura.
Ø M con patilla anclada al otro lado de la
jácena IPN (necesario que exista hormigón)
Hormigón
Viguetas de hormigón
Angular de apoyo
Jácena IPN
5.- En el caso de que las viguetas hayan quedado cortas, tanto en apoyo
central como en extremo, se coloca armadura inclinada de cuelgue, que
conecte la vigueta con la jácena. Por la parte superior de la jácena se coloca
el armado de momentos negativos.
Ø M (empotramiento)
Armaduras de cuelgue ancladas
ó soldadas a la jácena
Vigueta de hormigón corta
Jácena IPN
Zona macizada
Unión con viguetas de hormigón apoyadas encima de la jácena
metálica.
Para conseguir un buen empotramiento, con forjado sobre jácena
metálica, la solución de mayor garantía es la utilización de una viga mixta,
formada por la jácena metálica en la zona inferior y un zuncho o viga de
370
Construcción de estructuras metálicas
hormigón armado, en la zona superior. Normalmente la pieza de hormigón
armado lleva poca armadura, puesto que la forma de trabajo del conjunto es
la siguiente: las tracciones (zona inferior de la viga) las absorbe la jácena
metálica y las compresiones (zona superior) las soporta la jácena de
hormigón. En los extremos puede ser necesaria armadura de refuerzo de
momentos negativos.
La viga mixta puede ejecutarse de dos formas:
1.- Ambas vigas son independientes y la conexión entre ellas se efectúa
mediante conectores soldados a la jácena metálica e introducidos en la de
hormigón. Los conectores pueden ser: redondos, trozos de perfil, cartelas
con garras abiertas, angulares, etc.
2.- La parte superior de la jácena metálica se introduce en la jácena de
hormigón. Los cercos se sueldan a la jácena metálica, con lo cual no son
necesarios los conectores.
En los tres dibujos siguientes se detallan las uniones mencionadas. El
primero es la unión empotrada en extremo de forjado. En el segundo y tercer
dibujo se detalla la misma unión, con forjado empotrado por ambos lados de
la viga mixta. Obsérvese que las vigas mixtas de los dos últimos dibujos son
de cada uno de los tipos mencionados anteriormente.
Ø M soldado a la jácena
Conector soldado a la jácena IPN
Zuncho H.A
Jácena IPN
371
Estructura metálica en edificios de viviendas
372
Construcción de estructuras metálicas
FORJADOS DE VIGUETAS DE HORMIGÓN APOYADOS EN
JÁCENAS METÁLICAS EN ZONA SÍSMICA.
En zonas sísmicas es necesario anclar el forjado a la jácena, con el fin de
que no pueda desplazarse, ni elevarse, como consecuencia de las acciones
del sismo sobre la estructura.
Si el grado sísmico es importante, se recurre a la unión empotrada, vista
anteriormente, utilizando vigas mixtas.
Para zonas con sismo poco importante, cualquier sistema que le confiera
al forjado conexión con la jácena será suficiente. La opción de forjado
simplemente apoyado no se considera aceptable.
Las viguetas de hormigón apoyadas encima de la jácena podrán
colocarse enfrentadas, o no enfrentadas, tal como se detalla en los dibujos
siguientes.
Existen tres elementos que finalmente han que quedar unidos entre sí:
jácena metálica, hormigón vertido sobre la jácena y forjado.
La unión de la jácena con el hormigón existente en su parte superior se
efectúa mediante conectores metálicos soldados a la jácena e introducidos
dentro del hormigón. Estos conectores pueden ser: redondos, trozos de
perfil, etc. y se suelen colocar uno o dos entre cada crujía de viguetas. Los
conectores pueden soldarse encima de la jácena (soldadura trabajando a
tracción: primera figura siguiente) o a los laterales de las alas de la jácena
(soldadura trabajando a cortante: segunda figura).
Conector que une la viga
metálica con
hormigón
Conector
que el
une
Vigueta de
hormigón
Hormigón
sobre la
jácena JPN
JÁCENA IPN
373
Estructura metálica en edificios de viviendas
No se coloca la bovedilla sobre la jácena y
se maciza de hormigón
Viguetas de hormigón
Conectores soldados a la jácena
La conexión de las viguetas con el hormigón se consigue
introduciéndolas dentro del hormigón y uniendo las armaduras inferiores de
las viguetas o bien colocándole unas armaduras suplementarias que
conecten las viguetas de ambos laterales. Esta conexión es necesaria para el
caso de viguetas enfrentadas. En el caso de viguetas que se cruzan, no es
necesaria dicha conexión, puesto que todas las viguetas quedan introducidas
dentro del hormigón, tal como se detalla en las siguientes figuras.
374
Construcción de estructuras metálicas
375
Estructura metálica en edificios de viviendas
376
Construcción de estructuras metálicas
La conexión de las viguetas de hormigón con la jácena metálica también
puede efectuarse con conexión directa, mediante conectores en forma de U,
que envuelvan a la vigueta por la parte superior y soldados a las alas de la
jácena, tal como se detalla a continuación.
Conector metálico para evitar que se levante el forjado,
soldado al ala de la jácena para evitar soldadura a tracción
JÁCENA IPN
Igualmente puede efectuarse la conexión del conjunto colocando, por la parte
superior del forjado, un perfil pequeño o un redondo grueso, transversalmente a
las viguetas, justamente por encima de la jácena y conectado a la misma con
conectores soldados, como se detalla en la figura siguiente.
Conectores de la jácena metálica y la armadura
que sujeta el forjado por encima
soldada a la jácena
Armadura gruesa o perfil metálico
pasante por
encima
de todas
Armadura
gruesa
o perfil
m las
viguetas
deldeforjado
por
encima
todas las vig
Vigueta de hormigón
JÁCENA IPN
Hormigón
sobre la
jácena
FORJADOS DE VIGUETAS METÁLICAS APOYADOS EN
JÁCENAS METÁLICAS EN ZONA SÍSMICA.
Es imprescindible unir jácena y vigueta para evitar movimientos
verticales y desplazamientos.
Para zonas sísmicas no excesivamente elevadas, es suficiente con soldar
ambas piezas, tal como se detalla en el dibujo siguiente.
Si el sismo fuese muy importante, sería necesario añadir perfiles
soldados o atornillados para reforzar dicha unión.
377
Estructura metálica en edificios de viviendas
Forjado IPN apoyado
encima de la jácena
Forjado IPN apoyado
encima de la jácena
Soldadura
Soldadura
JÁCENA
Jácena IPN
Vista lateral
Vista frontal
Otra opción aceptable sería la utilización de viga mixta, con buenos
conectores y las viguetas metálicas del forjado se empotrarían a la jácena de
hormigón, con la ayuda de placas metálicas de anclaje. Ver figura siguiente.
FORJADO DE VIGUETAS METÁLICAS EMPOTRADO EN VIGA MIXTA
Placa de anclaje
Conector
Viguetas metálicas
soldada a la placa de anclaje
Angular de apoyo
Zuncho / viga H.A
Jácena IPN
ENLACE DE SOPORTES METÁLICOS CON FORJADOS DE
HORMIGÓN ARMADO.
Estos enlaces se utilizan normalmene en los forjados sin vigas, tales
como forjados reticulares, placas de hormigón armado, etc. Se sueldan al
pilar perfiles cruzados que quedan embebidos en el hormigón. Pueden
utilizarse perfiles UPN, angulares, etc.
El enlace de jácenas de hormigón armado con pilares metálicos también
puede efectuarse con este tipo de unión, asegurando el cortante junto al pilar
y la buena conexión de estos perfiles con el armado de la jácena de
hormigón.
378
Construcción de estructuras metálicas
Para forjados con pocas cargas y poco importantes, la conexión puede
efectuarse con perfiles angulares L, tal como se detalla en el dibujo siguiente.
