Construccion De Estructuras De Acero Li

“CONSTRUCCION DE ESTRUCTURAS DE ACERO”

LIBRO DE TEXTO O PROTOTIPO DIDACTICO (OPCION II)

MARCOS GREGORIO HERNANDEZ DE LA CRUZ

TAPACHULA, CHIAPAS A ENERODE 2008

CONTENIDO

INTRODUCCION

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CAPITULO 1. PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS. 1.1. Estructuración.

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1.2 Revisión e interpretación de planos estructurales.

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1.3 Procedimientos de construcción.

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CAPITULO 2. DETALLES CONSTRUCTIVOS. 2.1. En vigas.

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2.2. En columnas.

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2.3. En nodos.

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CAPITULO 3. CONEXIONES. 3.1. Soldadas. Control de calidad.

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3.2. Remachadas. Control de calidad.

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3.3. Atornilladas. Control de calidad.

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CAPITULO 4. PLACAS. 4.1. De asiento.

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4.2. De base.

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CAPITULO 5. FABRICACION Y MONTAJE. 5.1 En taller.

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5.2 En campo.

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5.3 Equipo para montaje.

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5.4 Procedimiento de montaje.

92

CONCLUSION

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BIBLIOGRAFIA

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INTRODUCCION.

El acero es el material estructural mas usado para la construcción de estructuras en el mundo. Es un material usado para la construcción de estructuras de gran resistencia, producido a partir de materiales muy abundantes en la naturaleza. Entre sus ventajas está la gran resistencia a tensión y compresión y el costo razonable.

Este libro de Construcción de estructuras de acero, ha sido desarrollado para complementar las enseñanzas impartidas en la carrera de ingeniería civil, y como un material de apoyo para los estudiantes.

La materia se divide en cinco unidades. La primera se trata de cómo está estructurado los procesos para la realización de una obra cien por ciento de acero; y a su vez saber revisar e interpretar los planos estructurales.

En la unidad dos se definen los detalles constructivos que se ven en los elementos principales de estructuras de acero; que son vigas y columnas. La unidad tres trata los diferentes tipos de conexiones utilizadas para la unión del acero.

La cuarta unidad se refiere a la placa base y placa de asiento; las cuales son utilizadas para distribuir las reacciones que producen las vigas y las columnas. Y la última unidad se trata de la fabricación y montaje de estructuras de aceros; en la cual denota como debe ser la fabricación y montaje tanto en el taller como en el campo y todos los materiales y equipos necesarios para poder montar todos los miembros estructurales.

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CAPITULO 1. PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS

1.1 ESTRUCTURACION

1.1.1 EL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL

El acero es uno de los más importantes materiales estructurales. Entre sus propiedades de particular importancia en los usos estructurales, están la alta resistencia, comparada con cualquier otro material disponible, y la ductilidad. Ductilidad es la capacidad que tiene el material de deformarse sustancialmente ya sea a tensión o compresión antes de fallar. Otras ventajas importantes en el uso del acero son su amplia disponibilidad y durabilidad, particularmente con una modesta cantidad de protección contra el intemperismo.

El acero se produce por la refinación del mineral de hierro y metales de desecho, junto con agentes fundentes apropiados, coke (para el carbono) y oxígeno, en hornos a alta temperatura, para producir grandes masas de hierro llamadas arrabio de primera fusión. El arrabio se refina aún más para remover el exceso de carbono y otras impurezas y/o se alea con otros metales como cobre, níquel, cromo, manganeso, molibdeno, fósforo, sílice, azufre, titanio, columbio, y vanadio, para producir las características deseadas de resistencia, ductilidad, soldadura y resistencia a la corrosión.

Los lingotes de acero obtenidos de este proceso pasan entre dos rodillos que giran a la misma velocidad y en direcciones opuestas para producir un producto semiterminado, largo y de forma rectangular que se llama plancha o lingote, dependiendo de su sección transversal. Desde aquí, se envía el producto a otros molinos laminadores para producir el perfil geométrico final de la sección, incluyendo perfiles estructurales así como barras, alambres, tiras, placas y tubos. El proceso de laminado, además de producir el perfil deseado, tiende a mejorar las propiedades materiales de tenacidad, resistencia y maleabilidad. Desde estos molinos laminadores, los perfiles estructurales se embarcan a los fabricantes de acero o a los depósitos, según se soliciten.

El fabricante de estructuras de acero trabaja con los planos de ingeniería o arquitectura para producir dibujos detallados de taller, de los que se obtienen las dimensiones requeridas para cortar, aserrar, o cortar con flama, los perfiles al tamaño pedido y localizar 2

con exactitud los agujeros para barrenar o punzonar. Los dibujos originales también indican el acabado necesario de la superficie de las piezas cortadas. Muchas veces se arman las piezas en el taller para determinar si se tiene el ajuste apropiado. Las piezas se marcan para facilitar su identificación en el campo y se embarcan las piezas sueltas o armadas parcialmente hasta el sitio de la obra para su montaje. El montaje en el sitio la ejecuta a menudo el propio fabricante, pero la puede hacer el contratista general.

Entre las más importantes propiedades estructurales del acero se tienen las siguientes:

1. Módulo de elasticidad (E). El rango típico para todos los aceros (relativamente independiente de la resistencia de fluencia) es de 2039000 Kg./cm2 2. Módulo de cortante (G). El módulo de cortante de cualquier material elástico se calcula como G = E / 2(1+µ) Donde µ = coeficiente de Poisson que se toma como 0.3 para el acero.

3. Coeficiente de expansión térmica, (α). El coeficiente de expansión térmica puede tomarse como α= 11.25 X 10-6por°C ∆L = α (Tf — Ti)L

(pies o metros, dependiendo de la longitud L)

∆L = Incremento de longitud.

Ti = Temperatura inicial.

Tf = Temperatura final

L = Longitud

En estas ecuaciones, la temperatura está en grados Celsius. Para convertir de Fahrenheit a Celcius, se usa

C = 5/9 ( F-32 )

4. Punto de fluencia y resistencia última. En la tabla 1.1 se dan los puntos de fluencia de los varios grados de acero que interesan al ingeniero estructural, y que se producen en las fábricas de acero.

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1.1.2 VENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL

La supuesta perfección de este metal, tal vez el más versátil de todos los materiales estructurales, parece más razonable cuando se considera su gran resistencia, poco peso, facilidad de fabricación y otras propiedades convenientes. Estas y otras ventajas del acero estructural se analizarán en detalle en los siguientes apartados.

Alta resistencia

La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será relativamente bajo el peso de las estructuras; esto es de gran importancia en puentes de grandes claros, en edificios altos y en estructuras con condiciones deficientes en la cimentación.

Uniformidad

Las propiedades del acero no cambian apreciablemente en el tiempo como es el caso de las estructuras de concreto reforzado.

Elasticidad

El acero se acerca más en su comportamiento a las hipótesis de diseño que la mayoría de los materiales, gracias a que sigue la ley de Hooke hasta esfuerzos bastante altos. Los momentos de inercia de una estructura de acero pueden calcularse exactamente, en tanto que los valores obtenidos para una estructura de concreto reforzado son relativamente imprecisos.

Durabilidad

Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado durarán indefinidamente. Investigaciones realizadas en los aceros modernos, indican que bajo ciertas condiciones no se requiere ningún mantenimiento a base de pintura.

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Ductilidad

La ductilidad es la propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión. Cuando se prueba a tensión un acero con bajo contenido de carbono, ocurre una reducción considerable de la sección transversal y un gran alargamiento en el punto de falla, antes de que se presente la fractura. Un material que no tenga esta propiedad probablemente será duro y frágil y se romperá al someterlo a un golpe repentino.

En miembros estructurales sometidos a cargas normales se desarrollan altas concentraciones de esfuerzos en varios puntos. La naturaleza dúctil de los aceros estructurales comunes les permite fluir localmente en esos puntos, evitándose así fallas prematuras. Una ventaja adicional de las estructuras dúctiles es que, al sobrecargarlas, sus grandes deflexiones ofrecen evidencia visible de la inminencia de la falla.

Tenacidad

Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y ductilidad. Un miembro de acero cargado hasta que se presentan grandes deformaciones será aún capaz de resistir grandes fuerzas. Esta es una característica muy importante porque implica que los miembros de acero pueden someterse a grandes deformaciones durante su formación y montaje, sin fracturarse, siendo posible doblarlos, martillarlos, cortarlos y taladrarlos sin daño aparente. La propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades se denomina tenacidad.

Ampliaciones de estructuras existentes

Las estructuras de acero se adaptan muy bien a posibles adiciones. Se pueden añadir nuevas crujías e incluso alas enteras a estructuras de acero ya existentes y los puentes de acero con frecuencia pueden ampliarse.

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Propiedades diversas

Otras ventajas importantes del acero estructural son: a) Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de conexión como son la soldadura, los tornillos y los remaches. b) Posibilidad de prefabricar los miembros. c) Rapidez de montaje. d) Gran capacidad para laminarse en una gran cantidad de tamaños y formas. e) Resistencia a la fatiga. f) Reuso posible después de desmontar una estructura. g) Posibilidad de venderlo como "chatarra" aunque no pueda utilizarse en su forma existente. El acero es el material reutilizable por excelencia.

1.1.3

DESVENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL

En general el acero tiene las siguientes desventajas:

Costo de mantenimiento

La mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosión al estar expuestos al aire y al agua y, por consiguiente, deben pintarse periódicamente. El uso de aceros intemperizados para ciertas aplicaciones, tiende a eliminar este costo.

Costo de la protección contra el fuego

Aunque algunos miembros estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente durante los incendios, cuando los otros materiales de un edificio se queman. Han ocurrido muchos incendios en inmuebles vacíos en los que el único material combustible era el mismo inmueble. El acero es un excelente conductor de calor, de manera que los miembros de acero sin protección pueden transmitir suficiente calor de una sección o compartimiento incendiado de un edificio a secciones adyacentes del mismo edificio e incendiar el material presente. En consecuencia, la estructura de acero de una construcción debe protegerse mediante materiales con ciertas características aislantes o el 7

edificio deberá acondicionarse con un sistema de rociadores para que cumpla con los requisitos de seguridad del código de construcción de la localidad en que se halle.

Susceptibilidad al pandeo

Cuanto más largos y esbeltos sean los miembros a compresión, tanto mayor es el peligro de pandeo. Como se indicó previamente, el acero tiene una alta resistencia por unidad de peso, pero al usarse como columnas no resulta muy económico ya que debe usarse bastante material, sólo para hacer más rígidas las columnas contra el posible pandeo.

Fatiga

Otra característica inconveniente del acero es que su resistencia puede reducirse si se somete a un gran número de inversiones del sentido del esfuerzo, o bien, a un gran número de cambios de la magnitud del esfuerzo de tensión. (Se tienen problemas de fatiga sólo cuando se presentan tensiones.) En la práctica actual se reducen las resistencias estimadas de tales miembros, si se sabe de antemano que estarán sometidos a un número mayor de ciclos de esfuerzo variable, que cierto número limite.

Fractura frágil

Bajo ciertas condiciones, el acero puede perder su ductilidad y la falla frágil puede ocurrir en lugares de concentración de esfuerzos. Las cargas que producen fatiga y muy bajas temperaturas agravan la situación.

1.1.4

TIPOS DE ESTRUCTURAS

El ingeniero estructural se ocupa del diseño de una variedad de estructuras que incluyen, pero que no necesariamente se limitan, a las siguientes:

Puentes: Para ferrocarriles, carreteros, y de peatones.

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Edificios: Que incluyen estructuras de marco rígido, marcos simplemente conectados, muros de carga, soportados por cables y en voladizo. Se pueden considerar o usar numerosos esquemas de soporte lateral, como armaduras, simples y alternadas, y un núcleo central rígido. Además, se pueden clasificar los edificios según su empleo o altura como edificios de oficinas, industriales, fábricas, rascacielos, etc.

Otras estructuras: Incluyen torres para transmisión de potencia, torres para instalaciones de radar y TV, torres de transmisión telefónica, servicios de suministro de agua, y servicios de terminales de transporte, que incluyen ferrocarriles, camiones, aviación y marina.

Además de las estructuras anteriores, el ingeniero estructural también se ocupa del diseño de navíos, aeroplanos, partes de diversas máquinas y otros equipos mecánicos, automóviles, presas y otras estructuras hidráulicas, incluyendo el suministro de agua y la eliminación de desperdicios.

1.1.5 PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO

El diseño estructural requiere la aplicación del criterio del ingeniero para producir un sistema estructural que satisfaga de manera adecuada las necesidades del cliente o el propietario. A continuación, este sistema se incorpora a un modelo matemático para obtener las fuerzas en los miembros. Como el modelo matemático nunca representa con exactitud la estructura real, otra vez es necesaria la habilidad del ingeniero para evaluar la validez del análisis a fin de poder aplicar las tolerancias apropiadas a la incertidumbre tanto en la deformación como en la estática.

Con base en las propiedades de los materiales, la función estructural, las consideraciones ambientales y estéticas, se efectúan modificaciones geométricas en el análisis del modelo, y se repiten los procesos de resolución hasta obtener una solución que produce un equilibrio satisfactorio entre la selección del material, la economía, las necesidades del cliente, sus posibilidades económicas, y diversas consideraciones arquitectónicas. Rara vez, excepto quizás en las estructuras más elementales, se obtiene una única solución; única en el sentido de que dos compañías de ingeniería estructural obtendrían exactamente la misma solución.

En la práctica de la ingeniería estructural, el diseñador dispone, para su posible uso, de numerosos materiales estructurales, que incluyen acero, concreto, madera, y posiblemente 9

plásticos y/o algunos otros metales, como aluminio y hierro colado. A menudo, el empleo o el uso, el tipo de estructura, la situación u otro parámetro de diseño impone el material estructural. En este texto se supone que el diseño ha llegado al punto en que se ha decidido la forma estructural (es decir, como armadura, trabe, marco, domo, etc.) y que se han eliminado todos los diversos materiales estructurales alternativos posibles, en favor del uso del acero. Se procede entonces a efectuar cualquier análisis estructural requerido, y se hace la selección del miembro y el diseño de la conexión, que sea apropiada al asunto en estudio.

La seguridad, como preocupación de diseño tiene precedencia sobre todas las otras consideraciones de diseño. La "seguridad" de cualquier estructura depende, naturalmente, de las cargas subsiguientes. Como la estructura, después de su construcción, siempre estará sometida a cargas, y no siempre del modo o manera con que fue diseñada, la selección de las cargas de diseño constituye un problema de estadística y probabilidad. Esta parte del problema resultaría bastante subjetiva, y produciría diseños extremadamente dispares, si no fuese por los códigos de construcción que se han desarrollado (y que en una forma u otra se usan casi universalmente); estos códigos establecen límites mínimos requeridos o sugeridos en aquellos casos en que la seguridad pública constituye un factor importante.

1.2. REVISION E INTERPRETACION DE PLANOS ESTRUCTURALES

1.2.1 CÓDIGOS DE DISEÑO ESTRUCTURAL

Las oficinas locales de construcción casi siempre requieren que los diseños estructurales que pertenecen a su jurisdicción se diseñen de acuerdo con algún código. En la Republica Mexicana se utiliza el del Instituto Mexicano de Construcción en Acero (IMCA); el cual se baso en el del Instituto Americano de Construcción en Acero (AISC).

De modo similar, el diseñador que se ocupe de la ingeniería estructural tiene que apegarse estrictamente a los requerimientos mínimos de diseño del código apropiado de construcción y las especificaciones del cuerpo local de control. Los requisitos especiales del propietario o el cliente puede que requieran un diseño más estricto que el que establecerían los criterios del código de construcción. Sólo en casos contados podrá el diseñador obtener permiso del organismo local de control para desviarse del código de manera menos conservativa. Estas variaciones por lo general requieren mucha 10

documentación y la presentación de consultores adicionales para obtener la aprobación. Hay cosas buenas y malas, asociadas con este aspecto del diseño estructural. Por una parte, a veces lleva tiempo considerable obtener la aprobación de nuevos métodos y materiales; por otra parte, tiene sus ventajas "el no ir demasiado rápido". Si se sigue cuidadosamente el código local de construcción y se cumple con los requerimientos mínimos de diseño, o se sobrepasan, y resultase a pesar de todo una catástrofe, hay siempre la prueba de que se han seguido las buenas prácticas de la ingeniería.