379
Estructura metálica en edificios de viviendas
Para conexión con forjados reticulares o losas con cargas normales, los
perfiles de conexión con el pilar metálico tienen que ser más importantes.
Suelen utilizarse perfiles UPN, que por cuestiones de comodidad conviene
que tengan el alma junto al soporte, para facilidad de soldadura.
A continuación se describen estas uniones, con cinco perspectivas.
En las dos primeras se detalla esta unión para el caso de pilar central y
de medianera, siendo el pilar un perfil HEB, la conexión se efectúa con
perfiles UPN y se añaden pletinas para dar continuidad a los perfiles UPN
que se cortan en los cruces.
HEB 300 Pilar central
Pletina soldada para dar
continuidad al perfil
UPN formando cruceta punzonamiento
380
Construcción de estructuras metálicas
HEB 300 Pilar Medianera
Pletina soldada para dar
continuidad al perfil
UPN formando cruceta punzonamiento
En las tres perspectivas siguientes, con pilares formados por 2 UPN en
cajón, se detalla la conexión del pilar metálico con el forjado reticular, en
los casos de pilar central, de medianera y de esquina. Obsérvese que, en los
pilares de medianería y de esquina, a los perfiles UPN que van por la parte
posterior del pilar se les corta un trozo de alas para poderlo unir con el alma
al pilar y disponer de más espacio para soldadura.
381
Estructura metálica en edificios de viviendas
PILAR
CENTRAL
382
Construcción de estructuras metálicas
383
Estructura metálica en edificios de viviendas
DISPOSICIONES DE UNA ESTRUCTURA METÁLICA EN
EDIFICIOS PARA VIVIENDAS.
Entre múltiples disposiciones de una estructura, podemos considerar
como más normales, en edificios de viviendas:
a) Sistema tradicional por combinación de entramados horizontales
y verticales.
b) Sistemas en voladizo.
c) Sistemas colgados.
384
Construcción de estructuras metálicas
a).- Sistema tradicional: Las cargas que recogen los entramados horizontales o
pórticos se transmiten a los entramados verticales (soportes y pórticos) y a través de
ellos, a la cimentación y al terreno. Los pórticos se pueden disponer en sentido
paralelo a la fachada principal, en sentido transversal, o combinando ambos, tal como
se detalla en las 3 figuras siguientes.
De las 3 opciones, la tercera es la que más rigidiza el conjunto, porque combina
ortogonalmente los pórticos.
La distancia entre ejes de soporte (luz de viga) varía entre amplios límites,
aunque lo más normal, en edificios de viviendas, es de 5 a 6 metros, y la distancia
entre entramados verticales (luz de vigueta o forjado) de 4 a 5,50 metros. Ambas
dimensiones están dentro de los límites prudentes y económicos.
385
Estructura metálica en edificios de viviendas
b).- Sistema en voladizo: pueden ser de de dos tipos. Un gran núcleo
central de hormigón armado (figura izquierda) del cual salen en voladizo
todas las jácenas que soportan en forjado, o bien con dos núcleos centrales
de hormigón armado, con una o varias crujías intermedias (figura derecha),
transmitiéndose a ellos las cargas de los voladizos, como puede observarse
en las figuras siguientes.
Núcleos centrales de H.A.
Núcleo central de H.A.
crujías intermedias
Jácenas
voladas
c).- Sistemas colgados: Tal como indica el enunciado, el sistema
consiste esencialmente en que los pilares van colgados. Existen dos sistemas
de ejecución y en ambos se queda la planta baja y el sótano exentos de
pilares.
386
Construcción de estructuras metálicas
En la solución de la izquierda, se disponen dos filas de pilares o núcleos
de hormigón armado, unidos por su parte superior mediante una gran jácena
de hormigón armado, de la cual van colgados los soportes metálicos o
elementos verticales que sostienen la estructura del edificio.
En la opción de la derecha, se dispone de un gran núcleo de hormigón
armado, con una plataforma de hormigón armado en su coronación, a modo
de seta, de la que, al igual que en el sistema anterior, van colgados los
soportes metálicos.
Debe cuidarse la unión de los nudos, ya que los soportes metálicos
trabajan a tracción y la resistencia a tracción de la soldadura es limitada.
Conviene colocarle, aparte de la soldadura, tornillos de alta resistencia.
Tanto en los sistemas en voladizo como colgados, los núcleos y cabezas
se construyen de hormigón armado, consiguiendo de esta forma tanto la
rigidez necesaria a los esfuerzos horizontales, como la protección contra el
fuego, aprovechando los núcleos centrales para la ubicación de los
transportes verticales (ascensores y escaleras).
Jácenas H.A
Plataforma H.A
Núcleo
pilares de H.A.
Soportes tracción
suspendidos de la plataforma
Soportes tracción
suspendidas de
la jácena
Núcleo
pilares de H.A.
P.baja
Sótano 1
Sótano 2
Sótano 3
P.baja
Sótano 1
Sótano 2
Sótano 3
VOLADIZOS. DISPOSICIÓN Y EJECUCIÓN.
Si la longitud del voladizo es pequeña, existen tres sistemas para
solucionar el vuelo:
387
Estructura metálica en edificios de viviendas
a).- Prolongar las jácenas, soldándolas a los pilares, por la parte exterior.
Esta solución es válida solamente para voladizo pequeños, puesto que la
jácena volada no tiene contrapesa o continuidad en el interior del vano, y
toda su resistencia se confía a la soldadura de unión con el pilar, que al ser
voladizo existen tracciones importantes.
Jácena interior
Pilar IPN
Jácena voladizo
a)-Prolongar las vigas
soldándolas a los pilares
Forjado
Jácena interior
Pilar IPN
Jácena voladizo
PLANTA
2 UPN A TOPE
IPE
ALZADO
388
IPE
Construcción de estructuras metálicas
b).- Soldar las viguetas del voladizo a los pilares y a la viga de fachada.
Jácena interior
Pilar IPN
Jácena fachada (torsión)
zuncho de borde
Forjado
Viguetas soldadas a la jácena
e fachada(torsión)
Vigueta soldada al pilar
b)-Soldar trozos de viguetas
a pilares y viga de borde
Esta solución tiene el inconveniente de producir importantes torsiones a
la jácena de fachada, ya que las viguetas del voladizo van soldadas
lateralmente a ella, sólo por el lado exterior. Al efectuar el cálculo debemos
tener presente dichas torsiones.
Para evitar o, al menos, disminuir esas torsiones, se colocan pletinas
metálicas que enlazan la vigueta en voladizo con un par de viguetas del
interior. Estas pletinas se suelen colocar en viguetas voladas alternas, con lo
cual el “tirón” de torsiones sobre la jácena de fachada se reparte
parcialmente entre las viguetas de forjado interiores.
Pletina (viguetas alternas)
Voladizo
Jácena
389
Estructura metálica en edificios de viviendas
c).- Si las jácenas son paralelas a la fachada, se pueden prolongar las
viguetas de forjado para que trabajen como continuas, en la zona
interior y en el voladizo.
Jácena interior
Pilar IPN
Jácena fachada
c)-Prolongar las viguetas
del forjado
Forjado
En caso de que las viguetas de forjado vayan embrochaladas a las
jácenas, al quedar la vigueta dividida en 2 tramos (interior y voladizo), si el
voladizo es grande, con tracciones importantes en la zona soldada, existe la
opción de soldarle a dichas viguetas una pletina por su parte superior, que
actúa como conector de tracciones, solidarizando dicha unión (vigueta
interior, jácena y vigueta volada), tal como se detalla a continuación.