Finalmente, se supone que los códigos de construcción reflejan aquella parte de las prácticas estructurales que resultan ser únicas para dicha localidad, como son las temperaturas, sismos, la cantidad de nieve y lluvia, profundidad a que llegan las heladas, y las velocidades promedio del viento.

Organizaciones como la IMCA y la AISC, así como los productores de acero, proporcionan tablas de datos de diseño para perfiles estructurales, así como datos de otros productos de acero, como placas, barras, alambre, y tornillos.

1.2.2 ESTRUCTURAS DE ACERO

Las estructuras de acero incluyen edificios, torres de transmisión, tanques de almacenamiento, soportes para anuncios, y hasta objetos artísticos.

De acuerdo con su uso, los edificios se clasifican por lo general en edificios industriales o de muchos pisos. En la actualidad se usa muy poco el acero en la construcción residencial, excepto en los apartamentos de muchos pisos.

Edificios industriales

En general, los edificios industriales son estructuras de uno o dos pisos que se usan principalmente con fines industriales (como son las fábricas, almacenes, u operaciones de menudeo/mayoreo), e institucionales (que incluyen escuelas, hospitales). Entre otras estructuras se pueden incluir los gimnasios, arenas, iglesias, restoranes, y terminales de transporte (tierra, mar, aire). Estos edificios pueden estar compuestos de marcos de acero, como los de la figura 1.1, 11

o tener un techo soportado por miembros de acero que descansan sobre muros de carga. El esqueleto de acero del edificio

Figura 1.1 Diversos marcos usados en las estructuras de acero para edificios.

Figura 1.2 Términos adicionales usados para identificar los miembros estructurales de los edificios industriales

puede ser rígido o articulado; puede ser un arco con dos o tres articulaciones, o puede ser un sistema de armaduras sobre columnas. La armadura puede ser rígida o articulada.

La estructura de un edificio es un esqueleto tridimensional, pero por lo general se considera como rígida en un plano solamente. Algunos edificios son rígidos tanto en el plano XY como en el 12

plano XZ. La estructura plana que se obtiene debe considerar solamente los elementos principales de la misma y/o la rigidez se llama marco y puede tener una altura de uno o más pisos (las figuras 1.1 y 1.2 ilustran términos que se definen en este caso). El término "marco" se usa en todas las estructuras ya sean rígidas, armadura sobre columnas, sobre tirantes u otros miembros, y que se utilizan para salvar el espacio entre columnas en el plano principal. La separación entre marcos según la tercera dimensión constituye las crujías. Las vigas de borde y de piso se usan para salvar las crujías en edificios de muchos pisos con trabes (que por lo general son miembros más pesados que las vigas de piso) tendidas entre las columnas de los marcos. En la figura 1.2 se ilustran términos adicionales para edificios industriales de un solo piso, donde se hace notar que el contraventeo lateral se usa en determinados claros.

El sistema de techo de todos los edificios consiste en una estructura, algún sistema de piso y una cubierta impermeabilizante. La estructura principal del techo consiste de los tirantes o de la armadura en cualquier marco. Los largueros se tienden a través de las crujías y se espacían de 0.6 a 1.8 m (2 a 6 pies) o más, medidos centro a centro, dependiendo del tipo de tablero de techo que se use. Se proveen tensores como un apoyo adicional para los largueros que se usan en los techos en pendiente. El diseño de los largueros en los techos inclinados resulta bastante complejo debido a la flexión asimétrica. El tablero de techo descansa sobre los largueros y puede ser un tablero metálico, losas de concreto prefabricadas, entarimados de madera, o planchas de asbestos o yeso.

Las paredes pueden ser de chapa metálica, chapas metálicas "sandwichs" (muros de cortina) que consisten en dos hojas metálicas con algún tipo de relleno aislante, tablones de asbesto, ladrillos, bloques de concreto, mosaicos o concreto precolado o colado en el lugar. Las paredes ligeras se soportan con vigas de fachada suplementadas con largueros de pared en los edificios de muchos pisos. En los edificios industriales el recubrimiento ligero de las paredes lo soportan los puntales del alero y los largueros de pared.

La viga de borde o fachada es similar a un larguero y se coloca en la línea de piso como la viga de piso más externa, y soporta cierta proporción de la carga de piso. Soporta también parte de la pared lateral. Si el recubrimiento lateral es pesado (ladrillos, bloques de concreto, mosaicos, etc.) se puede "reforzar" el larguero usando un canal o un angular, dependiendo de la carga que haya que soportar. 13

1.3. PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCION.

1.3.1 TIPOS DE ESTRUCUTRAS DE ACERO UTILIZADAS PARA EDIFICIOS.

Las estructuras de acero para edificios se clasifican de acuerdo con su tipo de construcción en uno de los cuatro grupos siguientes: apoyada en muros de carga, reticular, estructuras para grandes claros y combinada de acero y concreto. En un mismo edificio pueden utilizarse más de uno de estos tipos de construcción. Cada uno de ellos se estudia brevemente en los siguientes párrafos.

Estructura apoyada en muros de carga

La construcción a base de muros de carga es el tipo más común de construcciones comerciales ligeras de una planta. Los extremos de las vigas, viguetas o armaduras ligeras se apoyan sobre los muros, que a su vez transmiten las cargas a los cimientos. La práctica antigua engrosaba los muros al aumentar la altura de los edificios. Por ejemplo, el muro en el piso superior de un edificio podría ser de uno o dos ladrillos de espesor, en tanto que los muros inferiores podrían incrementarse en su espesor a razón de un ladrillo por piso. Se pensaba que este tipo de construcción tenía un límite comercial de 2 o 3 pisos. Se han llevado a cabo un gran número de investigaciones en las décadas recientes relativas a la construcción con muros de carga y se ha descubierto que los muros de carga delgados pueden ser bastante económicos en edificios de hasta 10 o 20 niveles o aún mayores.

El ingeniero medio no es persona muy conocedora del tipo de construcción con muros de carga y a menudo desea que se estructure a base de marcos de acero o de concreto, ahí en donde la construcción de muros de carga puede ser la solución económica y satisfactoria. La construcción de muros de carga no es muy resistente a cargas sísmicas y tiene desventajas de montaje para edificios de más de un piso; en tales casos es necesario colocar los miembros estructurales de acero piso por piso, y alternar el trabajo de albañiles y montadores. Debido a que la resistencia de los muros al aplastamiento es relativamente baja, con frecuencia se necesitan placas de apoyo en los extremos de las vigas o armaduras ligeras que descansan en los muros de mampostería. Aunque teóricamente los patines de la viga ofrecen en muchas ocasiones apoyo suficiente sin necesidad de placas de carga, a menudo se utilizan las placas de apoyo, en 14

particular donde los miembros son de tamaño y peso tales, que debe colocarlos un montador de estructuras de acero. Generalmente las placas se embarcan sueltas, y las colocan en los muros los albañiles. La colocación en posición y elevación correctas es una parte muy crítica de la construcción. Si no se colocan apropiadamente habrá cierta demora para corregir su posición. Si se utiliza un montador, tendrá que hacer un viaje extra al lugar de la obra.

Cuando los extremos de una viga se empotran en un muro de mampostería, es conveniente algún tipo de ancla para evitar que la viga se mueva longitudinalmente con respecto al muro. Las anclas comunes son barras de acero dobladas que pasan a través de las almas de las vigas. Se llaman anclas de pared y se muestran en la figura 1.3 a). Ocasionalmente se usan ángulos de sujeción añadidos al alma, en lugar de las anclas de pared. Estos se muestran en la parte b) de la misma figura. Si se previeran cargas longitudinales de magnitud considerable, pueden utilizarse pernos normales de anclaje vertical en los extremos de la viga.

Figura 1.3 a) Ancla de pared formada por una barra doblada en V. b) Anclas de pared a base de ángulos.

Para construcciones pequeñas, ya sean comerciales o industriales y cuando los claros no son mayores de 10.5 o 12 mts., la construcción con muros de carga es bastante económica. Si los claros son más grandes, se hacen necesarios muros más gruesos y utilizar castillos para asegurar la estabilidad. En estos casos, y de ser posible, suele ser más económico usar columnas intermedias. Construcción reticular

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En la construcción reticular las cargas se transmiten a los cimientos mediante una retícula de vigas y columnas de acero. Las losas de piso, divisiones, muros exteriores, etc., descansan en su totalidad sobre la retícula. A este tipo de estructura que puede montarse a grandes alturas, a menudo se le llama construcción de vigas y columnas.

En la construcción de vigas y columnas, la estructura consta usualmente de columnas espaciadas a 6, 7.5 o 9 mts., y de trabes principales y vigas secundarias conectadas entre si, y a las columnas en ambas direcciones, en cada nivel de piso. Un método muy común de arreglo de estos elementos, se muestra en la figura 1.4. Las trabes se colocan entre las columnas en la dirección de su espaciamiento mayor, en tanto que las vigas secundarias se conectan a las columnas o trabes en la dirección de menor espaciamiento entre columnas. Con diversos sistemas de piso, pueden utilizarse otros arreglos de vigas y trabes.

En la construcción reticular, las paredes descansan sobre la estructura de acero y generalmente se les menciona como muros de relleno o muros ciegos. Las vigas que soportan las paredes exteriores se llaman vigas de fachada. Estas vigas, que se ilustran en la figura 1.5, pueden colocarse de manera que sirvan de dinteles para las ventanas

Figura 1.4 Construcción con vigas y columnas

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Figura 1.5 Vigas de fachada

Estructuras de acero de claros grandes

Cuando se hace necesario el uso de claros muy grandes entre las columnas, como en tribunas, auditorios, teatros, hangares o salas de baile, la construcción usual reticular puede no ser suficiente. Si las secciones laminadas IR ordinarias fueran insuficientes, podría ser necesario usar vigas con cubreplacas, trabes armadas, vigas de caja, armaduras grandes, arcos, marcos rígidos y otras semejantes. Cuando el peralte está limitado, las vigas con cubreplacas, las trabes armadas o las de caja pueden realizar el trabajo. Si el peralte no fuera crítico, las armaduras serían satisfactorias. Para claros muy grandes, a menudo se usan los arcos y los marcos rígidos. A estos tipos de estructuras se les llama estructuras de gran claro. La figura 1.6 muestra algunos de estos tipos de estructuras.

Figura 1.6 Estructuras para grandes claros

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Estructuras combinadas de acero y concreto

En un gran porcentaje de construcciones actuales, se ha utilizado la combinación de concreto reforzado y acero estructural. Si se utilizaran columnas de concreto reforzado en edificios muy altos, tendrían que ser extremadamente gruesas en los pisos bajos y ocuparían demasiado espacio. Generalmente se usan columnas de acero embebidas y ligadas a concreto reforzado y se conocen como columnas compuestas.

1.3.2 SUMINISTRO DE ESTRUCTURAS DE ACERO

El suministro de estructuras de acero consiste en el laminado de los perfiles, la fabricación de los elementos para un trabajo específico (incluido el corte a las dimensiones requeridas y el punzonado de los agujeros necesarios para las conexiones de campo) y el montaje de éstos. Muy rara vez una compañía ejecuta esas tres funciones y la compañía promedio realiza sólo una o dos de ellas. Por ejemplo, muchas compañías fabrican estructuras de acero y las montan, en tanto que otras sólo las montan o sólo las fabrican. Los fabricantes de estructuras normalmente tienen pocos perfiles en bodega debido a los altos intereses y costos de almacenaje. Cuando deben fabricar una estructura, ordenan los perfiles cortados a determinadas longitudes directamente a las laminadoras o a los distribuidores de éstas. Las distribuidoras, que son un factor cada vez más importante en el suministro del acero estructural, compran y almacenan grandes cantidades de perfiles que adquieren a los mejores precios posibles en cualquier parte del mundo.

El diseño de las estructuras generalmente lo hace un ingeniero en colaboración con una empresa de arquitectos. El proyectista hace los dibujos del diseño que muestran las cotas de los miembros estructurales, las dimensiones generales así como conexiones fuera de lo común. La compañía encargada de fabricar la estructura elabora los planos detallados y los somete a la aprobación del ingeniero. Esos planos contienen toda la información necesaria para fabricar la estructura correctamente. En ellos se muestran las dimensiones de cada miembro, las localizaciones y tamaños de agujeros, las posiciones y tamaños de las conexiones, etc. Una parte de un dibujo para un detalle típico de una viga de acero atornillada se muestra en la figura 1.7.

El montaje de edificios es más que en cualquier otro aspecto del trabajo de construcción, un asunto de ensamblaje. Cada elemento se marca en taller con letras y números para distinguirlo de los 18

demás. El montaje se ejecuta de acuerdo con una serie de planos de montaje. Esos planos no son dibujos detallados sino simples diagramas que muestran la posición de cada elemento en la estructura. En el extremo izquierdo de cada elemento se pone una marca que corresponde a su identificación en el plano de detalle. Generalmente se pintan indicaciones respecto a la dirección en las caras de las columnas (norte, sur, este y oeste). Estas marcas facilitan a los montadores orientar correctamente las piezas.

Algunas veces los planos de montaje dan las dimensiones de los miembros, pero esto no es necesario. Esto puede o no mostrarse, dependiendo del fabricante particular.

Las vigas, trabes y columnas serán indicadas en los planos por las letras B, G o C seguidas por el número de miembro particular como B5, G12, etc. A menudo, habrá varios miembros con esas mismas designaciones cuando los miembros se repiten en el edificio.

Los marcos de acero de múltiples pisos suelen tener varios niveles con sistemas de estructuración idénticos o casi idénticos. De esta manera, un plano de montaje puede usarse para varios pisos. Para tales situaciones, las designaciones de los miembros de las columnas, vigas y trabes tendrán los números de nivel incorporados en ellos. Por ejemplo, la columna C15 (3-5) es la columna 15, tercero a quinto piso, mientras que B4F6 o meramente B4 (6), representa la viga B4 para el sexto piso. En la figura 1.8 se muestra una porción de un dibujo de montaje de un edificio.

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Figura 1.7 Parte de un dibujo de detalles

Figura 1.8 Parte de un dibujo de montaje que muestra donde debe localizarse cada miembro

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1.3.3 DISEÑO ECONÓMICO DE MIEMBROS DE ACERO

El diseño de un miembro estructural de acero implica mucho más que el cálculo de las propiedades requeridas para resistir las cargas y la selección del perfil más ligero que tenga tales propiedades. Aunque a primera vista este procedimiento parece que presenta los diseños más económicos, deben considerarse otros factores. Algunos de estos son los siguientes:

1. El proyectista necesita seleccionar las dimensiones en que se fabrican los perfiles laminados. Vigas, placas y barras de tamaños poco comunes serán difíciles de conseguir en periodos de mucha actividad constructiva y resultarán costosos en cualquier época. Un poco de estudio le permitirá al proyectista aprender a evitar tales perfiles. Los fabricantes de acero reciben constantemente información de las empresas constructoras acerca de las dimensiones de perfiles disponibles.

2. En ciertos casos, puede ser un error suponer que el perfil más ligero es el más barato. Una estructura diseñada según el criterio de la "sección más ligera" consistirá en un gran número de perfiles de formas y tamaños diferentes. Tratar de conectar y adaptar todos esos perfiles será bastante complicado y el costo del acero empleado probablemente será muy alto. Un procedimiento más razonable sería unificar el mayor número posible de perfiles en cuanto al tamaño y forma aunque algunos sean de mayor tamaño.

3. Las vigas escogidas para los pisos de edificios son las de mayor peralte, ya que esas secciones, para un mismo peso, tienen los mayores momentos de inercia y de resistencia. Conforme aumenta la altura de los edificios, resulta económico modificar este criterio; consideremos, por ejemplo, un inmueble de 20 pisos debe tener una altura libre mínima. Si los peraltes de las vigas de los pisos se reducen 15 cm., las vigas costarán más, pero la altura del edificio se reducirá 20 x 15 = 300 cm., con el consiguiente ahorro en muros, pozos de elevadores, alturas de columnas, plomería, cableado y cimentaciones.