Voladizo
Vigueta IPN
Jácena
Pletina (conector tracciones)
Voladizo
Jácena
390
Vigueta IPN
Construcción de estructuras metálicas
En el extremo de los voladizos se coloca una correa perimetral o de borde,
que une las puntas de todas las viguetas de forjado, pudiendo disponerse un perfil
UPN, un angular, pletina, o bien un zuncho de borde de hormigón armado, con
sus armaduras soldadas al extremo de las viguetas voladas.
Vigueta IPN
Voladizo
Correa de borde
UPN
jácena IPN
angular
Vigueta IPN
Voladizo
jácena IPN
391
Estructura metálica en edificios de viviendas
Cercos soldados
a la vigueta metálica
Pletina
(Conector tracciones)
Voladizo
Jácena
Zuncho de borde
de H.A.
vigueta IPN voladizo
Jácena IPN
Zuncho de borde de H.A.
con 3
En caso de voladizos mayores y de gran peso en los extremos (soportan
cerramientos de fachada, etc.) se originan grandes momentos de vuelco que
intentaremos compensar anclando las vigas una longitud suficiente dentro
del edificio. Para ello tenemos dos opciones:
1).- Colocar una viga pasante por dentro del pilar, si el tipo de pilar nos
lo permite, con lo cual tendríamos una viga volada continua de una pieza,
sobre la que apoyaría el forjado.
392
Construcción de estructuras metálicas
SOPORTE 2 UPN
VIGA PASANTE
EN VOLADIZO
PRESILLAS
AS
JÁCENA PARA APOYO
DE LA VIGA PASANTE
ALZADO SECCIÓN
TROZO DE VIGA PARA APOYO
DE LA VIGA PASANTE
VIGA PASANTE
FORJADO
VIG
EN
PILAR 2 UPN EMPRESILLADAS
VIGA PASANTE
PRESILLAS
393
Estructura metálica en edificios de viviendas
2).- Si la opción anterior no fuese posible, debemos disponer dos vigas
voladas, una por cada lado del soporte, apoyadas sobre ménsulas cortas o
sobre jácenas colocadas entre pilares, tal como se ve en los dos esquemas
siguientes.
VOLADIZO CON VUELO
BASTANTE GRANDE
(1ª solución)
Vigas
Z. Borde
Viguetas
VIGAS VOLADAS
PILAR
FORJADO
PILAR
VIGA QUE PASA POR DEBAJO
DE LAS DOS VIGAS
PERPENDICULARES VOLADAS
SOPORTE
VIGA PASANTE
VIGA
VIGA
UNIÓN DE VIGAS PASANTES
Y VIGA TRANSVERSAL CON
SOPORTE
ALZADO FRONTAL
394
Construcción de estructuras metálicas
VOLADIZO CON VUELO
BASTANTE GRANDE
(2ª solución)
Vigas
Z. Borde
FORJADO
Viguetas
MENSULAS
JÁCENAS
SOPORTE
VIGAS PASANTE
UNIÓN DE VIGAS
PASANTES Y VIGA
TRANSVERSAL CON SOPORTE
ESCALERAS. DISPOSICIONES.
La disposición que se dé a la estructura metálica de la escalera
dependerá del resto de la estructura del edificio, del hueco que quede para su
formación, etc.
395
Estructura metálica en edificios de viviendas
Los elementos estructurales sustentantes de las escaleras pueden ser:
a).- De tramos inclinados apoyados sobre dos jácenas, con los rellanos
volados (figura izquierda).
b).- De tramos quebrados apoyados, en sus extremos, sobre jácenas
(figura central).
c).- Formados por vigas zancas paralelas (figura derecha).
En los dos primeros casos, la losa está formada normalmente por dos
perfiles metálicos UPN en los extremos y un perfil IPN en el centro,
siguiendo la directriz de la escalera.
Según sea el canto de la losa de escalera, el espacio que queda entre los
perfiles metálicos que conforman la losa inclinada se soluciona:
- colocando bovedillas de poco canto.
- colocando bardos cerámicos y encima hormigón.
- colocando un emparrillado metálico entre los perfiles y hormigonando
toda la losa.
- disponiendo perfiles metálicos cruzados entre zancas, que sirven de
apoyo a los bardos.
En las figuras siguientes se muestra una sección de las soluciones
indicadas.
396
Construcción de estructuras metálicas
La unión de los perfiles metálicos IPN y UPN de la losa de escalera, con
las jácenas que la sustentan, puede efectuarse: apoyada, empotrada, etc. tal
como vimos en temas anteriores.
Las vigas zancas pueden ser rectas, tal como se muestra en el detalle
siguiente, con las soluciones a ambos nudos. Constructivamente es más
interesante solucionar el nudo B como se resuelve en la última figura, con
un tramo corto horizontal, para evitar la componente horizontal, la cual
queda absorbida por el codo, el cual, si es necesario, se rigidiza.
CONSTRUCTIVAMENTE ES INTERESANTE SOLUCIONAR EL
NUDO B ASI
La solución indicada el las figuras siguientes corresponde a la unión de
la viga zanca con las jácenas a las que accede, con un tramo horizontal,
correspondiente al rellano.
397
Estructura metálica en edificios de viviendas
NUDO A
(otra opción)
NUDO B
(otra opción)
Para luces normales las zancas se construyen con perfiles IPN o UPN si
quedan ocultos, o bien en cajón cerrado si la zanca queda vista como en el
caso de peldaños volados sobre zanca central.
TIPOS DE ZANCAS
Para luces normales: con perfiles IPN o UPN, si quedan ocultos
En cajón cerrado si la zanca queda vista
398
Construcción de estructuras metálicas
Para grandes luces se emplean vigas armadas. o bien vigas de celosía (en
las que prolongando las barras horizontales y verticales se forma el apoyo
del peldaño).
Cuando se trate de luces muy grandes, o escaleras al aire libre, pueden
utilizarse, como zancas las vigas de celosía, en las que prolongando las
barrar horizontales y verticales de la propia celosía, forman el apoyo para
los peldaños, tal como se observa en la siguiente figura.
En edificios para viviendas las losas de escalera, aunque la estructura sea
metálica, pueden construirse con hormigón armado, efectuando una unión
correcta entre ambos, siendo aceptable la solución mediante soldadura de las
barras longitudinales de la losa a las jácenas metálicas, tal como se detalla
seguidamente.
399
Estructura metálica en edificios de viviendas
REPARTO
De la losa de escalera
soldados a la jácena
Armadura principal soldado
a la jácena
REPARTO
PELDAÑOS.
Los peldaños pueden tener sus huellas apoyadas en las zancas con
laterales vistos, encajados en las zancas o apoyados sobre la propia losa,
como vemos en los dibujos siguientes.
Los peldaños pueden ser de chapa metálica, de madera (4 cm. espesor), o
revestidos (cerámica, mármol, piedra natural, etc.). En edificios para
viviendas se utiliza cualquier tipo de revestimiento, colocado sobre el
peldañeado de ladrillo.
400
Construcción de estructuras metálicas
En las perspectivas siguientes vemos una de las soluciones para escalera
metálica en un edificio de varias plantas.
La estructura sustentante está constituida por soportes. A nivel de rellano
se han dispuesto jácenas formadas por perfiles UPN, con las alas hacia el
interior. La zanca está formada por tres perfiles (perfil UPN en caras
exteriores y perfil IPN en el centro).
401
Estructura metálica en edificios de viviendas
402
Construcción de estructuras metálicas
En la siguiente perspectiva se detalla la solución de la escalera a base de
tres vigas zancas (UPN en extremos y perfil IPN en el centro), así como el
armado de la misma.
403
Estructura metálica en edificios de viviendas
LOSA DE H.A.
VIGA ZANCA IPN
UNIONES DE JÁCENAS
HORMIGÓN ARMADO.
METÁLICAS
VIGA ZANCA UPN
Y
PILARES
DE
Este tipo de estructuras, denominadas mixtas, cada vez se utilizan
menos, fundamentalmente por la problemática de su unión, rigideces, etc.
No obstante, en zonas rurales y edificios poco importantes, todavía se sigue
utilizando. Igualmente es un método muy socorrido para intercalar plantas o
altillos, en estructuras de hormigón armado ya construidas.
Seguidamente vamos a estudiar las distintas formas de solucionar la
unión entre ambos elementos, distinguiendo claramente dos tipos de
uniones: la jácena apoya encima del pilar o apoya lateralmente. En ambos
casos también distinguiremos si se trata de:
- Unión en fase de construcción.
- Unión con los pilares de hormigón armado ya construidos.
Unión en fase de construcción de la estructura.
El objetivo fundamental es conseguir que exista buena conexión entre la
jácena metálica y el pilar de hormigón armado, con el fin de que no se
produzcan movimientos horizontales por falta de adherencia entre ambos.
Para cargas pequeñas y edificios poco importantes, el sistema más usual,
por resultar más cómodo y económico, consiste en apoyar directamente el
perfil metálico sobre el pilar, sin utilizar placa metálica de anclaje, tal
como se detalla en la figura siguiente. Presenta dos inconvenientes: la falta
404
Construcción de estructuras metálicas
de conexión entre ambos materiales y, si la jácena metálica es grande, el
estrangulamiento que se produce en el pilar, perdiendo continuidad,
careciendo de cercos, etc.
Se puede conseguir una mejor unión entre ambos elementos efectuando
un taladro a la jácena y colocarle un redondo que atraviese por dicho orificio
y se ate a las armaduras verticales del pilar, como se detalla a continuación.
Armadura para anclar la viga IPN al pilar
405
Estructura metálica en edificios de viviendas
Mejoramos dicha unión, soldando unas pletinas de unión entre la jácena
y la armadura del pilar (en caso de pilar de medianería) o bien uniendo con
una pletina soldada ambas jácenas (caso de pilar central).
Pletina soldada
a ambas jácenas
Pilar H.A.
Colocando, al mismo tiempo que construimos el pilar de hormigón, unas
placas metálicas ancladas al mismo para, posteriormente, soldar la jácena
sobre ellas, con las 3 opciones siguientes:
- que se trate del pilar de última planta, en cuyo caso la placa de anclaje
se colocará en la parte alta del pilar.
- que la jácena acometa al pilar en un tramo intermedio, con placa de
anclaje lateral.
- que la jácena apoye encima del soporte, a nivel intermedio, con la
placa de anclaje dentro del mismo.
406
Construcción de estructuras metálicas
JÁCENA METÁLICA IPN
PLACA Y PERNOS ANCLAJE
JÁCENA IPN
PILAR HORMIGÓN
PLACA DE ANCLAJE
EMBEBIDA EN EL
HORMIGÓN
arm.pilar H.A.
IPN
placa de anclaje
Si la viga metálica es de una pieza, pasante, con carga importante y
apoya encima del pilar de hormigón armado, la placa metálica colocada en
la cabeza del pilar debe ir atornillada, para permitir un buen hormigónado
del pilar, puesto que primero se colocan los pernos y una vez vertido el
hormigón, se atornilla la placa. Para evitar transmisión de momentos al pilar
se suplementa encima de la placa metálica otra placa más estrecha o un
redondo soldado. Para evitar el posible pandeo del alma de la jácena se
colocan cartelas de rigidización.
407
Estructura metálica en edificios de viviendas
CARTELA DE RIGIDIZACIÓN
(AMBOS LADOS DEL APOYO)
VIGA METÁLICA
IPN DE UNA PIEZA
PLACA DE APOYO
INTERMEDIA (OPCIONAL)
PARA EVITAR TRANSMISIÓN
DE MOMENTOS AL PILAR
PLACA DE REPARTO O ANCLAJE
MORTERO DE NIVELACIÓN
(OPCIONAL)
PILAR DE H.A.
CARTELA DE RIGIDIZACIÓN
POR AMBOS LATERALES
VIGA METÁLICA PASANTE IPN
TUERCA Y CONTRATUERCA
MORTERO DE
NIVELACIÓN
PLACA DE ANCLAJE O
REPARTO
PLACA DE APOYO INTERMEDIA
SOLDADA A PALCA DE ANCLAJE
PERNO DE
ANCLAJE
CERCOS PILAR MÁS ESPESOS
ARMADO PILAR
(EXTREMO SUPERIOR
DOBLADAS)
408
PILAR DE HORMIGÓN
Construcción de estructuras metálicas
Unión de 2 vigas metálicas con un pilar continuo de H.A., sin utilizar
placas de anclaje para las vigas.
Esencialmente el método consiste en introducir ambas vigas unos 10 cm.
dentro del pilar, antes del hormigonado. Para anclaje de las mismas al pilar
se le sueldan armaduras en la parte superior e inferior de las vigas. Para
rigidizar la unión y evitar que al hormigonar el pilar, se salga el hormigón,
se suelda, en cada lateral de jácena, un rigidizador vertical, que cumple
ambas funciones. Ver figuras siguientes.
409
Estructura metálica en edificios de viviendas
DETALLE DEL REMATE VIGA
Y ARMADO DE ANCLAJE
410
Construcción de estructuras metálicas
Unión cuando la estructura de hormigón está terminada.
Previamente a la ejecución, debemos comprobar que los pilares son
suficientemente resistentes para soportar la carga que vamos a
suplementarle, existiendo dos posibilidades:
a).- Que los pilares sean de suficiente resistencia.
Existen fundamentalmente dos soluciones. Una consistente en anclar al
soporte una placa metálica mediante tornillos de alta resistencia, con resinas
epoxi o cualquier otro sistema. Sobre dicha placa soldaremos la jácena
correspondiente, con ayuda del angular de apoyo.
411
Estructura metálica en edificios de viviendas
Placa metálica de anclaje
IPN
Tornillos de alta resistencia
Angular de apoyo
Pilar de hormigón armado
La otra solución consiste en la colocación de un collarín metálico que
envuelve al pilar, sobre el cual soldaremos las jácenas. La unión del collarín
y el soporte puede efectuarse con taladros, tornillos y resinas. Como medida
de seguridad se le puede efectuar un pequeño cajeado al pilar, para que el
collarín quede parcialmente embutido en el hormigón y no pueda deslizar
verticalmente, tal como se detalla en las figuras siguientes.
412
Construcción de estructuras metálicas
413
Estructura metálica en edificios de viviendas
b).- Que los pilares no tengan suficiente resistencia.
Para reforzar el soporte el sistema más utilizado consiste en
suplementarle cuatro angulares metálicos, uno en cada esquina, unidos con
pletinas horizontales soldadas a los mismos. En base y coronación de los
mismos, se colocan angulares metálicos horizontales, apoyados sobre la
base inferior y base superior de dicho refuerzo, para asegurarnos del buen
apoyo sobre el cimiento, jácena, etc.
Sobre esa estructura suplementaria, mediante la colocación de presillas
mayores, soldamos las correspondientes jácenas.
Una vez finalizada la operación y acabada la soldadura, dichos refuerzos
se revisten con mortero de cemento reparador, sin áridos, con lo cual se
consigue que no se vea el refuerzo y que el mortero, al introducirse entre los
angulares y el pilar primitivo de hormigón, maciza todo el conjunto y
disminuye el posible pandeo de los perfiles hacia el interior.
414
Construcción de estructuras metálicas
En el dibujo siguiente se detalla la unión del refuerzo con la jácena
superior y con la zapata de cimentación, mediante angulares metálicos con las
alas hacia el exterior, soldados a los angulares de refuerzo colocados en las
esquinas, y anclados a la jácena y al cimiento con tornillos de alta resistencia.
415
Estructura metálica en edificios de viviendas
ESTRUCTURAS MIXTAS.