4. Los costos de montaje y fabricación de vigas de acero estructural son aproximadamente los mismos para miembros ligeros o pesados. Las vigas deben entonces espaciarse tanto como sea posible para reducir el número de miembros que tengan que fabricarse y montarse.

5. Los miembros de acero estructural deben pintarse sólo si lo requiere la especificación aplicable. El acero no debe pintarse si va a estar en contacto con concreto. Además, los diversos materiales 21

resistentes al fuego usados para proteger a los miembros de acero se adhieren mejor si las superficies no están pintadas."

6. Es muy conveniente utilizar la misma sección el mayor número de veces posible. Tal manera de proceder reducirá los costos de detallado; fabricación y montaje.

7.

Para secciones grandes, particularmente las compuestas, el diseñador necesita tener

información relativa a los problemas de transporte. Esta información incluye las máximas longitudes y alturas que pueden enviarse por camión o ferrocarril, los claros libres bajo puentes y líneas de transmisión que se encuentren en el camino a la obra, así como las cargas permisibles sobre los puentes que deban cruzarse. Es posible fabricar una armadura de acero para techo en una sola pieza, pero tal vez no sea posible transportarla a la obra y montarla en una sola pieza. 8. Deben escogerse secciones que sean fáciles de montar y mantener. Por ejemplo, los elementos estructurales de un puente deben tener sus superficies expuestas, dispuestas de manera que puedan pintarse periódicamente (a menos que se utilice un acero especial resistente a la corrosión).

9. Los edificios tienen con frecuencia una gran cantidad de tuberías, conductos, etcétera, por lo que deben escogerse elementos estructurales que sean compatibles con los requisitos de forma y tamaño impuestos por tales instalaciones.

10. Los miembros de una estructura de acero, a veces están expuestos al público, sobre todo en el caso de los puentes de acero y auditorios. La apariencia puede ser el factor principal al tener que escoger el tipo de estructura, como en el caso de los puentes. Los miembros expuestos pueden ser muy estéticos cuando se disponen de manera sencilla y tal vez cuando se escogen elementos con líneas curvas; sin embargo, ciertos arreglos pueden ser sumamente desagradables a la vista. Es un hecho que algunas estructuras de acero, bellas en apariencia, tienen un costo muy razonable.

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CAPITULO 2. DETALLES CONSTRUCTIVOS

2.1 EN VIGAS.

2.1.1 TIPOS DE VIGAS.

Las vigas son miembros que soportan cargas transversales. Se usan generalmente en posición horizontal y quedan sujetas a cargas por gravedad o verticales; sin embargo, existen excepciones, por ejemplo, el caso de los cambios.

Entre los muchos tipos de vigas cabe mencionar las siguientes: viguetas, dinteles, vigas de fachada, largueros de puente y vigas de piso. Las viguetas son vigas estrechamente dispuestas para soportar los pisos y techos de edificios; los dinteles se colocan sobre aberturas en muros de mampostería como puertas y ventanas. Las vigas de fachada soportan las paredes exteriores de edificios y también parte de las cargas de los pisos y corredores. Se considera que la capacidad de las vigas de acero para soportar muros de mampostería (junto con la invención de los elevadores) como parte de un marco estructural, permitió la construcción de los rascacielos actuales. Los largueros de puente son las vigas en los pisos de puentes que corren paralelas a la superficie de rodamiento, en tanto que las vigas de piso son las vigas que en muchos pisos de puentes corren perpendicularmente a la superficie de rodamiento y se usan para transferir las cargas del piso, de los largueros de puente a las trabes o armaduras sustentantes. El término trabe se usa en forma algo ambigua, pero usualmente denota una viga grande a la que se conectan otras de menor tamaño.

2.1.2 PERFILES USADOS COMO VIGAS

Los perfiles IR generalmente resultan las secciones más económicas al usarse como vigas y han reemplazado en esta aplicación casi por completo a las canales y a las secciones IE. Las canales se usan a veces como largueros cuando las cargas son pequeñas y en lugares en donde se requieren patines estrechos. Éstas tienen muy poca resistencia a fuerzas laterales y requieren soporte lateral. Los perfiles IR tienen un mayor porcentaje de acero concentrado en sus patines que las vigas IE, por lo que poseen mayores momentos de

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inercia y momentos resistentes para un mismo peso. Éstos son relativamente anchos y tienen una rigidez lateral apreciable.

Otro tipo común de viga es la vigueta de alma abierta. Este tipo de viga que se usa comúnmente para soportar losas de piso y techo es en realidad una armadura ligera de cuerdas paralelas. Resulta muy económica para grandes claros y cargas ligeras.

2.1.3 AGUJEROS EN LAS VIGAS

En ocasiones es necesario que las vigas tengan agujeros, por ejemplo, cuando se requieren para la colocación de tornillos o remaches y, algunas veces, para tubos, conductos, etc. De ser posible, este ultimo tipo de orificios deben evitarse, pero cuando son absolutamente necesarios se localizaran en el alma, si el cortante es pequeño, o en los patines si el momento es pequeño. El cortar un agujero en el alma de una viga no reduce notablemente su módulo de sección, o su momento resistente, un agujero grande en el alma, reduce bastante la capacidad al cortante de la sección de acero. Cuando se hacen agujeros grandes en el alma de la viga, por lo general se colocan placas extras en el alma para reforzarla alrededor del agujero, contra el posible pandeo de ésta.

La presencia de orificios de cualquier tipo en una viga, ciertamente no la hace más resistente, y sí existe la probabilidad de que la debiliten un poco.

La teoría de que el eje neutro se desaloja de su posición normal a la posición teórica de la sección neta, por la existencia de agujeros, es muy discutible. Las pruebas parecen indicar que los agujeros para remaches y pernos en el patín, no cambian apreciablemente la ubicación del eje neutro; es lógico suponer que éste no seguirá la variación teórica exacta con sus cambios bruscos de posición en las secciones que tienen agujeros para remaches, como se muestra en la parte (b) de la figura 2.1.

Es más razonable la ubicación del eje neutro, que se muestra en la parte (c) de dicha figura, donde se supone que existe una variación más gradual de la posición.

Es interesante observar que las pruebas de flexión en vigas de acero, parecen mostrar que la falla radica en la resistencia del patín de compresión, aun cuando existan agujeros para 24

remaches o pernos en el patín de tensión. La presencia de tales agujeros no parece ser tan seria como pudiera pensarse, sobre todo al compararla con agujeros en un miembro sujeto a tensión pura. Estas pruebas muestran poca diferencia en las resistencias de vigas sin agujeros y con agujeros que representen hasta el 15% del área total de cualquier patín.

Figura 2.1.

2.1.4 SOPORTE LATERAL EN LAS VIGAS

En una gran mayoría de vigas de acero, estas se utilizan de tal modo que sus patines de compresión están protegidos contra el pandeo lateral. Los patines superiores de las vigas, que dan apoyo a losas de concreto de edificios y puentes, a menudo se cuelan con dichos pisos de concreto.

Si el patín de compresión de una viga no tiene apoyo lateral en cierta longitud, tendrá una condición de esfuerzo semejante a la existente en la columna y, como es bien sabido, a 25

medida que la longitud, y por tanto, la esbeltez de una columna aumenta, el peligro de su pandeo crece para el mismo valor de la carga. Cuando el patín a compresión de una viga es largo y esbelto, se presenta el peligro de pandeo a menos que se le dé apoyo lateral.

Existen muchos factores que afectan el valor del esfuerzo crítico de pandeo del patín de compresión de una viga. Algunos de estos factores son las propiedades del material, el espaciamiento y tipo de apoyos laterales suministrados, los esfuerzos residuales en las secciones, los tipos de apoyos en los extremos o restricciones, las condiciones de carga, etc.

La tensión en el otro patín de la viga, tiende a mantenerlo recto y restringe el pandeo del patín a compresión; pero a medida que el momento flexionante aumenta, la tendencia al pandeo se hace lo suficientemente grande como para vencer la restricción de la tensión; cuando el patín a compresión empieza a pandearse, se presenta un fenómeno colateral de torsión, y entre menor sea la resistencia torsional de la viga, progresa más rápidamente la falla. Los perfiles IR, IE y canales usados tan frecuentemente como secciones de viga, no tienen mucha resistencia contra el pandeo lateral, ni a la torsión resultante. Algunas otras formas, especialmente los perfiles armados en cajón, son mucho más resistentes. Estos tipos de miembros tienen más rigidez por torsión, que las secciones IR, IE o que las vigas armadas de alma llena. Las pruebas muestran que no se pandearán lateralmente sino hasta que las deformaciones desarrolladas queden dentro de la escala plástica.

Es necesario utilizar el criterio para decidir qué es lo que constituye y qué es lo que no constituye un apoyo lateral satisfactorio para una viga de acero. Una viga que está totalmente ahogada en concreto, o que tenga su patín a compresión embebido en una losa de concreto, ciertamente está bien apoyada lateralmente. Cuando una losa de concreto descansa sobre el patín superior de una viga, el ingeniero debe estudiar cuidadosamente la situación, para determinar si la fricción realmente proporciona apoyo lateral completo. Quizá si las cargas en la losa se encuentran razonablemente fijas en posición, éstas contribuyan a incrementar la fricción, y a tomar en cuenta esto como un apoyo lateral completo. De otra manera, si hay movimiento en las cargas, o vibraciones apreciables bien puede reducirse la fricción, y no podrá considerarse apoyo lateral completo. Estas situaciones ocurren en los puentes, debido al carácter rodante de las cargas y en los edificios con maquinaria vibratoria, tal como las imprentas. 26

La losa de piso podría no proporcionar apoyo lateral al patín de compresión de una viga, en cuyo caso dicho apoyo debe proporcionarse con las vigas secundarias conectadas o con miembros especiales insertados con esa finalidad. Las vigas secundarias que se conecten lateralmente a los costados de una trabe armada, a su patín de compresión, pueden normalmente contarse como elementos que suministran apoyo lateral completo a través de la conexión; si ésta se realiza primordialmente en el patín de tensión, proporcionará muy poco apoyo lateral al patín de compresión. Antes de considerar que el apoyo lateral lo proporcionan estas vigas, el proyectista deberá observar si éstas no se mueven en conjunto. Las series de vigas representadas con líneas horizontales interrumpidas en la planta de la figura 2.2, suministran un apoyo lateral muy discutible a las trabes principales, que ligan a las columnas, debido a que las vigas se desalojan como un conjunto; para evitarlo se requiere de un contraventeo que forme una armadura horizontal, localizada en un tablero; tal procedimiento se muestra en la figura 2. Este sistema de contraventeo proporcionará suficiente apoyo lateral a las vigas, por varios tramos o tableros.

Figura 2.2

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2.1.5 ENCHARCAMIENTO

Si se acumula agua en un techo horizontal, mas rápidamente de lo que tarda en desalojarse, el resultado se denomina encharcamiento; la carga incrementada de agua ocasionan que el techo se deflexione en forma de plato, reteniendo mas agua que a su vez ocasiona mayores deflexiones, etc. Este proceso continua hasta que se alcanza el equilibrio o el techo se desploma.

El encharcamiento se presenta prácticamente en todo el techo horizontal aun cuando se tengan drenes para desalojar el agua; estos pueden ser insuficientes durante tormentas muy fuertes; pueden encontrarse obstruidos y en ocasiones se encuentran colocados a lo largo de las líneas de vigas que son los puntos más altos del techo. El mejor método para prevenir el encharcamiento es darle al techo una pendiente adecuada junto con la instalación de drenes que funcionen correctamente.

Cuando se considera un techo horizontal muy grande (media hectárea o mayor) el efecto del viento en la profundidad del agua puede ser muy importante. El problema del encharcamiento ocurrirá lógicamente durante las tormentas. Tales tormentas están acompañadas con frecuencia por vientos fuertes. Cuando está presente una cantidad grande de agua en el techo, un viento fuerte puede empujar el agua hacia un extremo, creando una altura peligrosa de ésta respecto a la carga en kg/cm2 que queda aplicada al techo. En tales situaciones se usan a veces los imbornales; éstos son grandes agujeros o tubos en los muros que permiten que el agua más arriba de cierto nivel se drene rápidamente hacia afuera del techo.

Las fallas por encharcamiento se pueden prevenir si el sistema de techo (cubierta del techo más trabes y vigas de soporte) tiene suficiente rigidez.

2.1.6 PANDEO Y APLASTAMIENTO DEL ALMA

El pandeo del alma es una distorsión fuera del plano del alma que resulta de la combinación de una alta relación d/ta y esfuerzos de flexión. La parte sin soporte lateral del patín a compresión puede también contribuir al pandeo del alma. Este pandeo se controla limitando ya sea la razón d/ta o el esfuerzo que se puede usar con la razón d/ta dada (d = 28

peralte y ta = espesor del alma). Esto se tiene en cuenta en las varias especificaciones. El pandeo del alma se ilustra en la figura 2.3 b.

Figura 2.3. Fallas del alma que se deben evitar al hacer el diseño. (a) Aplastamiento del alma. (b) Pandeo del alma.

El aplastamiento del alma puede ocurrir si los esfuerzos a compresión en el plano del alma son suficientemente grandes. Esto puede ocurrir si las distancias de la reacción o las placas de asiento de carga que se usan para transmitir cargas de columnas al patín de la viga son demasiado estrechas. El aplastamiento de la viga también puede ocurrir si la carga uniforme sobre el patín es demasiado grande para el espesor del alma. Se obtendrá el control del aplastamiento del alma determinando la distancia requerida para la reacción o el ancho de la placa de base de la columna de la siguiente manera. Se obtiene la distancia de reacción que se necesita considerando un área a compresión en el alma definida por la longitud de distancia k (línea de garantía) de la sección. La distancia k se mide desde la cara exterior del patín hasta el extremo del filete que forma la transición entre el alma y el patín. En este lugar el área resultante a compresión del alma se acerca a un mínimo.

29

2.2 EN COLUMNAS

2.2.1 CONSIDERACIONES GENERALES

Existen varios tipos de miembros que trabajan a compresión, de los cuales la columna es el más conocido. Entre los otros tipos se encuentran las cuerdas superiores de armaduras, miembros de arriostramiento, los patines a compresión de vigas laminadas y armadas y los miembros sujetos simultáneamente a flexión y a compresión. Las columnas son miembros verticales rectos cuyas longitudes son considerablemente mayores que su ancho. Los miembros verticales cortos sujetos a cargas de compresión se denominan con frecuencia puntales o, simplemente, miembros a compresión; sin embargo, los términos columna y miembro a compresión se usarán indistintamente.

Hay tres modos generales según los cuales las columnas cargadas axialmente pueden fallar. Estos son: pandeo flexionante, pandeo local y pandeo torsionante.

1. El pandeo flexionante (llamado también pandeo de Euler) es el tipo primario de pandeo analizado. Los miembros están sometidos a flexión cuando se vuelven inestables.

2. El pandeo local ocurre cuando alguna parte o partes de la sección transversal de una columna son tan delgadas que se pandean localmente en compresión antes que los otros modos de pandeo puedan ocurrir. La susceptibilidad de una columna al pandeo local se mide por las relaciones ancho a grueso de las partes de su sección transversal.

3. El pandeo torsionante puede ocurrir en columnas que tienen ciertas configuraciones en su sección transversal. Esas columnas fallan por torsión o por una combinación de pandeo torsional y flexionante.

Entre más larga sea una columna para una misma sección transversal, mayor es su tendencia a pandearse y menor será la carga que pueda soportar. La tendencia de un miembro a pandearse se mide por lo general con la relación de esbeltez que se define como la relación entre la longitud del miembro y su radio de giro mínimo. La tendencia al pandeo depende también de los siguientes factores: tipo de conexión en los extremos,

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excentricidad de la carga, imperfecciones en el material de la columna, torceduras iniciales en la columna, esfuerzos residuales de fabricación, etcétera.

Las cargas que soporta una columna de un edificio bajan por la sección transversal superior de la columna y a través de sus conexiones con otros miembros. La situación ideal se tiene cuando las cargas se aplican uniformemente sobre la columna con el centro de gravedad de las cargas, coincidiendo con el centro de la columna. Además, es deseable que la columna no tenga defectos, que consista de un material homogéneo y que sea perfectamente recta; todas estas condiciones obviamente son imposibles de satisfacerse.