UNIÓN DE UN PILAR MIXTO CON VIGA DE HORMIGÓN
ARMADO POR UN LATERAL Y CON VIGA METÁLICA POR EL
OTRO.
Las armaduras de la viga de hormigón armado que coincidan con el pilar
metálico se soldarán al mismo y el resto se colocarán pasantes, que se
anclarán con el pilar de hormigón armado.
La viga metálica se soldará al perfil metálico del pilar mixto. Ver dibujos
siguientes.
pilar de hormigón armado
pilar metálico
Ø pasantes anclados en el
hormigón armado
Ø soldados al pilar
metálico
viga metálica IPN soldado
al perfil metálico del pilar
mixto
viga de H.A.
ALZADO SECCIÓN
perfil metálico
pilar mixto
viga metálica
viga de H.A.
PLANTA
416
Construcción de estructuras metálicas
ARRANQUE DE PILAR METÁLICO SOBRE PILAR, O ENANO,
DE HORMIGÓN ARMADO.
La placa de anclaje, para soldar el pilar metálico, se coloca encima del
pilar de H.A. o del enano, con sus correspondientes pernos de anclaje y
cartelas de rigidización en su unión con el pilar, tal como se detalla a
continuación.
417
Estructura metálica en edificios de viviendas
418
Construcción de estructuras metálicas
UNIÓN DE DOS VIGAS METÁLICAS QUE ACCEDEN AL
PILAR METÁLICO INFERIOR, CON PILAR SUPERIOR DE
HORMIGÓN ARMADO MAS ANCHO QUE EL METÁLICO.
La viga metálica está dividida en dos partes, puesto que el pilar metálico
es continuo. Para darle continuidad a la viga en ambos lados, se colocan
conectores de tracción y de compresión, frente a las alas de la jácena. En la
parte superior de la misma, para asegurar su continuidad se le añade una
cartela o conector de tracciones que una ambos laterales de la jácena. Para
que la placa de anclaje del pilar superior, que es más ancha que la jácena, no
vuelque, se añaden cartelas de rigidización verticales que unan el ala
superior de la viga con el soporte inferior, del modo que se indica a
continuación.
419
Estructura metálica en edificios de viviendas
420
Construcción de estructuras metálicas
421
Estructura metálica en edificios de viviendas
UNIÓN DE VIGA METÁLICA CON VIGA DE HORMIGÓN
ARMADO, PILAR INFERIOR DE H.A. Y PILAR SUPERIOR
METÁLICO.
Es necesario colocar placa de anclaje lateral para la viga metálica y placa de
anclaje superior para el pilar de hormigón armado. Para esta placa de anclaje
pueden aprovecharse las armaduras del pilar de H.A. para pernos de anclaje.
422
Construcción de estructuras metálicas
423
Estructura metálica en edificios de viviendas
APOYO DE VIGA PLANA CONTINUA DE HORMIGÓN
ARMADO SOBRE PILAR METÁLICO CENTRAL.
La placa de anclaje que se coloca en la cabeza del pilar será de las
dimensiones necesarias y dispondrá de los pernos de anclaje que necesite.
La viga plana de H.A. dispondrá de cercos más espesos en el encuentro.
VIGA DE H.A.
PLACA DE ANCLAJE
PARA VIGA H.A.
424
PERNOS DE ANCLAJE
SOLDADOS
Construcción de estructuras metálicas
425
Estructura metálica en edificios de viviendas
426
Construcción de estructuras metálicas
UNIÓN DE VIGA CONTINUA DE HORMIGÓN ARMADO CON
PILAR METÁLICO DISCONTINUO INFERIOR Y SUPERIOR.
Es necesario darle continuidad al pilar metálico, puesto que si en la parte
inferior y superior de la viga plana existe pilar metálico, podría aplastarse el
hormigón existente entre ambos pilares metálicos. La continuidad del pilar
metálico se consigue colocando unos pernos de conexión vertical entre
ambas placas de anclaje, soldados a ellas.
427
Estructura metálica en edificios de viviendas
428
Construcción de estructuras metálicas
UNIÓN DE VIGA PLANA CONTINUA DE H.A. CON PILAR
INFERIOR DE H.A. Y PILAR SUPERIOR METÁLICO.
Encima de la viga de hormigón se coloca la placa de anclaje para el pilar
metálico, con sus cartelas de rigidización, y los pernos pueden ser
independientes o bien utilizar la propia armadura del pilar inferior.
429
Estructura metálica en edificios de viviendas
430
Construcción de estructuras metálicas
UNIÓN DE VIGA PLANA CONTINUA DE H.A. SOBRE PILAR
INFERIOR METÁLICO Y PILAR SUPERIOR DE HORMIGÓN
ARMADO.
Sobre el pilar metálico inferior se coloca la placa metálica de anclaje,
con sus cartelas de rigidización y sus pernos de anclaje para el pilar
superior. La jácena de H.A. va unida a la base del pilar de H.A. y llevará los
cercos más juntos en dicho encuentro.
431
Estructura metálica en edificios de viviendas
432
Construcción de estructuras metálicas
UNIÓN DE VIGA METÁLICA, VIGA PLANA DE H.A., PILAR
INFERIOR METÁLICO Y PILAR SUPERIOR DE HORMIGÓN
ARMADO.
Sobre el pilar metálico inferior se colocará la placa de anclaje con pernos
que cruzarán la jácena plana y servirán de anclaje para el pilar superior de
H.A. Se colocará una placa metálica vertical con sus pernos de anclaje, para
sobre ella soldar la jácena metálica.
433
Estructura metálica en edificios de viviendas
434
Construcción de estructuras metálicas
UNIÓN DE VIGA PLANA CONTINUA DE H.A. CON PILAR
METÁLICO CONTINUO. OPCION 1.
Se sueldan al pilar metálico dos perfiles UPN, en la misma dirección que
la jácena, que servirán para conexión pilar-viga de H.A. A la viga de H.A.
se le colocarán los cercos más espesos en el encuentro, ya que la viga
quedará “colgada” de los perfiles metálicos mencionados. Si existe
diferencia entre tamaños de pilar inferior y superior, se colocará placa de
anclaje superior.
435
Estructura metálica en edificios de viviendas
PLANTA
436
Construcción de estructuras metálicas
437
Estructura metálica en edificios de viviendas
UNIÓN DE VIGA PLANA CONTINUA DE H.A. CON PILAR
METÁLICO CONTINUO. OPCION 2.
La conexión entre ambos, que son continuos, se efectúa soldando al pilar
metálico las armaduras de la jácena que coincidan con él. El resto de
armaduras son pasantes y se conectan al pilar mediante cercos importantes
soldados a él.
438
Construcción de estructuras metálicas
UNIÓN DE VIGA PLANA CONTINUA DE H.A. CON PILAR
METÁLICO CONTINUO. OPCION 3.
Se suelda una placa metálica en cada lateral del pilar para anclaje de las
jácenas metálicas. Para evitar pandeos de dichas placas se colocan cartelas
de rigidización uniendo ambas con el pilar.
439
Estructura metálica en edificios de viviendas
UNIÓN DE VIGA PLANA CONTINUA DE H.A. CON PILAR
METÁLICO CONTINUO. OPCION 4.
La solución es similar a la anterior, con la diferencia de que sólo se
coloca placa de anclaje en un lateral, a la cual acometen ambas jácenas, una
por cada lado. Para evitar pandeos se dispone, igualmente, de cartelas de
rigidización que la conectan al pilar.
440
Construcción de estructuras metálicas
ESTRUCTURAS COLGADAS.
Soldadura a tracción y a cortante.
Previamente al inicio del estudio de las estructuras colgadas de
elementos situados en la parte superior, vamos a matizar la diferencia entre
ambos tipos de soldadura.