Las cargas que se encuentran exactamente centradas sobre una columna se denominan axiales o cargas concéntricas. Las cargas muertas pueden, o no, ser axiales en una columna interior de un edificio, pero las cargas vivas nunca lo son. Para una columna exterior la posición de las cargas es probablemente aún más excéntrica, ya que el centro de gravedad caerá por lo general hacia la parte interior de la columna. En otras palabras, resulta dudoso que alguna vez se encuentre, en la práctica, una columna cargada en forma perfectamente axial.

Las otras condiciones deseables también son imposibles de lograr debido a: imperfecciones de las dimensiones de las secciones transversales, esfuerzos residuales, agujeros taladrados para recibir remaches, esfuerzos de montaje y cargas transversales. Es muy difícil tomar en cuenta todas estas variables en una fórmula.

Algunas imperfecciones pequeñas en los miembros a tensión y en vigas pueden pasarse por alto, ya que son de poca consecuencia; pero en columnas, estas pequeñas imperfecciones pueden revestir mucha importancia. Una columna que está ligeramente flexionada cuando se coloca en su lugar puede tener momentos flexionantes significantes iguales a la carga de la columna multiplicada por la deflexión lateral inicial.

Obviamente, una columna es un miembro más crítico en una estructura que una viga o un miembro a tensión, porque pequeñas imperfecciones en los materiales y en las dimensiones tienen mucha importancia en su estabilidad. Esta situación puede ilustrarse en una armadura de un puente en la que a algunos de sus miembros los ha dañado un camión. La flexión de miembros a tensión probablemente no será muy seria, ya que las cargas de 31

tensión tenderán a enderezar a esos miembros; pero la flexión de cualquier miembro a compresión es un asunto muy serio, ya que las cargas de compresión tenderán a incrementar la flexión en esos miembros.

El análisis precedente debe mostrar claramente que las imperfecciones en columnas ocasionan flexión en éstas y el proyectista debe considerar los esfuerzos debidos a esa flexión, así como a cargas axiales.

2.2.2 PERFILES USADOS PARA COLUMNAS

En teoría puede seleccionarse un sinfín de perfiles para resistir con seguridad una carga de compresión en una estructura dada. Sin embargo, desde el punto de vista práctico, el número de soluciones posibles se ve limitado por el tipo de secciones disponibles, por problemas de conexión y el tipo de estructura en donde se va a usar la sección. Los párrafos que siguen intentan dar un breve resumen de las secciones que han resultado satisfactorias para ciertas condiciones. Esas secciones se muestran en la figura 4; las letras entre paréntesis en los apartados que siguen se refieren a las partes de esa figura.

Las secciones utilizadas para miembros a compresión por lo común son similares a las empleadas para miembros a tensión con ciertas excepciones. Las excepciones las causa el hecho de que las resistencias de los miembros a compresión varían en cierta relación inversa con las relaciones de esbeltez y se requieren entonces miembros rígidos.

Las barras, placas y varillas individuales son generalmente demasiado esbeltas para funcionar en forma satisfactoria como miembros a compresión, a menos que sean muy cortas y reciban carga pequeña.

Los miembros formados por ángulos sencillos (figura 2.4a) son satisfactorios como arriostramientos y miembros a compresión de armaduras ligeras. Los ángulos de lados iguales pueden ser más económicos que los de lados desiguales porque sus radios de giro mínimo son mayores para la misma área de acero. Las cuerdas superiores de armaduras atornilladas para techos pueden consistir en un par de ángulos espalda con espalda (figura 2.4b). Generalmente se deja un espacio entre éstos para insertar una placa de unión en los nudos, necesaria para efectuar la conexión a otros miembros; en algunos casos conviene 32

usar ángulos de lados desiguales con los lados largos espalda con espalda para lograr una mejor distribución de los radios de giro respecto a los ejes x e y.

Figura. 2.4 Tipos de miembros a compresión

Si se sueldan las armaduras, las placas de nudo pueden ser innecesarias; entonces es posible usar tes estructurales (figura. 2.4c) para la cuerda superior y soldar directamente al alma de las tes los miembros de la celosía. Las canales sencillas (figura. 2.4d) no son satisfactorias como miembros a compresión debido a su radio de giro pequeño, respecto a los ejes centroidales paralelos al alma. Éstas pueden usarse si se encuentra la manera de proporcionar soporte lateral en la dirección débil. Los perfiles IR (figura. 2.4e) son los más comunes para columnas de edificios y para los miembros a compresión de puentes carreteros. Aunque sus valores están lejos de ser iguales respecto a los dos ejes, están mejor balanceados que en los canales.

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Las secciones estructurales huecas o las tubulares estructurales son actualmente una parte muy valiosa del acero que se usa para edificios, puentes y otras estructuras. Esas secciones de aspecto limpio y agradable son fácilmente fabricadas y montadas. Para cargas pequeñas y medianas las secciones tubulares (figura. 2.4f) son muy satisfactorias. Se usan a menudo como columnas en largas series de ventanas, como columnas cortas en almacenes, como columnas para los techos de andadores cubiertos, en los sótanos y garajes de residencias, etc. Las columnas a base de tubos tienen la ventaja de ser igualmente rígidas en todas direcciones y por lo general son muy económicas, a menos que los momentos sean grandes.

Las secciones tubulares cuadradas y rectangulares, figura 2.4g y figura 2.4h, no se han usado mucho como columnas hasta hace poco. Durante muchos años sólo unas cuantas laminadoras en Estados Unidos fabricaron tubería de acero con fines estructurales. Tal vez la principal causa del poco uso de las secciones tubulares era la dificultad de efectuar las conexiones con tornillos o remaches. Este problema se ha eliminado con el surgimiento de las técnicas modernas de soldar. El uso de perfiles tubulares con propósitos estructurales, por arquitectos e ingenieros, probablemente se verá incrementado en los próximos años por las siguientes razones:

1. El miembro a compresión más eficiente es aquel que tiene un radio de giro constante respecto a su centroide, propiedad que poseen los tubos circulares. Los perfiles tubulares cuadrados son los siguientes miembros a compresión en orden de eficiencia.

2. Los tubulares estructurales de cuatro lados y redondos son más fáciles de pintar que las secciones abiertas de seis lados como las secciones IR, IE. Además, las esquinas redondeadas facilitan la aplicación de la pintura u otros recubrimientos uniformemente alrededor de las secciones.

3. Tienen menos área superficial para pintar o proteger contra el fuego.

4. Tienen excelente resistencia a la torsión.

5. Las superficies de los perfiles tubulares son muy atractivas.

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6. Cuando están expuestas, la resistencia al viento de los tubos circulares es aproximadamente de sólo 2/3 de la de las superficies planas del mismo ancho.

7. Si la limpieza es importante, los tubulares estructurales huecos no tienen el problema de la acumulación de basura entre los patines de los perfiles estructurales abiertos.

Una pequeña desventaja que se presenta en ciertos casos es que los extremos de los tubos deben sellarse para proteger sus superficies interiores inaccesibles contra la corrosión. Aunque resultan muy atractivos para usarse expuestos como vigas, los perfiles tubulares están en desventaja con las secciones IR, que poseen momentos resistentes mucho mayores para el mismo peso.

Para muchas situaciones en columnas, el peso de las secciones tubulares cuadradas o rectangulares (usualmente llamadas secciones estructurales huecas) puede ser menor que la mitad de los pesos requeridos para secciones de perfil abierto (IE, IR, canales y angulares). Es cierto que los tubulares pueden costar 25% más por libra que las secciones abiertas, pero esto nos permite aún lograr ahorros de hasta 20% en algunos casos.

Cuando se diseñan miembros a compresión para estructuras muy grandes puede ser necesario usar secciones armadas. Estas secciones se requieren cuando los miembros son muy largos y soportan cargas muy grandes, o bien, cuando representan ventajas desde el punto de vista de las conexiones. En términos generales, un perfil sencillo tal como una sección IR, es más económico que una sección armada que tenga la misma área en su sección transversal. Cuando las cargas son muy grandes, pueden usarse aceros de alta resistencia con mayor economía, siempre que este incremento de la resistencia permita el uso de secciones IR en vez de secciones armadas.

Cuando se usan secciones armadas, éstas deben conectarse en sus lados abiertos con algún tipo de celosía que mantenga sus partes unidas y les permita trabajar conjuntamente. Los extremos de los miembros se conectan con placas de unión.

Las líneas punteadas en la figura 2.4 representan celosías o partes discontinuas y las líneas sólidas representan partes que son continuas en toda la longitud de los miembros. A veces se disponen cuatro ángulos como se muestra en figura 2.4i para producir valores grandes 35

de r. Este tipo de miembro se ve con frecuencia en torres y en pescantes de grúas. Un par de canales figura 2.4j se usan a veces como columnas en edificios o como miembros de la celosía en armaduras de gran tamaño. Nótese que existe un cierto espaciamiento para cada par de canales en el cual sus valores r respecto a los ejes x e y son iguales. A veces las canales se disponen espalda con espalda como se muestra en figura 2.4k.

Una sección muy adecuada para la cuerda superior de las armaduras de puente está formada por un par de canales con una cubre placa en la parte superior 1) y celosía en la parte inferior. Las placas de los nudos se conectan fácilmente al interior de las canales y pueden usarse también como empalmes. Cuando las canales disponibles más grandes no proporcionan suficiente resistencia puede usarse como cuerda superior una sección armada del tipo mostrado en figura 2.4m.

Cuando los perfiles laminados no tienen suficiente resistencia para soportar la carga de una columna de un edificio o de una armadura de puente, sus áreas pueden incrementarse con la adición de placas a los patines (figura 2.4n). En años recientes se ha encontrado que, en estructuras soldadas, una columna armada del tipo mostrado en figura 2.4o es más satisfactoria que una IR con cubre placas soldadas figura 4n. Parece ser que durante la flexión es difícil transferir eficientemente la fuerza de tensión de la cubre placa a la columna, sin que la placa se separe de la columna (como en el caso en donde una viga se conecta al patín de una columna). Para cargas muy grandes en columnas, una sección en caja soldada del tipo mostrado en la figura 2.4p ha resultado muy satisfactoria. Otras secciones armadas se muestran en la figura 2.4q, figura 2.4r y figura 2.4s. Las secciones armadas mostradas de la figura 2.4n a la figura 2.4q tienen la ventaja sobre las mostradas de figura 2.4i a la figura 2.4m, de no requerir barras o placas de celosía. Las fuerzas cortantes laterales son insignificantes en las columnas a base de perfiles sencillos y en las secciones armadas sin celosía, pero de ninguna manera pueden desperdiciarse en las columnas armadas con celosía.

Actualmente se ha incrementado el uso de las columnas compuestas. Éstas consisten en tubos estructurales de acero rellenos con concreto o de perfiles IR ahogados en concreto, generalmente con sección cuadrada o rectangular.

36

2.2.3 CELOSIA Y PLACAS DE UNION

Cuando los miembros constan de más de un perfil es necesario conectar sus componentes a través de sus lados abiertos. El propósito de la celosía es mantener paralelas y a las distancias correctas las diversas partes del miembro con objeto de uniformar la distribución de esfuerzos en ellas. Cada una de las partes tiende a pandearse lateralmente en forma individual a menos que éstas estén unidas entre sí y trabajen en conjunto para recibir la carga. Además de la celosía, es necesario proporcionar placas de unión tan cerca de los extremos como sea posible y en puntos intermedios si la celosía se interrumpe. Las partes (a) y (b) de la figura 2.5 muestran distintos arreglos de celosías y placas de unión. Otras posibilidades se muestran en las partes (c) y (d) de la misma figura.

La falla de varias estructuras se ha atribuido a una celosía insuficiente en miembros armados comprimidos.

Las dimensiones de las placas de unión y de la celosía por lo general están determinadas por las especificaciones.

La celosía consta generalmente de barras planas, pero puede formarse ocasionalmente con ángulos, cubreplacas perforadas, canales u otros perfiles laminados. Estas piezas deben espaciarse de modo que las partes individuales conectadas no tengan valores L/r entre conexiones mayores que el valor que rija para el miembro armado completo. Se supone que la celosía está sujeta a una fuerza cortante normal al miembro igual a y no menor que el 2% de la resistencia de diseño por compresión del miembro. Las fórmulas para columnas se usan para diseñar la celosía en la forma usual. La relación de esbeltez se limita a 140 para celosía simple y a 200 para celosía doble.

Si la distancia entre líneas de conectores es mayor que 37.5 cm., deberá usarse celosía doble o bien, celosía simple a base de ángulos. En vez de celosía y placas de unión, se permite el uso de cubreplacas continuas en los lados abiertos de las secciones armadas. Si se necesitan agujeros de acceso, estas placas se denominan cubreplacas perforadas. Generalmente se ignoran las concentraciones de esfuerzos, así como los esfuerzos secundarios por flexión, pero las fuerzas cortantes

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laterales deben revisarse. Las cubreplacas perforadas resultan atractivas para muchos proyectistas por las diversas ventajas que su uso reporta.

1. Se fabrican fácilmente con los métodos modernos de corte con gas.

2. Algunas especificaciones permiten la inclusión de sus áreas netas en la sección efectiva de los miembros principales, siempre que los agujeros se hagan de acuerdo con los requisitos obtenidos empíricamente en numerosas investigaciones.

3. El pintado de los miembros se simplifica respecto a los miembros con celosía ordinaria.

Figura. 2.5

38

2.2.4

EMPALME DE COLUMNAS.

Los empalmes de columnas se colocan generalmente 60 o 90 cm., arriba del nivel de los pisos, para evitar la interferencia con las conexiones de viga a columna. Algunos empalmes característicos de columna, se muestran en la figura 2.6. Como se puede apreciar, los extremos de ésta están maquinados de modo que puedan colocarse firmemente en contacto, una con otra, a efecto de transferir las cargas. Cuando las superficies de contacto se maquinan, gran parte de la compresión axial (si no es que toda) puede transmitirse a través de las áreas en contacto. Es obvio que las placas de empalme son necesarias, aunque haya contacto completo entre las secciones transversales de los tramos de columna y se trate solamente de cargas axiales. Son aún más necesarias cuando se consideran las fuerzas cortantes y los momentos existentes en las columnas reales sujetas a cargas excéntricas, fuerzas laterales, momentos, etc.

Es obvio que existe una gran diferencia entre los empalmes a tensión y los empalmes a compresión. En los empalmes a tensión, toda la carga tiene que transferirse a través del empalme, en tanto que para los miembros a compresión, gran parte de la carga puede transferirse directamente por apoyo de una columna sobre otra. En este caso, el material del empalme es necesario para transmitir solamente el resto de la carga que no se transmite por contacto.

La magnitud de la carga que deben soportar las placas de empalmes es difícil de estimar. Si los extremos de las columnas no se maquinan, las placas deberán diseñarse para soportar el 100% de la carga. Cuando las superficies se maquinan y sólo trabajan bajo la acción de cargas axiales, la magnitud de la carga que soportan las placas puede estimarse entre un 25 y un 50% de la carga total. Si se trata de flexión, quizá del 50 al 75% de la carga total será absorbida por el material del empalme.

Las especificaciones para puentes estipulan muy detalladamente los requisitos que deben cumplir los empalmes en miembros sujetos a compresión. La parte (a) de la figura 6 muestra un empalme que puede utilizarse para columnas con los mismos peraltes nominales.

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La parte (c) muestra un tipo de empalme que puede utilizarse en columnas de peraltes nominales iguales o diferentes. Para este tipo de empalme la placa a topo se sueldan en el taller, a la columna inferior, y las abrazaderas de ángulos usadas para el montaje se sueldan, también en el taller, a la columna superior. En la obra, se instalan los pernos de montaje mostrados y la columna superior se suelda a la placa de empalme a tope. Las soldaduras horizontales sobre esta placa, resisten los cortantes y momentos en las columnas.

La parte (d) muestra empalmes soldados en los cuatro costados de las columnas. Los empalmes de alma se atornillan en su lugar en la obra y se sueldan a las almas de las columnas. Los empalmes de patín se sueldan en el taller a la columna inferior y se sueldan en la obra a la columna superior. A las placas del alma se les denomina placas de cortante y a las de patín placas de momento.

Figura 2.6. (a) Columnas con peraltes nominales iguales. (b) Columnas con peraltes ligeramente diferentes. (c) Empalme en columnas de igual o diferente peralte. (d) Empalme por los cuatro lados de una columna.

40

2.3 EN NODOS.

2.3.1 ARMADURAS DE ACERO.

El uso de los perfiles de acero estructural hace posible construir cualquier tipo de armadura para techo. En lugares donde es fácilmente disponible, se puede encontrar que el acero es más económico que la madera, pero éste no siempre es el caso. La sección más frecuentemente empleada consta de dos ángulos desiguales, con los lados mayores colocados espalda con espalda, construyéndose la conexión en las

Figura 2.7.

juntas mediante la introducción de una placa de conexión entre los ángulos, ver

la

figura 2.7. Los ángulos se aseguran a las placas por medio de remaches o soldaduras. Cualquier tipo de armadura que se construye de madera puede construirse de acero. Resulta poco práctico construir ciertos tipos de armaduras usando miembros macizos, pero los conectores para madera han hecho posible construir numerosos tipos de ellas.

El acero es un material ideal para resistir fuerzas de tensión. La armadura tipo Fink, con miembros a tensión y a compresión de longitudes relativamente cortas, es un tipo ideal para construcción de acero. En resumen, los puntales del alma se unen a la cuerda superior formando ángulos rectos, permitiendo así, formar detalles sencillos. Otras dos armaduras triangulares comúnmente usadas son la armadura tipo Pratt y tipo Howe; la tipo Pratt es particularmente apropiada para la construcción de acero y la tipo Howe cuando se emplea

41

madera. El tipo de armadura que se usará depende completamente de las condiciones; como son, el tipo de claro, las condiciones de carga, etcétera.

2.3.2

PLACAS DE UNIÓN.

La función de las placas de unión es ayudar a transmitir los esfuerzos de un miembro a otro. Su área se determina por

Figura 2.8

el número de remaches necesarios en los miembros. En general, una placa de conexión o unión se hace tan pequeña como sea posible, proporcionando así un mínimo de peso. El espesor más comúnmente empleado para armaduras usuales es 0.95 cm (3/8 pulgadas). Para los miembros del alma, donde los esfuerzos son relativamente pequeños, una placa de unión de 0.79 cm (5/16 pulgadas) se usa algunas veces. En las juntas de los apoyos o de la cumbrera se pueden usar placas de 1.27 cm (½ pulgada) de espesor para reducir al mínimo los remaches. Cuando se usan remaches de 2.22 cm (7/8 pulgadas) con placas de unión de 0.95 cm (3/8 pulgada), el valor crítico de un remache es de 5942 kg, el valor para aplastamiento doble en la placa. Si el espesor de la placa se incrementa a 1.27 cm (½ pulgada), este valor llega a ser de 7938 kg, permitiendo así menor número de remaches y consecuentemente una área menor de la placa de unión. Si en este caso la placa de conexión fuera incrementada a 1.58 cm (5/8 pulgada), el calor al aplastamiento doble llega a ser de 9925 kg, pero el remache de 2.22 cm (7/8 pulgada) tiene solamente un valor de 8183kg a cortante doble; por esto, no

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hay ventaja al usar una placa de unión cuyo valor al aplastamiento doble excede el valor a cortante doble de un remache.

Cuando es posible se usan placas de unión rectangulares, pero la posición de los miembros de la armadura y el número de remaches requerido, frecuentemente las hace imprácticas. Teóricamente las líneas de acción de los miembros de la armadura coincidirán con las líneas que pasan a través de los centroides de las reacciones. Para los ángulos más pequeños, las líneas de gramil de los remaches se sobreponen en las líneas de trabajo. El arreglo de la placa de conexión y los remaches será tal que se evite la excentricidad. Como un ejemplo, la junta que se muestra en la figura 2.8a produce carga excéntrica en los remaches, y por eso se usa la junta mostrada en la figura 2.8b.

Un método también usado para reducir el tamaño de la placa de conexión es el uso de clips de ángulo. Puesto que se considera que 15.24 cm (6 pulgadas) es la máxima separación entre remaches, frecuentemente pasa, que el tamaño de una placa de conexión determina el número de remaches a usar.

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CAPITULO 3. CONEXIONES

3.1 SOLDADURAS. CONTROL DE CALIDAD

3.1.1

GENERALIDADES

La soldadura es un proceso en el que se unen partes metálicas mediante el calentamiento de sus superficies a un estado plástico, permitiendo que las partes fluyan y se unan con o sin la adición de otro metal fundido. Resulta imposible determinar exactamente cuándo se originó la soldadura, pero sucedió hace varios miles de años. El arte de trabajar metales, incluyendo la soldadura, fue un arte en la antigua Grecia desde hace por lo menos tres mil años, pero la soldadura se había practicado, sin duda alguna, durante muchos siglos antes de aquellos días. La soldadura antigua era probablemente un proceso de forja en el que los metales eran calentados a cierta temperatura (no a la de fusión) y unidos a golpe de martillo.

Aunque la soldadura moderna existe desde hace bastantes años, es hasta en las últimas décadas que ha adquirido gran importancia en la ingeniería estructural. La adopción de la soldadura estructural fue muy lenta durante varias décadas, porque muchos ingenieros pensaban que tenía dos grandes desventajas 1) que tenía poca resistencia a la fatiga en comparación con las conexiones atornilladas o remachadas y 2) que era imposible asegurar una alta calidad de soldadura si no se contaba con una inspección irracionalmente amplia y costosa.

Estas apreciaciones negativas persistieron durante muchos años, aunque las pruebas parecían indicar que ninguna de las razones era válida. Haciendo caso omiso de la validez de los temores mencionados, éstas se mantuvieron en todos los órdenes e indudablemente retardaron el uso de la soldadura, en particular en los puentes carreteros y en mayor escala en los puentes ferroviarios. En la actualidad, la mayoría de los ingenieros aceptan que las juntas soldadas tienen una resistencia considerable a la fatiga. También se admite que las reglas que gobiernan la calificación de los soldadores, hacen de la inspección de la soldadura un problema menos difícil. Además, la química de los aceros manufacturados actualmente está especialmente formulada para mejorar su soldabilidad. Como

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consecuencia, la soldadura se permite ahora en casi todos los trabajos estructurales, excepto en algunos puentes.

Respecto al temor a la soldadura, es interesante considerar los barcos soldados; estos están sujetos a cargas de impacto realmente severas y difíciles de predecir, pero aun así los arquitectos navales usan con gran éxito barcos totalmente soldados. Un planteamiento similar puede hacerse para los aeroplanos y los ingenieros en aeronáutica que utilizan la soldadura. La adopción de la soldadura estructural ha sido más lenta en los puentes ferroviarios.

3.1.2 TIPOS DE SOLDADURA

Soldadura de arco metálico.

El calor se genera por medio de un arco eléctrico formado entre un electrodo de acero y las partes que se van a soldar. El calor del arco funde simultáneamente el metal base y el electrodo, y el campo electromagnético conduce el metal fundido de la varilla de soldadura hacia el metal base, mientras que el operador mueve el electrodo, manual o automáticamente, a lo largo de la soldadura con una velocidad adecuada y depositando la cantidad necesaria de metal de aportación. Por lo común, la soldadura se efectúa en cuatro posiciones: plana, horizontal, vertical y sobre cabeza. Las soldaduras verticales y sobre cabeza son posibles debido a que el metal fundido es conducido de la varilla a la conexión por el campo electromagnético y no por la acción de la gravedad. La posición de la soldadura afecta la facilidad y la velocidad de esta, por lo que es de una importancia practica considerable al determinar la calidad y el costo de la soldadura. Los electrodos usados para la soldadura de arco pueden ser varillas de acero desnudas o bien recubiertas con distintos compuestos minerales; en la soldadura con electrodos recubiertos parte del recubrimiento se funde, formando una capa fluida de escoria, y otra parte forma una atmósfera gaseosa protectora alrededor del arco metálico. La protección gaseosa sirve para estabilizar el arco y para protegerlo de los gases atmosféricos. La escoria fundida, de menor densidad que el metal fundido, sube a la superficie, retardando la rapidez de enfriamiento del metal de soldadura y protegiéndolo de una exposición indeseable a los gases atmosféricos. La composición química del metal de la soldadura puede controlarse por medio de la composición del recubrimiento. El uso de electrodos recubiertos resulta en 45

soldaduras de mejor calidad que las que pueden obtenerse con electrodos desnudos, y por esta razón casi toda la soldadura de arco moderna se hace con electrodos recubiertos. Aunque mediante el proceso manual se obtienen soldaduras de alta calidad, tanto en el taller como en el campo, pueden obtenerse resultados mejores y más económicos en algunas aplicaciones usando equipo de soldadura semiautomático o automático.

Soldadura de gas.

En la soldadura de gas, el calor se obtiene por medio de la combustión de un gas; se usa comúnmente una mezcla de oxigeno y acetileno y se llama entonces al proceso soldadura de oxiacetileno. El metal fundido se obtiene de una varilla de soldadura separada, ya sea desnuda o recubierta.

Soldadura de resistencia.

Este proceso es esencialmente un proceso de soldadura a presión, el cual es una versión moderna del antiguo proceso de forja. El calor se genera por medio de la resistencia eléctrica a una corriente de alto amperaje y bajo voltaje, que pasa a través de una pequeña área de contacto entre las partes a conectar. El calor desarrollado en este proceso ocasiona un estado plástico en el metal y se efectúa la soldadura aplicando presión y uniendo localmente de este modo ambas piezas. Se usan en la industria varias formas de soldadura de resistencia; las más comunes son las soldadura de punto y la de costura.

3.1.3

INSPECCIÓN Y DEFECTOS DE LAS SOLDADURAS

Para asegurarse de una buena soldadura en un trabajo determinado, deben seguirse tres pasos: 1) establecer buenos procedimientos de soldadura, 2) usar soldadores calificados, y 3) emplear inspectores competentes en el taller y en la obra.

Para lograr una buena soldadura existe una serie de factores entre los que pueden mencionarse la selección apropiada de electrodos, corriente y voltaje; propiedades del metal base y de aportación; posición de la soldadura. La práctica usual en los trabajos grandes es emplear soldadores que tienen certificados que muestran sus calificaciones. 46

Además, no es mala práctica que cada soldador ponga una marca de identificación en cada una de sus soldaduras, de modo que las personas que muy a menudo realizan un mal trabajo puedan ser localizadas. Esta práctica probablemente mejore la calidad general del trabajo realizado.

TIPOS DE INSPECCIONES.

Inspección Visual

Otro factor que ayudará a los soldadores a realizar un mejor trabajo, es justamente la presencia de un inspector que ellos consideren que sabrá apreciar un buen trabajo cuando lo vea. Para hacer de un hombre un buen inspector, es conveniente que él mismo haya soldado y que haya dedicado bastante tiempo a observar el trabajo de buenos soldadores. A partir de esta experiencia, él será capaz de saber si un soldador está logrando la fusión y penetración satisfactorias. También debe reconocer buenas soldaduras en su forma, dimensiones y apariencia general. Por ejemplo, el metal en una buena soldadura se aproximará a su color original después de enfriarse. Si se ha calentado demasiado, tendrá un tono mohoso o apariencia rojiza. Puede utilizar diversas escalas y escantillones para verificar las dimensiones y formas de la soldadura.

La inspección visual de un hombre capaz, probablemente dará una buena indicación de la calidad de las soldaduras, pero no es una fuente de información perfecta por lo que hace a la condición interior de la soldadura. Es seguramente el método de inspección más económico y es particularmente útil para soldaduras de un solo pase. Sin embargo, este método es sólo bueno para detectar imperfecciones superficiales. Existen diversos métodos para determinar la calidad interna o sanidad de una soldadura. Estos métodos incluyen: tinturas penetrantes y partículas magnéticas, ensayos con ultrasonido y procedimientos radiográficos, los cuales permiten descubrir defectos internos tales como porosidades, faltas de fusión o presencia de escorias.

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Líquidos Penetrantes

Diversos tipos de tinturas pueden extenderse sobre las superficies de soldadura; estos líquidos penetrarán en cualquier defecto como grietas que se encuentren en la superficie y sean poco visibles; después de que la tintura ha penetrado en las grietas, se limpia el exceso de ésta y se aplica un polvo absorbente, el cual hará que la tintura salga a la superficie y revelará la existencia de la grieta, delineándola en forma visible al ojo humano. Una variante de este método consiste en usar un líquido fluorescente, que una vez absorbido se hace brillantemente visible bajo el examen con luz negra. Este método nos permite detectar grietas abiertas a la superficie igual que la inspección visual.

Partículas Magnéticas

En este proceso, la soldadura por inspeccionar se magnetiza eléctricamente, los bordes de las grietas superficiales o cercanas a la superficie se vuelven polos magnéticos (norte y sur a cada lado de la grieta) y si se esparce polvo seco de hierro o un líquido con polvo en suspensión, el fantasma magnético es tal que queda detectada la ubicación, forma y tamaño de la grieta. Sólo grietas, costuras, inclusiones, etc., aproximadamente a 2.54mm (1/10 pulgada) de la superficie pueden localizarse por este método. La desventaja del método es que en caso de una soldadura realizada con cordones múltiples, el método debe aplicarse para cada cordón.

Prueba Ultrasónica

En años recientes, la industria del acero ha aplicado el ultrasonido a la manufactura del acero; si bien el equipo es costoso, el método es bastante útil también en la inspección de soldadura. Las ondas sónicas se envían a través del material que va a probarse y se reflejan desde el lado opuesto de éste; la onda reflejada se detecta en un tubo de rayos catódicos; los defectos en la soldadura afectan el tiempo de transmisión del sonido y el operador puede leer el cuadro del tubo, localizar las fallas y conocer qué tan importantes son. La prueba ultrasónica puede usarse con éxito para localizar discontinuidades en aceros al carbón y de baja aleación, pero no funciona muy bien para algunos aceros con grano extremadamente grueso.

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Procedimientos Radiográficos . Los métodos radiográficos, que son más costosos, pueden utilizarse para verificar soldaduras ocasionales en estructuras importantes. Mediante estas pruebas es posible realizar una buena estimación del porcentaje de soldaduras malas en una estructura. El uso de máquinas de rayos-X portátiles, donde el acceso no es un problema y el uso de radio o cobalto radiactivo para tomar fotografías, son métodos de prueba excelentes pero costosos. Resultan satisfactorios en soldaduras a tope (por ejemplo; soldadura de tuberías importantes de acero inoxidable en los proyectos de energía atómica) pero no son satisfactorios para soldaduras de filete, ya que las fotografías son difíciles de interpretar. Una desventaja adicional de estos métodos es el peligro de la radiactividad. Deben utilizarse procedimientos cuidadosos para proteger tanto a los técnicos como a los trabajadores cercanos. En el trabajo de las construcciones normales, este peligro posiblemente requiera la inspección nocturna cuando sólo unos pocos trabajadores se encuentran cerca del área de inspección. (Por lo general se requerirá una estructura muy grande o importante antes de que el uso extremadamente costoso del material radiactivo pueda justificarse.)

Una conexión soldada, bien hecha, puede resultar mucho más resistente (tal vez 1 ½ o 2 veces) que las partes conectadas. Como consecuencia, la resistencia real es mucho mayor que la requerida por las especificaciones. Las causas de esta resistencia adicional son las siguientes: los electrodos se fabrican con acero especial, el metal se funde eléctricamente (tal como en la manufactura de los aceros de alta calidad) y la rapidez de enfriamiento es mayor. Por todo esto es poco probable que un soldador haga una soldadura con menor resistencia que la requerida por el diseño.

DEFECTOS EN LAS SOLDADURAS.

Socavación.

La socavación se define como el quemar excesivamente el metal base. La tendencia a la socavación depende en mayor o menor grado de las características del electrodo y de la posición al soldar; frecuentemente es causada por corrientes y longitudes de arco excesivas. La socavación, fácilmente detectable por inspección visual, puede corregirse

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depositando metal de aportación adicional después que la superficie se ha limpiado adecuadamente.