En la soldadura a tracción, la pieza colgada “tira” de la superior, con
tendencia al arrancamiento de la soldadura. Para cargas importantes no es
conveniente confiar toda la resistencia a la misma, por lo que es conveniente
añadirle tornillos de alta resistencia, auxiliándonos de angulares y pletinas.
En las piezas soldadas a cortante, la pieza “desliza”.
En las figuras siguientes se observa la soldadura a cortante y a tracción.
Soldadura a cortante
JÁCENA
JÁCENA
PILAR
COLGADO
PILAR
Soldadura a tracción
Para evitar la soldadura a tracción y transformarla en soldadura a
cortante, basta con añadir unas pletinas metálicas verticales uniendo ambos
elementos y soldarlos.
Si además se necesita más cordón de soldadura, pueden suplementarse
en la parte alta angulares metálicos o cualquier otro perfil metálico, de unión
entre ambos, para aumentar la longitud del cordón de soldadura, tal como se
detalla en la figura siguiente.
Si ambos perfiles no son del mismo ancho, es necesario recrecer el
menor de ellos con elementos metálicos, hasta igualar los anchos.
441
Estructura metálica en edificios de viviendas
Angulares por si falta cordón de soldadura
JÁCENA
Soldadura a las alas jácena
Pletina metálica para colgar el pilar
PILAR
COLGADO
Soldadura a cortante
Pilar metálico colgado de viga metálica.
Para cargas que no sean excesivamente grandes puede utilizarse la
soldadura a tracción, tal como se observa en la figura siguiente.
El pilar colgado tracciona el alma de la jácena, por lo tanto no hay
abolladura de la misma. Sin embargo sí que puede existir doblado de las
alas. Para evitarlo se colocan cartelas de rigidización en las alas, uniendo
con soldadura éstas con el alma de la viga. Dichas cartelas podrán ser más o
menos altas en función de cargas y dimensiones de los perfiles.
cartelas de rigidización
viga
pilar
NO HAY ABOLLADURA DEL ALMA (TRACCIONES)
PERO SI QUE PUEDE HABER DOBLADO DE LAS
ALAS INFERIORES.
NECESARIO CARTELAS DE RIGIDIZACIÓN ALAS.
442
viga
pilar
colgado
Construcción de estructuras metálicas
ESTRUCTURAS CON
UTILIZAR SOLDADURA.
ELEMENTOS
COLGADOS
SIN
Pilar colgado de jácena.
Con independencia de que el ancho de ambos elementos sea el mismo o
sea diferente, un pilar se puede colgar de una jácena de la parte inferior o de
la parte superior, siendo necesario colocar unas pletinas gruesas o perfiles
verticales, una por cada lateral, para unir el pilar con la jácena, colocando
pasadores metálicos que sean capaces de soportar los esfuerzos en la unión,
tal como se observa en los dibujos siguientes.
En el caso de el pilar se cuelgue del ala inferior de la jácena, si ésta es un
perfil IPN, es necesario añadirle a la parte superior del ala inferior unas
cuñas metálicas para horizontalizar el apoyo.
Si las cargas del pilar fuesen más importantes, sería necesario colocar
rigidizadores del alma y alas, para evitar abollamientos, tal como veremos
más adelante.
JÁCENA
Perfil metálico UPN
ó pletina gruesa
Cuñas metálicas para
horizontalizar el apoyo
Perfiles ó pasadores
metálicos fuertes
PILAR
COLGADO
JÁCENA
Pasadores importantes (1 ó 2)
ó perfiles metálicos
Perfil metálico UPN ó pletina gruesa
PILAR
COLGADO
443
Estructura metálica en edificios de viviendas
PILAR METÁLICO COLGADO DE JÁCENA METÁLICA,
AMBOS DEL MISMO ANCHO.
En la primera opción se utilizan pletinas o perfiles de cuelgue, pasadores
metálicos y cartelas de rigidización. Y en la segunda se utilizan: pletina
horizontal más ancha que ambos para unirlos con angulares y tornillos de
alta resistencia. Las cartelas de rigidización de alma y alas se atornillan
igualmente con la ayuda de angulares. Ver figuras siguientes.
JÁCENA METÁLICA
Pletinas o perfiles de cuelgue
Carteles de rigidización
Pasadores
PILAR METÁLICO
JÁCENA METÁLICA
Tornillos de alta
resistencia
Cartelas de rigidización
atornilladas
Angulares atornillados
PILAR METÁLICO
444
Construcción de estructuras metálicas
PILAR METÁLICO COLGADO DE JÁCENA METÁLICA.
(PILAR MAS ESTRECHO QUE LA JÁCENA).
Si utilizamos pletinas o perfiles de cuelgue, es necesario añadir
elementos metálicos de relleno (pletinas, perfiles, etc.) para igualar los
anchos. En la opción de utilización de tornillos y angulares no es necesario
recrecer puesto que, la diferencia de anchos, favorece para la unión, puesto
que se puede atornillar sin añadir cartelas intermedias.
JÁCENA METÁLICA
Cartelas de rigidización
Pletinas o perfiles de
cuelgue
Pasadores
PILAR METÁLICO
JÁCENA METÁLICA
Tornillos de alta
resistencia
Cartelas de
rigidización
atornilladas
Angulares
atornillados
PILAR METÁLICO
445
Estructura metálica en edificios de viviendas
PILAR METÁLICO COLGADO DE JÁCENA METÁLICA (El
PILAR MÁS ANCHO QUE LA JÁCENA).
En la primera opción es necesario intercalar cartelas de rigidización, para
igualar anchos, entre la jácena y las pletinas o perfiles de cuelgue.
En la segunda opción se necesita cartela horizontal intermedia más
ancha que el pilar, para disponer de espacio para colocar los angulares y
tornillos de unión entre ambas piezas.
JÁCENA
METÁLICA
Cartelas de
rigidización hasta
igualar anchos
Pletinas o perfiles de
cuelgue
Pasadores
PILAR METÁLICO
JÁCENA METÁLICA
Cartelas de rigidización
atornilladas
Tornillos de alta
resistencia
Angulares
atornillados
PILAR
METÁLICO
446
Construcción de estructuras metálicas
JÁCENA METÁLICA COLGADA DE PILAR METÁLICO
(AMBOS DEL MISMO ANCHO).
La solución es similar a las vistas anteriormente. En la primera opción,
se conecta directamente ambas piezas con la pletina de cuelgue y con la
ayuda de pasadores y cartelas de rigidización se ejecuta la unión.
En la segunda opción es necesario intercalar una pletina horizontal, entre
ambas piezas, para lograr espacio para colocar los angulares y tornillos de
unión. Se necesita cartelas de rigidización para evitar abollamientos de: alas,
alma y pletina horizontal intercalada.
PILAR
METÁLICO
Pasadores
Pletinas o perfiles de
cuelgue
Cartelas de rigidización
JÁCENA METÁLICA
PILAR METÁLICO
Tornillos de alta
resistencia
Angulares atornillados
Cartelas de rigidización
atornilladas
JÁCENA METÁLICA
447
Estructura metálica en edificios de viviendas
JÁCENA METÁLICA COLGADA DE PÌLAR METÁLICO
(PILAR MÁS ESTRECHO QUE LA JÁCENA).
En la primera opción se necesitan cartelas o perfiles para igualar ambos
anchos y cartelas de rigidización para evitar abollamientos de la alas o alma.
En la segunda opción la unión es directa, sin intercalar pletinas entre ambos,
puesto que al ser más anchaz la jácena, ya existe espacio para colocar los
angulares. Igualmente necesita cartelas de rigidización en la jácena.