Falta de fusión.

La falta de fusión se define como la falla del metal base y del metal de aportación para fundirse en algún punto de la junta. Este defecto no es común en las soldaduras de arco, a menos que las superficies que se suelden estén cubiertas con materiales extraños que eviten la fusión en ese punto. Si las superficies están adecuadamente limpias y se seleccionan correctamente el tamaño del electrodo, la velocidad y la corriente, se asegurara una completa fusión.

Penetración incompleta.

La penetración incompleta se define como la falla del metal base y del metal de aportación para fundirse en la raíz. Este defecto puede deberse a un mal diseño de la preparación, tal como una dimensión excesiva de la cara de la raíz, una abertura insuficiente en la raíz o un ángulo insuficiente de la preparación, o puede deberse a una técnica inapropiada, como el uso de un electrodo de diámetro excesivamente grande, velocidad excesiva, o corriente insuficiente.

La penetración incompleta es particularmente indeseable, ya que causa concentraciones de esfuerzos bajo cargas y puede ser la causa de grietas debidas a la contracción.

Inclusiones de escoria

Las inclusiones de escoria se definen como los óxidos metálicos y otros componentes sólidos encontrados en ocasiones como inclusiones alargadas o globulares. Estos óxidos son el resultado de reacciones químicas entre el metal, el aire y el recubrimiento del electrodo durante el depósito y solidificación del metal de aportación. Puede evitarse en gran parte su formación mediante la selección de la composición química del electrodo y de su recubrimiento, de modo que no reaccionen con los elementos contenidos en el metal base. Como la escoria tiene una densidad menor que el metal fundido, usualmente tiende a subir a la superficie y por lo tanto rara vez presenta dificultades en soldaduras horizontales. 50

Un enfriamiento rápido y un ángulo insuficiente de la preparación pueden evitar que la escoria suba a la superficie; las inclusiones de escoria representan un problema particular en las soldaduras verticales y sobre cabeza.

Porosidad.

La porosidad se define como la presencia de vacíos globulares o bolsas de gas en el metal de soldadura. El gas puede quedar atrapado en el metal de soldadura como resultado de una solubilidad reducida al enfriarse la soldadura, o por la formación de gases debido a reacciones químicas. La porosidad se debe frecuentemente al uso de corrientes o longitudes de arco excesivas.

3.1.4 CLASIFICACIÓN DE LAS SOLDADURAS

Existen tres clasificaciones para las soldaduras, mismas que se describen en los siguientes párrafos; se basan en el tipo de soldadura realizada, posición de las soldaduras y tipo de junta.

Tipo de soldadura

Los dos tipos principales de soldaduras son las soldaduras de filete y de ranura. Existen además las soldaduras de tapón y de muesca que no son comunes en el trabajo estructural. Estos cuatro tipos de soldadura se muestran en la figura 3.1.

Las soldaduras de filete han demostrado ser más débiles que las soldaduras de ranura; sin embargo, la mayoría de las conexiones estructurales se realizan con soldaduras de filete (aproximadamente el 80%). Cualquier persona que haya tenido experiencia en estructuras de acero entenderá el porqué las soldaduras de filete son más comunes que las soldaduras de ranura. Las soldaduras de ranura se usan cuando los miembros que se conectan están alineados en el mismo plano. Usarlas en cualquier situación implicaría un ensamble perfecto de los miembros por conectar, cosa que lamentablemente no sucede en la estructura común y corriente. Muchos lectores han visto a los operarios

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Figura 3.1. Cuatro tipos de soldaduras estructurales.

tirando y golpeando miembros de acero para ponerlos en posición. Cuando se pueden traslapar los miembros de acero, se permiten tolerancias mayores en el montaje, siendo las soldaduras de filete las que se utilizan. Sin embargo, las soldaduras de ranura son bastante comunes en muchas conexiones tales como los empalmes en columnas y las conexiones de patines de vigas a columnas, etc. Las soldaduras de ranura comprenden alrededor del 15% de las soldaduras estructurales. Las soldaduras de ranura pueden ser de penetración completa, que se extienden sobre todo el espesor de las partes conectadas o de penetración parcial, que se extienden sólo en parte del espesor de los miembros

Las soldaduras de ranura son generalmente más caras que las soldaduras de filete debido a los costos de preparación. De hecho, las soldaduras de ranura pueden costar entre 50 y 100% más que las soldaduras de filete.

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Una soldadura de tapón es una soldadura circular que une dos piezas, en una de las cuales se hace la o las perforaciones necesarias para soldar. Una soldadura de muesca es una soldadura formada en una muesca o agujero alargado que une un miembro con otro a través de la muesca. La soldadura puede llenar parcial o totalmente la muesca. Estos tipos de soldaduras pueden utilizarse cuando los miembros se traslapan y no se tiene la longitud del filete de soldadura. También pueden utilizarse para unir partes de un miembro como en el caso de tener que fijar las cubre placas en un miembro compuesto.

Las soldaduras de tapón y las de muescas no se consideran en general adecuadas para transmitir fuerzas de tensión perpendiculares a la superficie de contacto. La razón es que usualmente no se tiene mucha penetración de la soldadura en el miembro situado abajo del tapón o muesca; la resistencia a la tensión la proporciona principalmente la penetración.

Algunos proyectistas estructurales consideran satisfactorias las soldaduras de tapón y de muesca para conectar las diferentes partes de un miembro, pero otros no las consideran adecuadas para transmitir fuerzas cortantes. La penetración en estas soldaduras es siempre dudosa y además pueden contener poros que no se detectan con los procedimientos comunes de inspección.

Posición

Las soldaduras se clasifican respecto a la posición en que se realizan como: planas, horizontales, verticales y en la parte superior o sobre cabeza, siendo las planas las más económicas y las de la parte superior las más costosas. Un buen soldador puede realizar una soldadura plana en forma muy satisfactoria, pero sólo los mejores soldadores pueden hacerla en la parte superior. Aunque las soldaduras planas pueden hacerse automáticamente, gran parte de la soldadura estructural se realiza a mano. Se ha indicado previamente que no es necesaria la fuerza de la gravedad para efectuar buenas soldaduras, pero sí puede acelerar el proceso. Los glóbulos de los electrodos fundidos pueden forzarse hacia los cordones de soldadura depositados sobre la parte superior y resultan buenas soldaduras, pero el proceso es lento y caro por lo que debe evitarse esta posición siempre que sea posible. Estos tipos de soldadura se muestran en la figura 3.2.

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Figura 3.2. Posiciones de soldado.

Tipos de juntas

Las soldaduras también pueden clasificarse de acuerdo con el tipo de junta usada: a tope, traslapada, en te, de canto, en esquina, etc. Estos tipos de juntas se muestran en la figura 3.3.

Figura 3.3. Tipos de juntas

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3.1.5 SOLDADURAS DE RANURA

Cuando la penetración es completa y las soldaduras de ranura están sujetas a tensión o compresión axial, el esfuerzo en la soldadura se supone igual a la carga, dividida entre el área transversal neta de la soldadura. En la figura 3.4 se muestran tres tipos de soldadura de ranura. La unión sin preparación, mostrada en la parte a) de la figura, se utiliza para unir material relativamente delgado, de hasta aproximadamente 7.9mm (5/16 pulgada) de espesor. A medida que el material es más grueso, es necesario usar soldaduras de ranura en V, y de soldaduras de ranura en doble V como las ilustradas en las partes b) y c) de la figura 3.5, respectivamente. En estas dos soldaduras, los miembros se biselan antes de soldarse, para permitir la penetración total de la soldadura.

Se dice que las soldaduras de ranura mostradas en la figura 3.4 tienen refuerzo. El refuerzo es metal de aportación que hace mayor la dimensión de la garganta que la del espesor del material soldado. En función del refuerzo, las soldaduras de ranura se llaman soldaduras de 100%, 125%, 150%, etcétera, según sea el espesor extra en la soldadura. Existen dos razones principales para tener refuerzo, que son: 1) el refuerzo de cierta resistencia extra porque el metal adicional contrarresta los poros y otras irregularidades, y 2) al soldador le es más fácil realizar una soldadura un poco más gruesa que el material soldado. El soldador tendría dificultad, si no es que una tarea imposible, para realizar soldaduras perfectamente lisas, sin que hubiera partes ni más gruesas ni más delgadas que el material soldado.

Es indudable que el refuerzo origina soldaduras de ranura más fuertes, cuando van a estar sujetas a cargas relativamente estáticas. Sin embargo, cuando la conexión va a estar a cargas repetidas y vibratorias, el refuerzo no resulta tan satisfactorio porque las concentraciones de esfuerzos parecen desarrollarse en el refuerzo y contribuyen a una falla más rápida. Para tales casos, una práctica común es suministrar refuerzo y luego rebajarlo enrasándolo con el material conectado.

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Figura 3.4. Soldaduras de ranura.

Figura 3.5. Preparación de los bordes para soldaduras de ranura; a) Canto biselado; b) Bisel con parte cerca; c) Bisel con placa de respaldo; d) Bisel doble con separador.

En la figura 3.5 se muestran algunas de las preparaciones necesarias en los bordes, para las soldaduras de ranura. En la parte a) se muestra un borde biselado. Cuando se usan estos bordes existe siempre el problema de la socavación; ésta se puede reducir dándole al bisel una porción recta b) o usando una solera de respaldo como se muestra en c). La placa de respaldo puede ser de cobre de 0.64 cm (¼ pulgada) de espesor o mayor. El metal de aportación no se adhiere al cobre y éste tiene una muy alta conductividad que resulta útil para remover el exceso de calor y reducir la distorsión. En ocasiones se usan respaldos de 56

acero, los que generalmente se dejan para que formen parte de la conexión. Las porciones rectas en los biseles no deben usarse junto con los respaldos, debido al riesgo de que se formen bolsas de gas que impidan la penetración completa. Cuando se usan bordes de doble bisel d) a veces se introducen separadores para prevenir la socavación; éstos se remueven después de soldar por un lado de la junta.

Desde el punto de vista de la solides, de la resistencia al impacto y a esfuerzos repetitivos, y de la cantidad de metal de aporte requerido, se prefieren las soldaduras de ranura a las de fílete, aunque desde otros puntos de vista no son tan atractivas, por lo que la inmensa mayoría de las soldaduras estructurales son de filete. Si bien las soldaduras de ranura tienen esfuerzos residuales más altos y las preparaciones (tales como el empalmado y biselado) de los bordes de los miembros por unir, son costosos, probablemente la mayor desventaja es el problema que representa la preparación de las piezas para su ensamble en la obra.

3.1.6 SOLDADURAS DE FILETE

Las pruebas han mostrado que las soldaduras de filete son más resistentes a la tensión y a la compresión que al corte, de manera que los esfuerzos determinantes en soldaduras de filete que se establecen en las especificaciones para soldadura, son esfuerzos de corte. Cuando sea práctico usar soldadura de filete es conveniente arreglar las conexiones de modo que estén sujetas únicamente a esfuerzos de corte, y no a la combinación de corte y tensión, o corte y compresión.

Cuando las soldaduras de filete se prueban a la ruptura, parecen fallar por corte en ángulos de aproximadamente 45° a través de la garganta. Por consiguiente, su resistencia se supone igual al esfuerzo de corte permisible por el área teórica de la garganta de la soldadura. El grueso teórico de la garganta de diversas soldaduras de filete se muestra en la figura 3.6. El área de la garganta es igual al grueso teórico de ésta por la longitud de la soldadura. En esta figura, la raíz de la soldadura es el punto donde las superficies de las caras de las piezas de metal original se intersecan, y la garganta teórica de la soldadura es la distancia más corta de la raíz de la soldadura a la superficie externa de ésta.

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Para el filete de 45° o de lados iguales, el grueso de la garganta es 0.707 veces el tamaño de la soldadura, pero tiene diferentes valores para soldaduras de filete de lados desiguales. La soldadura de filete de preferencia debe tener una superficie plana o ligeramente convexa, aunque la convexidad de la soldadura no se sume a su resistencia calculada. A primera vista, la superficie cóncava podría parecer la forma ideal para la soldadura de filetes porque aparentemente los esfuerzos podrían fluir suave y uniformemente alrededor de la esquina con poca concentración de esfuerzo. La experiencia de años ha demostrado que los cordones de paso simple de forma cóncava, tienen gran tendencia a agrietarse por efecto del enfriamiento y este factor es de más importancia que el efecto alisador de esfuerzos debido a la forma.

Cuando un filete cóncavo se contrae, en su superficie tiene lugar una tensión que lo tiende a agrietar, en tanto que si es convexa, la contracción no provoca tensión en la superficie exterior, sino al contrario, como la cara se acorta, se produce compresión.

Otro detalle importante con respecto a la forma de las soldaduras de filete, es el ángulo de la soldadura con las piezas que se sueldan. El valor conveniente de este ángulo está en la vecindad de los 45°. Para las soldaduras de filete a 45° las dimensiones de los lados son iguales y dichas soldaduras se conocen por la dimensión de sus lados. Si las dimensiones de los lados son diferentes para una soldadura se dan las dimensiones de ambos lados para describir la soldadura.

Figura 3.6. a) superficie convexa; b) Superficie cóncava; c) Soldadura de filete de lados desiguales.

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3.2 REMACHES. CONTROL DE CALIDAD

3.2.1 NOTAS HISTÓRICAS SOBRE LOS REMACHES

Durante muchos años los remaches fueron el método aceptado para conectar los elementos de las estructuras de acero. Sin embargo, actualmente éstos no proporcionan las conexiones más económicas. Se emplean aún ocasionalmente, pero su uso ha declinado a tal grado que la mayor parte de los fabricantes de acero en Estados Unidos han descontinuado el remachado por completo. Sin embargo, es conveniente que el proyectista conozca la técnica del remachado aunque jamás tenga que diseñar una estructura remachada; podría suceder que tuviese que analizar con cargas nuevas o ampliar una estructura remachada ya existente. El propósito de las siguientes secciones es presentar una breve introducción al análisis y diseño de remaches.

Los remaches usados en la construcción de estructuras se fabrican por lo general con aceros suaves que no se vuelvan frágiles al calentarlos y martillarlos para formar sus cabezas. El remache común consta de un vastago cilíndrico de acero con una cabeza redondeada en uno de sus extremos y son obsoletos. Es difícil encontrar un fabricante de estructuras de acero que aún use remaches. Se calienta en la obra a un color rojo cereza (aproximadamente 1 800°F), se inserta en el agujero y se le forma una cabeza en el otro extremo por medio de una pistola remachadora accionada con aire comprimido. La pistola, que tiene una depresión en su extremo para dar a la cabeza del remache una forma adecuada, aplica a éste una rápida sucesión de golpes.

En el remachado hecho en taller, los remaches se calientan a un color rojo cereza y se guían con un remachador de presión. Este tipo de remachador aprieta el remache con una presión variable de entre 50 y 80 toneladas y lo coloca con un solo golpe. Debido a esta gran presión, el remache en estado plástico llena el agujero en forma muy satisfactoria. Este tipo de remachado se prefiere al hecho con martillo neumático, pero no le permiten mayores resistencias nominales a las especificadas para remaches. Los remachadores de presión son más rápidos que los remachadores portátiles, pero éstos se requieren en los lugares de acceso difícil.

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Al enfriarse el remache se contrae y aprieta las partes conectadas, al apretar causa una transferencia considerable de esfuerzo entre las partes conectadas por medio de esfuerzos de fricción. Esta fricción no es confiable por lo que las especificaciones no permiten su inclusión en la resistencia de una conexión. Los remaches se acortan tanto en dirección longitudinal como transversal y se vuelven más pequeños que los agujeros que se supone deben llenar completamente. (Las resistencias permisibles para remaches se dan en términos de sus áreas transversales nominales antes de colocarlos.).

Algunos remaches de taller se instalan en frío a presiones tremendas. Obviamente el proceso de instalación en frío funciona mejor para remaches pequeños aunque a veces se ha usado con éxito con remaches grandes. Los remaches colocados en frío llenan mejor los agujeros, eliminan el costo del calentamiento y son más fuertes, debido a que el acero se trabaja en frío. Sin embargo, hay una reducción de la fuerza de agarre ya que los remaches no se contraen después de colocados.

3.2.2 TIPOS DE REMACHES

Los tamaños de remaches usados comúnmente en estructuras eran de 1.91cm.

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pulgada) y de 2.22cm. (7/8 pulgada) de diámetro, pero podían conseguirse en tamaños de 3.81cm.(1 ½ pulgada) con incrementos de 0.32cm.(1/8 pulgada) (Los tamaños más pequeños se usaban para armaduras ligeras de techo, letreros, torres pequeñas, etcétera, y los tamaños mayores se usaban para puentes largos o torres muy grandes y edificios muy altos.). El empleo de más de uno o dos tamaños de remaches o tornillos en una misma estructura no es conveniente, debido a lo caro que resulta punzonar agujeros diferentes en el taller y a la confusión que puede crearse durante el montaje. Existen casos en donde es absolutamente necesario usar diferentes tamaños, como cuando se requieren tornillos o remaches más pequeños para mantener las distancias justas al borde en ciertas secciones, pero dichas situaciones deben evitarse siempre que sea posible.

Las cabezas de remaches eran generalmente redondas y se llamaban cabezas de botón; pero por requisitos de distancia libre las cabezas a veces eran planas o abocardadas y enrasadas. Estos tipos se muestran en la figura 3.7.

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Figura 3.7 Tipo de remachas

Los remaches abocardados y enrasados no tienen áreas suficientes de apoyo para desarrollar su resistencia total y debe reducirse 50% en el diseño. Un remache con cabeza aplanada era preferible a un remache abocardado, pero si se requería una superficie lisa, era necesario usar los remaches abocardados y enrasados. Este último tipo de remaches era bastante más caro que el tipo con cabeza de botón y además era más débil y por eso no se usaban sino cuando era estrictamente necesario.

En los párrafos siguientes se describen los tres tipos de remaches de uso estructural clasificados por la ASTM.

Remaches tipo A502, grado 1

Estos remaches se usaron para la mayoría de los trabajos estructurales; tenían un contenido de carbono de aproximadamente 0.80%, eran más débiles que el acero estructural al carbono ordinario y tenían una mayor ductilidad. El mayor uso de estos remaches en relación con los de alta resistencia, independientemente de la resistencia del acero usado para los miembros estructurales, se debió a su factibilidad de su colocación.

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Remaches tipo A502, grado 2

Estos remaches de acero al carbono-manganeso tienen resistencia más alta que los de grado 1 y se elaboraron para usarse con aceros de alta resistencia. Sus altas resistencias permiten al proyectista usar menos remaches en una conexión y, por tanto, placas de nudo más pequeñas.

Remaches tipo A502, grado 3

Estos remaches tienen las mismas resistencias nominales que los de grado 2, pero tienen una resistencia mucho mayor a la corrosión atmosférica, igual a aproximadamente cuatro veces la de los remaches de acero al carbono sin cobre.

3.3 ATORNILLADAS. CONTROL DE CALIDAD

3.3.1 TIPOS DE TORNILLOS

Existen varios tipos de tornillos que pueden usarse para conectar miembros de acero; estos se describen en los siguientes párrafos.

Tornillos ordinarios o comunes. Estos tornillos los designa la ASTM como tornillos A307 y se fabrican con aceros al carbono con características de esfuerzos y deformaciones muy parecidas a las del acero A36. Están disponibles en diámetros que van de 1.60cm (5/8 pulgadas) hasta 3.81cm (1 ½ pulgada) en incrementos de 0.32cm (1/8 pulgada).

Los tornillos A307 se fabrican generalmente con cabezas y tuercas cuadradas para reducir costos, pero las cabezas hexagonales se usan a veces porque tienen una apariencia un poco más atractiva, son más fáciles de manipular con las llaves mecánicas y requieren menos espacio para girarlas. Tienen relativamente grandes tolerancias en el vástago y en las dimensiones de la cuerda, pero sus resistencias de diseño son menores que las de los remaches o de los tornillos de alta resistencia. Se usan principalmente en

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estructuras ligeras sujetas a cargas estáticas y en miembros secundarios (pielargueros, correas, riostras, plataformas, armaduras pequeñas, etc.).

Los proyectistas a veces son culpables de especificar tornillos de alta resistencia en conexiones para las que los tornillos ordinarios serían satisfactorios. La resistencia y ventajas de los tornillos ordinarios se subestimaron en el pasado. El análisis y diseño de las conexiones con tornillos A307 se efectúan exactamente igual que en las conexiones remachadas, excepto que los esfuerzos permisibles son diferentes.

Tornillos de alta resistencia. Estos tornillos se fabrican a base de acero al carbono tratado térmicamente y aceros aleados; tienen resistencias a la tensión de dos o más veces la de los tornillos ordinarios. Existen dos tipos básicos, los A325 (hechos con acero al carbono tratado térmicamente) y los A490 de mayor resistencia (también tratados térmicamente, pero hechos con acero aleado). Los tornillos de alta resistencia se usan para todo tipo de estructuras, desde pequeños edificios hasta rascacielos y puentes monumentales. Estos tornillos se desarrollaron para superar la debilidad de los remaches (principalmente la tensión insuficiente en el vástago una vez enfriados). Las tensiones resultantes en los remaches no son suficientemente grandes para mantenerlos en posición durante la aplicación de cargas de impacto o vibratorias; a causa de esto, los remaches se aflojan, vibran y a la larga tienen que reemplazarse. Los tornillos de alta resistencia pueden apretarse hasta alcanzar esfuerzos muy altos de tensión, de manera que las partes conectadas quedan fuertemente afianzadas entre la tuerca del tornillo y su cabeza, lo que permite que las cargas se transfieran principalmente por fricción.

En ocasiones se fabrican tornillos de alta resistencia a partir de acero A449 con diámetros mayores de 3.81cm. que es el diámetro máximo de los A325 y A490. Estos tornillos pueden usarse también como pernos de anclaje de alta resistencia y para barras roscadas de diversos diámetros.

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3.3.2

TORNILLOS

APRETADOS

SIN

HOLGURA

Y

TORNILLOS

COMPLETAMENTE TENSADOS.

Se dice que los tornillos de alta resistencia son apretados sin holgura o bien completamente tensados.

Otros

tornillos

requieren

apretarse

sólo

hasta

quedar

apretados

sin

holgura

.Esto se logra cuando todos los paños de una conexión están en contacto firme entre sí. En general se obtiene con el esfuerzo total realizado por un operario con una llave manual o el apretado que se efectúa después de unos pocos golpes con una llave de impacto. Obviamente hay algunas diferencias en los grados de apretado en estas condiciones. Los tornillos apretados sin holgura deben identificarse claramente tanto en los planos de diseño como en los de montaje.

Cuando se aplican cargas a tornillos apretados sin holgura puede haber un pequeño deslizamiento ya que los agujeros son un poco mayores que los vástagos de los tornillos. En consecuencia, las partes de la conexión pueden apoyarse contra los tornillos.

Puede verse que esta no es una situación deseable si se tienen casos de fatiga con las cargas constantemente cambiando.

Para casos de fatiga y para conexiones sometidas a tensión directa, es deseable usar conexiones que no se deslicen. A éstas se les llama conexiones de deslizamiento crítico. Para lograr esta situación, los tornillos deben apretarse hasta que alcanzan una condición plenamente tensionada en la que ellos están sometidos a fuerzas de tensión extremadamente grandes.

Los tomillos completamente tensados son un proceso caro, así como su inspección, por lo que sólo deben usarse cuando es absolutamente necesario, y cuando las cargas de trabajo ocasionan un gran número de cambios en los esfuerzos con la posibilidad de que se generen problemas de fatiga.

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Los tornillos apretados sin holgura tienen varias ventajas sobre los completamente tensados. Un obrero puede apretar apropiadamente los tornillos a una condición sin holgura con una llave de cola ordinaria o con sólo unos cuantos golpes con una llave de impacto. La instalación es rápida y sólo se requiere una inspección visual del trabajo realizado. (Este no es el caso en los tornillos completamente tensados.) Además, los tornillos apretados sin holgura pueden instalarse con llaves eléctricas, eliminando así la necesidad de tener aire comprimido en la obra. En consecuencia, el uso de tornillos apretados sin la holgura ahorra tiempo y dinero y es más seguro que el procedimiento necesario para instalar tornillos completamente tensados. Por lo tanto, para la mayoría de los casos deberían usarse tornillos apretados sin holgura.

El control de calidad especificado para la fabricación de los tornillos A325 y A490 es más estricto que para la de los tornillos A449. Por lo que, independientemente del método para apretar, los tornillos A449 no pueden usarse en conexiones tipo fricción. Aunque muchos ingenieros sentían que debería existir cierto deslizamiento en comparación con los remaches (ya que los remaches calientes llenan en forma más completa los agujeros), los resultados de pruebas han demostrado que hay menos deslizamiento en juntas con tornillos de alta resistencia completamente tensados que en las juntas remachadas bajo circunstancias similares.

Es interesante observar que las tuercas usadas con los tornillos de alta resistencia, completamente tensados, no necesitan precaución especial para asegurarlas. Una vez que estos tornillos se instalan y que la tuerca se ha apretado lo suficiente para producir la tensión requerida, casi no existe la tendencia de las tuercas a aflojarse.

3.3.3 MÉTODOS PARA TENSAR COMPLETAMENTE LOS TORNILLOS DE ALTA RESISTENCIA

Existen varios métodos para apretar los tornillos completamente tensados. Tales procedimientos, incluido el método del giro de la tuerca, el de la llave calibrada y el uso de tornillos de diseño alternativo, así como los indicadores directos de tensión.

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Método del giro de la tuerca. Los tornillos se aprietan sin holgura y luego se les da un giro de 1/3 o una vuelta completa, dependiendo de la longitud de éstos y de la inclinación de las superficies entre sus cabezas y tuercas. (La magnitud del giro puede controlarse fácilmente marcando la posición apretada sin holgura con pintura o crayón.)

Método de la llave calibrada. En este método los tornillos se aprietan con una llave de impacto ajustada para detenerse cuando se alcanza el par necesario para lograr la tensión deseada de acuerdo con el diámetro y la clasificación de la ASTM del tornillo. Es necesario que las llaves se calibren diariamente y que se usen roldanas endurecidas. Deben protegerse los tornillos del polvo y de la humedad en la obra. El lector debe consultar la Specification for Structural Joints Using ASTMA325 o A490 Bolts (Especificación para juntas estructurales usando tornillos A325 o A490) en la parte 6 del Manual donde se dan requisitos adicionales sobre el apriete de los tornillos.

Indicador directo de tensión. El indicador directo de tensión (que originalmente era un dispositivo británico) consiste en una roldana endurecida con protuberancias en una de sus caras en forma de pequeños arcos. Los arcos se aplanan conforme se aprieta el tornillo. La magnitud de la abertura, en cualquier momento es una medida de la tensión en el tornillo. En los tornillos completamente tensados las aberturas deben medir 0.015 pulg. o menos.

Tornillos de diseño alternativo. Además de los métodos anteriores existen algunos tornillos de diseño alternativo que pueden tensarse satisfactoriamente. Los tornillos con extremos ranurados que se extienden más allá de la porción roscada llamados "Perno indicador de carga" son un ejemplo. Se usan boquillas especiales en las llaves para apretar las tuercas hasta que se degollan los extremos ranurados. Este método de apretar tornillos es bastante satisfactorio y conducirá en menores costos de mano de obra.

Para ninguno de los métodos de apretar mencionados antes se especifica una tensión máxima para el tornillo. Esto implica que el tornillo puede apretarse a la carga más alta que no lo rompa y que aún así trabaje con eficiencia. Si el tornillo se rompe, se coloca otro sin mayores consecuencias. Debe notarse que las tuercas son más fuertes que el tornillo y que éste se romperá antes de que la tuerca se fracture.

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En situaciones de fatiga, donde los miembros están sujetos a fluctuaciones constantes de las cargas, es muy conveniente la conexión tipo fricción.

3.3.4 JUNTAS MIXTAS

En ocasiones los tornillos pueden usarse en combinación con soldaduras y otras veces en combinación con remaches (como cuando se añaden a viejas conexiones remachadas para permitirles recibir mayores cargas).

Tornillos en combinación con soldaduras. Para construcciones nuevas no se usan tornillos ordinarios A307 ni los de alta resistencia, en conexiones tipo aplastamiento, para compartir la carga con soldaduras. (Antes de que la resistencia última de la conexión se alcance, los pernos se deslizarán y la soldadura tendrá que tomar una proporción mayor de la carga; la proporción exacta es difícil de determinar.) En tales circunstancias la soldadura tendrá que diseñarse para resistir la carga total.

Si los tornillos de alta resistencia se diseñan para juntas tipo fricción, se puede permitir que compartan la carga con la soldadura. Si se hacen primero las soldaduras, el calor de éstas puede distorsionar la conexión de modo que no se obtenga la resistencia al deslizamiento crítico deseada en los tornillos. Si éstos se colocan y se aprietan totalmente antes de hacer las soldaduras, el calor de la soldadura no cambiará las propiedades mecánicas de los tornillos. Para tal caso, puede suponerse que los tornillos de deslizamiento crítico y las soldaduras comparten la carga.

Si estamos haciendo alteraciones en una estructura existente que está conectada con tornillos de aplastamiento o apretados sin holgura o bien con remaches, podemos suponer que cualquier deslizamiento que vaya a ocurrir, ya ha tenido lugar. Entonces, si estamos usando soldaduras en la alteración, diseñaremos esas soldaduras despreciando la fuerzas que se producen por la carga muerta existente.

Tornillos de alta resistencia en combinación con remaches Se permite que los tornillos de alta resistencia compartan la carga con remaches en construcciones nuevas o en modificaciones de conexiones ya existentes que se hayan diseñado como tipo fricción. (La ductilidad de los remaches permite que ambos tipos de sujetadores trabajen en conjunto.) 67

3.3.5 TAMAÑOS DE LOS AGUJEROS PARA TORNILLOS

Además de los agujeros de tamaño estándar para tornillos y remaches que son 1.6 mm (1/16 pulgadas). de mayor diámetro que los correspondientes tornillos y remaches, hay tres tipos de agujeros agrandados: holgados, de ranura corta y de ranura larga. Los agujeros holgados en ocasiones son muy útiles para acelerar el proceso de montaje; además, permiten ajustes en la plomería de la estructura durante el montaje de ésta.

TABLA 3.1. DIMENSIONES NOMINALES DE AGUJEROS

La tabla 3.1, proporciona las dimensiones nominales de los diversos tipos de agujeros agrandados permitidos para los diferentes tamaños de conectores.

Los casos en que pueden usarse los diversos tipos de agujeros agrandados se describen a continuación.

Los agujeros holgados pueden usarse en todas las placas de una conexión, siempre que la carga aplicada no exceda a la resistencia permisible al deslizamiento. No deben utilizarse en juntas tipo aplastamiento. Es necesario usar roldanas endurecidas sobre estos agujeros

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holgados en las placas exteriores. El empleo de agujeros agrandados permite el uso de tolerancias de construcción mayores.

Los agujeros de ranura corta pueden usarse independientemente de la dirección de la carga aplicada para conexiones de deslizamiento crítico o de tipo aplastamiento si la resistencia permisible por deslizamiento es mayor que la fuerza aplicada. Si la carga se aplica en una dirección aproximadamente normal (entre 80° y 100°) a la ranura, estos agujeros pueden usarse en algunas o todas las capas de las conexiones por aplastamiento. Es necesario usar rondanas (endurecidas si se usan tornillos de alta resistencia) sobre los agujeros de ranura corta en las capas exteriores. El uso de agujeros de ranura corta permite algunas tolerancias de maquinado y fabricación, pero no es necesario para los procedimientos de deslizamiento crítico.