PILAR METÁLICO
Pasadores
Pletinas o perfiles
de cuelgue
Cartelas de
rigidización
JÁCENA METÁLICA
PILAR METÁLICO
Tornillos de alta
resistencia
Angulares atornillados
Cartelas de rigidización
atornilladas
JÁCENA METÁLICA
448
Construcción de estructuras metálicas
JÁCENA METÁLICA COLGADA DE PILAR METÁLICO
(PILAR MÁS ANCHO QUE LA JÁCENA).
Para la opción primera es necesario colocar, en ambos laterales de la
jácena, cartelas de rigidización, para igualar los anchos de ambos perfiles y
poder colocar las pletinas verticales de cuelgue, con sus pasadores.
En el segundo caso se necesita una pletina horizontal, más ancha que
ambos perfiles, para poder colocar los angulares y las cartelas atornillados.
PILAR METÁLICO
Pasadores
Pletinas o perfiles de
cuelgue
Cartelas de
rigidización hasta
igualar anchos
JÁCENA METÁLICA
PILAR METÁLICO
Angulares
atornillados
Tornillos de alta
resistencia
Cartelas de rigidización
atornilladas
JÁCENA METÁLICA
449
Estructura metálica en edificios de viviendas
JÁCENA METÁLICA COLGADA DE PILAR METÁLICO
(PILAR MÁS ANCHO QUE LA JÁCENA), SIN UTILIZAR
SOLDADURA, NI PASADORES O TORNILLOS.
En ambos casos la jácena metálica atraviesa el pilar metálico, vaciando
en el pilar el hueco necesario para que la jácena pueda ser pasante. Dicho
hueco podrá adaptarse a la forma geométrica de la jácena o ser rectangular.
PILAR METÁLICO
Jácena pasante
PILAR
METÁLICO
JÁCENA
PASANTE
450
Construcción de estructuras metálicas
PILAR METÁLICO COLGADO DE JÁCENA DE HORMIGÓN
ARMADO (AMBOS DEL MISMO CANTO).
En la solución atornillada, las pletinas verticales, una en cada lateral de
las piezas, sirven de conexión para el cuelgue con tornillos.
Para el cuelgue con pasadores, conviene colocar dos trozos de angular en
las esquinas superiores de la jácena para evitar que el pasador de cuelgue
esté en contacto con el hormigón. Las pletinas laterales y pasadores
completan el cuelgue del pilar.
JÁCENA DE H.A.
Placa de anclaje
Pasadores con
terminación en rosca
Pletinas o perfiles de
cuelgue
PILAR METÁLICO
JÁCENA DE
HORMIGÓN ARMADO
Angulares embebidos en el
hormigón
Pletinas o perfiles de
cuelgue
Pasadores
PILAR
METÁLICO
451
Estructura metálica en edificios de viviendas
PILAR METÁLICO COLGADO DE JÁCENA DE HORMIGÓN
ARMADO (PILAR MÁS ESTRECHO QUE LA JÁCENA).
Para colgar el pilar de la parte superior de la jácena, el sistema es
idéntico al visto anteriormente, siendo necesario, en este caso, recrecer con
pletinas o perfiles para igualar los anchos, para poder colgar con pletinas
verticales y pasadores.
En caso de colgar el pilar de la parte inferior de la jácena de H.A., se le
coloca a ésta una placa de anclaje, con pernos atornillados, de la cual se
cuelga el pilar metálico, mediante angulares y tornillos de alta resistencia.
JÁCENA DE
H.A.
Angulares
embestidos en el
hormigón
Pletinas o perfiles
de cuelgue
Pasadores
Recrecido para
igualar ancho con
pletinas o perfiles
PILAR METÁLICO
JÁCENA DE
H.A.
Pernos
atornillados
Placa de
anclaje
Tornillos de alta
resistencia
Angulares para atornillar
pilar placa anclaje
PILAR METÁLICO
452
Construcción de estructuras metálicas
PILAR METÁLICO COLGADO DE JÁCENA DE HORMIGÓN
ARMADO (PILAR MÁS ESTRECHO QUE LA JÁCENA).
Se introducen en la jácena, verticalmente por la parte inferior, unas
pletinas o perfiles de cuelgue, entre los cercos, sin interrumpirlos, ancladas a
la jácena con angulares y tornillos. De dichas pletinas, mediante pasadores,
se cuelga el pilar metálico.
JÁCENA DE HORMIGÓN
ARMADO
Angulares atornillados a la
pletina
Pletinas o perfiles de cuelgue introducidas en la
jácena de H.A. entre cercos, sin interrumpirlos
Pasadores
PILAR METÁLICO
453
Estructura metálica en edificios de viviendas
PILAR METÁLICO COLGADO DE JÁCENA DE HORMIGÓN
ARMADO (PILAR MÁS ANCHO QUE JÁCENA)
Para igualar el ancho de pilar y jácena, es necesario recrecer en los
laterales de ésta, con pletinas o perfiles. Las pletinas verticales de cuelgue y
los pasadores resuelven el resto de la unión.
JÁCENA DE H.A.
Angulares embebidos
en el hormigón
Recrecido para igualar
ancho con pletinas o
perfiles
Pletinas o perfiles de
cuelgue
Pasadores
PILAR METÁLICO
454
Construcción de estructuras metálicas
JÁCENA DE HORMIGÓN ARMADO COLGADA DE PILAR
METÁLICO (AMBOS DEL MISMO ANCHO).
Las dos pletinas laterales de cuelgue y los tornillos o pasadores
resuelven el encuentro, en ambas opciones.
PILAR METÁLICO
Pletinas o perfiles de cuelgue
Pasadores con terminación
en rosca
Placa de anclaje
JÁCENA DE HORMIGÓN
ARMADO
PILAR METÁLICO
Pasadores
Pletinas o perfiles de
cuelgue
Angulares embebidos
en el hormigón
JÁCENA DE HORMIGÓN
ARMADO
455
Estructura metálica en edificios de viviendas
JÁCENA DE HORMIGÓN ARMADO COLGADA DE PILAR
METÁLICO (EL PILAR ES MAS ESTRECHO QUE LA JÁCENA.
Existen tres opciones. En la primera el cuelgue de la jácena se efectúa
por la parte exterior de ésta, a modo de abrazadera, mediante pletinas y
pasadores. Es necesario recrecer el pilar con pletinas, para igualar anchos.
PILAR METÁLICO
Pasadores
Recrecido para
igualar ancho
con pletinas o
perfiles
Pletinas o
perfiles de
cuelgue
Angulares embebidos
en el hormigón
JÁCENA DE
HORMIGÓN ARMADO
Para la segunda opción, se coloca una placa de anclaje en la parte
superior de la jácena de H.A. anclada con pernos atornillados, y con la
ayuda de angulares y tornillos de alta resistencia se unen jácena y pilar.
PILAR METÁLICO
Angulares para
atornillar pilarplaca anclaje
Tornillos de
alta resistencia
Placa de
anclaje
Pernos
atornillados
JÁCENA DE HORMIGÓN
ARMADA
456
Construcción de estructuras metálicas
Para la tercera opción, se colocan pletinas verticales por ambos laterales
del pilar metálico, ancladas a la jácena de hormigón introduciéndolas en su
interior, ancladas con angulares metálicos y tornillos. Las pletinas no deben
interrumpir ni cortar los cercos de la jácena. Los pasadores que cruzan
pletina y pilar metálico completan la unión.
PILAR METÁLICO
Pasadores
Pletinas o perfiles de cuelgue introducidas en
la jácena de H.A. entre cercos, sin
interrumpirlos
Angulares atornillados a la
pletina
JÁCENA DE HORMIGÓN
ARMADO
457
Estructura metálica en edificios de viviendas
JÁCENA DE HORMIGÓN ARMADO COLGADA DE PILAR
METÁLICO (PILAR MÁS ANCHO QUE JÁCENA)
Es necesario recrecer con pletinas en ambos laterales de la jácena, con
objeto de igualar los anchos de ambos elementos. Posteriormente con
pletinas de cuelgue y pasadores se completa la unión.
PILAR METÁLICO
Pasadores
Pletinas o perfiles de
cuelgue
Recrecido para
igualar ancho con
pletinas o perfiles
Angulares embebidos
en el hormigón
JÁCENA DE
HORMIGÓN ARMADO
458
Construcción de estructuras metálicas
OTRAS UNIONES.
UNIÓN DE PILAR METÁLICO INCLINADO CON ZAPATA DE
CIMENTACIÓN.
PI
LA
R
IN
CL
IN
A
D
O
La carga soportada por el pilar inclinado, al llegar a la zapata de cimentación,
se descompone en dos, una de ellas de componente vertical, que es absorbida por
el propio terreno y la otra inclinada, que es necesario absorber.
Para lograr el equilibrio del conjunto es necesario estabilizar los siguientes
puntos:
- estabilidad vertical de la zapata, que se consigue con sus dimensiones y
armadura necesarias.
- estabilidad horizontal de la zapata en dirección del esfuerzo que le
transmite el pilar. Se consigue con las dos vigas de arriostramiento, una de
ellas trabajaría a tracción y la otra a compresión.
- impedir que la placa de anclaje deslice, como consecuencia del empuje
horizontal del pilar. Se logra con los propios pernos de anclaje, y además se
le añade angulares metálicos soldados a la placa e introducidos en el
hormigón, para refuerzo del conjunto.
- inmovilizar la unión del pilar con la placa de anclaje, añadiéndole las
cartelas de rigidización necesarias, soldadas a ambos elementos.
Cartelas de rigidización
Angulares para evitar el deslizamiento de
la placa de anclaje y rotura de pernos
Placa de anclaje
Pernos de anclaje
Viga de H.A. a compresión
Hormigón
Zuncho
Viga de H.A. a tracción
Parrilla de cimentación
459
Estructura metálica en edificios de viviendas
ANCLAJE DE SOPORTE DE INERCIA VARIABLE CON LA
CIMENTACIÓN.
Normalmente los soportes de inercia variable están situados en las
medianerías, por lo tanto son excéntricos respecto a la zapata de
cimentación.
En el detalle siguiente se puede observar que se le añade un trozo de
perfil acartelado, uniendo la base del pilar y la placa de anclaje, con
soldadura.
pilar metálico
perfil acartelado
cordón de soldadura
macizo de cimentación
pernos de anclaje
^
(Ø 20mm)
ALZADO
0,05
taladro Ø50mm
tuercas de nivelación
perfil acartelado
placa de anclaje
0,05
PLANTA
460
Construcción de estructuras metálicas
ENLACE DE PILAR METÁLICO APOYADO SOBRE VIGA
METÁLICA.
Las cargas que el pilar transmite a la viga, en su parte alta, pueden producirle
abolladuras en el alma y doblado de sus alas. Para evitarlo es necesario colocar, a
ambos lados de la viga, justamente debajo del apoyo del pilar, unas cartelas de
rigidización, uniendo con soldadura ambas alas y el alma.
pilar
pilar
cartelas de rigidización
viga
viga
PUEDE PRODUCIRSE ABOLLADURA DEL
ALMA Y DOBLADO DE ALAS.
NECESARIO CARTELAS DE RIGIDIZACIÓN
EN AMBOS CASOS.
En el supuesto de que el pilar fuese más ancho que la propia viga, sería
necesario intercalar entre ambos una pletina horizontal para apoyo del pilar.
Para evitar pandeos de las alas y pletina, las cartelas de rigidización deben
unir, por su parte inferior dicha pletina con las alas y alma de la viga.
461
Estructura metálica en edificios de viviendas
EMPOTRAMIENTO DE VIGA METÁLICA EN SOPORTE
METÁLICO.
En capítulos anteriores se ha detallado la unión empotrada de ambos
elementos, soldando toda la superficie en contacto entre ellos.
Si era necesario un mayor empotramiento se recurría a añadirle cartelas de
rigidización verticales, en su parte inferior y superior, uniendo ambos perfiles.
El empotramiento indicado en el dibujo siguiente se basa en que, una vez
soldada la totalidad de superficie de contacto entre ambos, se añade una pletina
horizontal encima y otra debajo de la jácena, soldadas a jácena y pilar.
Obsérvese que las pletinas añadidas abrazan lateralmente al pilar, con lo cual
se consigue mayor longitud de soldadura, y al mismo tiempo, se evita que toda la
soldadura trabaje a tracción, puesto que lateralmente al pilar, la misma trabaja a
cortante.
Pletina para refuerzo del
empotramiento
Jácena metálica HEB
Pilar metálico 2
UPN
Jacena
Planta
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Construcción de estructuras metálicas
ENLACE DE JÁCENA Y PILAR METÁLICOS (JÁCENA MÁS
ANCHA QUE EL PILAR).
Si el pilar es de extremo, se añade una pletina vertical soldada al mismo, de
ancho suficiente para el apoyo de la jácena. Se colocan los conectores de tracción
y compresión necesarios, soldando todo el conjunto. Ver figura siguiente.
En caso de tratarse de pilar central, si la viga es pasante, una vez
colocada la viga y el pilar superior, se añaden las cartelas verticales de
rigidización o continuidad del pilar. El espesor de estas cartelas debe ser
como mínimo el mismo que las alas del propio pilar.
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Estructura metálica en edificios de viviendas
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Construcción de estructuras metálicas
ENLACE DE PILARES DE DISTINTA SECCIÓN EN PLANTAS
CONTIGUAS.
Estos enlaces, para cargas importantes, ya se describió en temas
anteriores, en el apartado de “cambios de perfil en soportes”.
Si las cargas de los soportes no son excesivas, la unión o enlace
mencionado, puede resolverse de forma más sencilla, tal como se indica en
las páginas siguientes, donde se detallan las uniones en los casos más
frecuentes: pilares forjados por 2 UPN a tope en cajón, formados por 2 UPN
empresilladas y formados por un perfil HEB. En todos los casos, en las
opciones de pilar central y de extremo.
La solución adoptada para todos ellos, puesto que las cargas no son
excesivas, consiste en intercalar una placa de transición, horizontal, en la
unión entre ambos pilares y añadir las cartelas de rigidización necesarias.
Todo ello de las dimensiones y con la soldadura que se requieran.
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Estructura metálica en edificios de viviendas
ENLACE DE PILARES EN PLANTAS CONTIGUAS
DE DISTINTA SECCIÓN
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Construcción de estructuras metálicas
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Estructura metálica en edificios de viviendas
ENLACE DE PILARES EN PLANTAS CONTIGUAS
DE DISTINTA SECCIÓN
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Construcción de estructuras metálicas
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Estructura metálica en edificios de viviendas
UNIÓN DE PILARES DE DISTINTA SECCIÓN
EN PALNTAS CONTIGUAS
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Construcción de estructuras metálicas
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BIBLIOGRAFÍA
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Instrucción de Acero Estructural. Instrucción EAE (pendiente de aprobación
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Serie Normativas.- Ministerio de Fomento.
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Estructuras de acero
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Biblioteca de Detalles Constructivos. Estructuras de acero generales y
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Cype Ingenieros
Los pilares: criterios para su proyecto, cálculo y reparación.
Florentino Regalado Tesoro
Cype Ingenieros
Enlace viga-soporte. Un repaso intuitivo sobre su funcionamiento.
Manuel Jiménez Domínguez
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Estructuras metálicas de edificios
Juan Batanero y otros
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Guía de diseño para estructuras de celosía resueltas con perfiles tubulares.
Iglesias Gorka y otros
Banco de detalles constructivos
Francisco Alcalde Pocero
Marsay Ediciones S.L.
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