Los agujeros de ranura larga pueden usarse en cualquiera, pero sólo en una de las partes conectadas y en cualquier superficie de contacto en conexiones tipo fricción o tipo aplastamiento. En las juntas tipo fricción estos agujeros pueden usarse en cualquier dirección, pero en las juntas de tipo aplastamiento las cargas deben ser normales (entre 80° y 100°) a los ejes de los agujeros. Si se usan agujeros de ranura larga en una capa exterior es necesario cubrirlos con roldanas o con una barra continua. En conexiones con tornillos de alta resistencia las roldanas o la barra no tienen que ser endurecidas, pero deben ser de material estructural y no deben ser menores de 0.79 cm (5/16 pulgadas) en su espesor. Los tornillos de ranura larga se usan generalmente cuando se hacen conexiones a estructuras existentes donde las posiciones exactas de los miembros que van a conectarse no se conocen.

Las arandelas se usan en general para impedir ralladuras o ecoraciones de los miembros cuando se aprietan los tornillos. Mucha gente piensa que aquellas también sirven para repartir la fuerza del tornillo de ajuste mas uniformemente a los miembros conectados. Sin embargo, las pruebas han mostrado que las arandelas de tamaño estándar no afectan mucho la presión, excepto cuando se usan agujeros holgados o de ranura corta.

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CAPITULO 4. PLACAS

4.1 DE ASIENTO

4.1.1 PLACAS DE ASIENTO PARA VIGAS.

Cuando los extremos de las vigas están soportados por apoyo directo sobre concreto o mampostería con frecuencia es necesario distribuir las reacciones de las vigas por medio de placas de asiento o apoyo. Se supone que la reacción se distribuye uniformemente a través de la placa sobre la mampostería y que la mampostería reacciona contra la placa con una presión uniforme igual a la flexión. Esta presión tiende a doblar hacia arriba a la placa y al patín inferior de la viga. Se recomienda que se considere que la placa de apoyo toma el momento flexionante total producido y que la sección critica para el momento se considere a una distancia k (línea de garantía) del centro de la viga. (Ver la figura 4.1). La distancia k es la misma que la distancia de la cara exterior del patín al limite del filete del alma. La determinación de la distribución exacta de la presión en una placa de asiento es un problema muy difícil, por lo que se supone por lo general una distribución uniforme de presión. Esta suposición es probablemente conservadora, ya que la presión por lo común es mayor en el centro de la viga que en los bordes. Los bordes exteriores de la placa y patín tienden a doblarse hacia arriba y el centro de la viga tiende a bajar, concentrándose ahí la presión.

El espesor requerido de una franja de 1 cm de ancho de placa puede determinarse como sigue con referencia a la figura 4.1. Donde 2

M = fp n (n/2) = (fp n ) / 2 S = I / C = [(1/12) (1) (t)3] / (t/2) = t2 / 6 M/f=S (fp n2) / 2f = t2 / 6 t = √ (3fpn2 / Fb)

M = Momento flexionante fp = Esfuerzo de flexión del concreto n = Distancia critica S = Modulo de sección elástica I = Momento de inercia C = Distancia máxima al eje neutro t = Espesor de placa f = Esfuerzo de flexión Fb = Esfuerzo permisible a flexión

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Figura 4.1

4.2 DE BASE

4.2.1 PLACAS BASE PARA COLUMNAS CARGADAS AXIALMENTE.

El esfuerzo de diseño por compresión en el área de apoyo de un cimiento de concreto o de mampostería, es mucho menor que el correspondiente a la base de acero de una columna. Cuando una columna de acero se apoya en la parte superior de un cimiento, o de una zapata aislada, es necesario que la carga de la columna se distribuya en un área suficiente para evitar que se sobresfuerce el concreto. Las cargas de las columnas de acero se transmiten a través de una placa base de acero a un área razonablemente grande del cimiento, que se localiza debajo de dicha placa.

Las placas base de las columnas de acero pueden soldarse directamente a las columnas, o pueden ligarse por medio de alguna oreja de ángulo remachada o soldada, estos métodos de conexión se ilustran en la figura 4.2.

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Figura 4.2

Se muestra una placa base soldada directamente a la columna en la parte a) de la figura 4.2. Para columnas pequeñas, estas placas pueden soldarse a la columna en el taller, pero para columnas mayores es necesario embarcar las placas por separado y colocarlas en su nivel correcto. Entonces las columnas se montan y se conectan con el cabezal mediante tornillos de anclaje o anclas que pasan a través de las orejas de ángulos que se han soldado a las columnas en el taller. Este tipo de arreglo se muestra en la parte b) de la figura 4.2. Algunos diseñadores prefieren utilizar orejas tanto en los patines como en el alma.

Una fase crítica en el montaje de un edificio de acero es el posicionamiento correcto de las placas base de las columnas. Si ellas no están localizadas en sus elevaciones correctas, serios cambios de esfuerzo pueden ocurrir en las vigas y columnas de la estructura de acero. Uno de los tres siguientes métodos se usa para preparar el sitio para el montaje de una columna en su elevación apropiada: placas niveladoras, tuercas niveladoras o placas de base precolocadas.

Para placas base de pequeño a mediano tamaño (de 50cm a 56cm), aproximadamente placas niveladoras de 6.4mm de espesor con las mismas dimensiones que las placas base (o un poco mayores) son enviadas a la obra y cuidadosamente enlechadas en su lugar a las elevaciones apropiadas. Luego las columnas con sus placas base unidas a ellas se fijan sobre las placas niveladoras. 72

Como esas placas niveladoras son muy ligeras y pueden manejarse manualmente, son fijadas por el contratista de la cimentación. Esto es también así para las placas base más ligeras. Por otra parte, las placas base grandes, que tienen que ser levantadas con grúa, son usualmente fijadas por el montador de la estructura de acero.

Para placas base más grandes, de hasta 90cm, se usan algunos tipos de tuercas niveladoras para ajustar en dirección vertical las placas de base. Para garantizar estabilidad durante el montaje esas tuercas deben usarse en por lo menos cuatro pernos de anclaje.

Si las placas base son mayores de aproximadamente 90cm, las columnas con las placas base unidas a ellas son tan pesadas e incómodas de manejar, que es difícil embarcarlas juntas. Para tales casos las placas base se envían a la obra y se colocan antes de proceder al montaje de la estructura de acero. Ellas pueden nivelarse con partes de relleno o cuñas.

Para placas bases sumamente grandes con peso de varias toneladas, pueden construirse marcos a base de ángulos para soportar las placas. Éstos se nivelan cuidadosamente y se rellenan de concreto, que es enrasado a las elevaciones correctas y las placas base se apoyan directamente sobre el concreto.

Una columna transfiere su carga a la zapata de soporte a través de la placa base. Si el área del concreto de soporte es mayor que el área de la placa, la resistencia del concreto será mayor. En ese caso el concreto que rodea al área de contacto suministra un soporte lateral apreciable a la parte directamente cargada y en consecuencia el concreto cargado puede soportar más carga. Esto se refleja en los esfuerzos de diseño.

Las longitudes y anchos de las placas base para columnas generalmente se seleccionan en múltiplo de pares de 2.54cm (1 pulgada) y sus espesores en múltiplo de 3.18mm(1/8 pulgada) hasta 3.18cm (1 ¼ pulgada) y después en múltiplos de 6.4mm (1/4 pulgada). Para garantizar que las cargas de las columnas se repartan uniformemente sobre sus placas base es esencial que exista contacto entre las dos.

Las placas de entre 5cm y 10cm de espesor pueden enderezarse por aplicación de presión o ellas pueden maquinarse de acuerdo con el fabricante del acero. 73

Si la superficie del fondo de la placa está en relación con la lechada de cemento para asegurar un contacto completo con la cimentación, la placa no requiere de maquinado. Además, la parte superior de las placas mayores de 10cm de espesor no requieren maquinado si se usan soldaduras de penetración completa.

Se considerarán inicialmente columnas que soportan cargas de magnitud media. Si las cargas son muy pequeñas, de modo que las placas base resultan también muy pequeñas.

4.2.2 PLACAS DE BASE RESISTENTES A MOMENTO DE COLUMNAS

Con frecuencia las bases de columnas se diseñan para resistir momentos flexionantes junto con cargas axiales. Una carga axial genera compresión entre una placa de base y la zapata soportante, mientras que un momento incrementa la compresión de un lado y la disminuye en el otro. Para momentos promedio, las fuerzas pueden ser transferidas a la zapata por flexión de la placa de base, pero cuando son muy grandes, deben usarse conexiones rigidizadas de botas. Para un momento pequeño, el área entera de contacto entre la placa y la zapata de soporte permanecerán en compresión. Este será el caso si la resultante de la carga se sitúa dentro del tercio medio de la longitud de la placa en la dirección de la flexión.

Las figuras 4.3 a) y b) muestran placas de base adecuadas para resistir momentos relativamente pequeños. Para esos casos los momentos son suficientemente pequeños para permitir su transferencia a las zapatas por flexión de las placas de base. Los pernos de anclaje pueden o no tener esfuerzos calculables pero no obstante, ellos se consideran necesarios para una buena práctica de construcción. Ellos definitivamente son necesarios para mantener las columnas firmes y verticales en su lugar durante el proceso inicial de montaje. Las retenidas temporales son también necesarias durante el montaje. Los pernos de anclaje deben ser robustos y capaces de resistir fuerzas imprevistas del montaje. Algunas veces esas pequeñas placas son unidas a las columnas en el taller y a veces se envían sueltas a la obra y fijadas cuidadosamente a las elevaciones correctas en el campo.

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Si la excentricidad (e = M/P) es suficientemente grande de tal manera que la resultante se sitúe fuera del tercio medio de la placa, habrá un levantamiento en el otro lado de la columna, sometiendo a tensión los pernos de anclaje de ese lado.

El momento será transferido de la columna a la zapata por medio de los pernos de anclaje, empotrados una profundidad suficiente en la zapata para desarrollar las fuerzas. El empotramiento debe calcularse según lo requieren los métodos de diseño de concreto reforzado. La conexión de botas mostrada en la figura 4.3 c) se supone soldada a la columna. Las botas están hechas generalmente de ángulos o canales y no están conectadas directamente a la placa de base. Más bien el momento se transmite de la columna a la cimentación por medio de los pernos de anclaje. Cuando se usan conexiones de botas, normalmente las placas de base se envían sueltas a la obra y se fijan cuidadosamente a la elevación correcta sobre el terreno.

La capacidad de esas conexiones para resistir rotaciones depende de las longitudes de los pernos de anclaje que pueden deformarse elásticamente. Esta capacidad puede incrementarse algo pretensionando los pernos de anclaje. En realidad el preesfuerzo no es muy confiable y usualmente no se usa debido al flujo plástico a largo plazo del concreto.

Cuando se usa una conexión rígida o resistente a momentos entre una columna y su zapata, es absolutamente necesario que el suelo o roca subyacente sea poco compresible o la base de la columna girará. Si esto sucede, la conexión rígida entre la columna y la zapata no será de utilidad. Para los fines de esta Sección se supone que el subsuelo es capaz de resistir el momento aplicado a éste sin rotación apreciable.

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Figura 4.3 Bases resistentes a momento de columna.

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CAPITULO 5. FABRICACION Y MONTAJE.

5.1 EN TALLER

5.1.1 IDENTIFICACIÓN DE MATERIALES

El proveedor de aceros de alta resistencia y de aceros sujetos a especificaciones especiales deberá poner la marca de identificación a sus materiales laminados antes de entregarlos al taller del fabricante o a la obra. Cuando los materiales laminados carezcan de la marca de identificación del proveedor, no deberán usarse hasta su plena identificación a través de las especificaciones que a continuación se mencionan: •

Acero estructural con límite de fluencia mínimo de 2950 kg/cm2 y con un espesor máximo de 12.7 mm.

•

Tubos de acero, con o sin costura, negros y galvanizados por inmersión en caliente.

•

Tubos de acero al carbono para usos estructurales, formados en frío, con o sin costura de sección circular o de otras formas.

•

Tubos con o sin costura, de acero al carbono, formados en caliente, para usos estructurales.

•

Lámina de acero de baja aleación y alta resistencia, laminada en caliente y laminada en frío, resistente a la corrosión.

•

Acero estructural de baja aleación y alta resistencia.

•

Acero estructural de alta resistencia y baja aleación al manganeso – vanadio.

•

Lámina de acero al carbono laminada en caliente, para uso estructural.

Durante la fabricación, cada pieza de acero de alta resistencia y de acero con requisitos especiales deberá conservar la marca de identificación del proveedor o del fabricante, hasta quedar ensamblada con otros miembros. El sistema de marcas de identificación del fabricante deberá tener su descripción escrita a disposición del propietario.

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Los miembros de acero de alta resistencia y de acero con requisitos especiales no deberán llevar las mismas marcas de ensamble o montaje que los miembros hechos de otros aceros, aun cuando sus dimensiones y detalles sean idénticos.

5.1.2 HABILITADO DEL MATERIAL

Los oxicortes pueden ser a mano libre o con guía mecánica. Las superficies de estructuras que en los planos se señalan como "alisadas" se definen como las que tienen una altura de rugosidad ANSÍ máxima de 500. Cualquier técnica de fabricación que produzca este acabado, tal como corte por fricción, aserrado en frío, esmerilado, etc., es aceptable.

5.1.3 PINTURA DE TALLER

Los documentos contractuales deberán especificar todos los requisitos referentes a la pintura de taller de la estructura, indicando los miembros que deben pintarse, la forma de preparar la superficie, las especificaciones de la pintura y el espesor de película seca de la pintura, en micras.

Cuando los documentos contractuales no especifiquen los requisitos referentes a la pintura de taller de la estructura, se entenderá que ésta protege el acero solamente por corto lapso de exposición en condiciones atmosféricas ordinarias y se considera como un recubrimiento temporal y provisional, aunque constituya la capa primaria del sistema de protección. El fabricante no tiene responsabilidad por el deterioro de la pintura primaria que pueda resultar de la exposición prolongada a condiciones atmosféricas ordinarias ni a exposición a condiciones más corrosivas que las normales.

Si los documentos contractuales no establecen otra cosa, antes de pintar el fabricante limpiará a mano la superficie de la estructura para remover el óxido suelto, la escama de laminación suelta, tierra y otras materias extrañas, mediante el uso de cepillos de alambre o por otro método elegido por él. A no ser que el propietario expresamente rechace la calidad de la limpieza antes de que se aplique pintura, se considerará aceptada la calidad de la limpieza efectuada por el fabricante.

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El fabricante podrá elegir el método de aplicación de la pintura, ya sea con brocha, con pistola, rodillo, por inmersión u otro, a no ser que las especificaciones limiten la forma de aplicar la pintura. Cuando no se especifique el espesor de la mano de pintura de taller, el espesor mínimo de la película seca será de 25 micras.

El acero que no requiera pintura en taller se limpiará de aceite o grasa con solventes; la tierra y otras materias extrañas se quitarán con un cepillo de fibra u otro método conveniente.

Es de esperarse cierto deterioro de la pintura por el manejo de la estructura. El retoque de las partes dañadas es responsabilidad del encargado de la pintura de campo.

5.1.4 MARCAS DE MONTAJE Y ENTREGA

Si no se estipula otra cosa, las marcas de montaje se pondrán en los miembros de la estructura con pintura u otro medio adecuado.

Los tornillos y remaches generalmente se embarcan en paquetes según su diámetro y largo; las tuercas sueltas y las arandelas, también se envían en paquetes separados, según sus tamaños. Las partes pequeñas como pasadores y los paquetes de remaches, tornillos, tuercas y arandelas, generalmente se meten en cajas, barriles u otro tipo de embalaje. Por lo regular se pone por el exterior del embalaje una lista y descripción del contenido.

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5.2 EN CAMPO

5.2.1 AJUSTE Y SUJECIÓN

Los elementos salientes de las piezas de conexión no tienen que enderezarse en el plano conectado si puede demostrarse que la instalación de los sujetadores o el uso de dispositivos de ajuste proporcionarán un contacto razonable entre las superficies de unión.

Frecuentemente es necesario usar placas de extensión en las uniones a tope para obtener soldaduras de buena calidad. No es necesario que el fabricante o montador las quite a no ser que se especifique en los documentos contractuales. Cuando se requiera su remoción, puede hacerse con oxicorte a mano libre cerca del borde del miembro unido sin que se requiera mayor alisado a no ser que los documentos contractuales estipulen otro tipo de terminación.

5.2.2 TOLERANCIAS EN DIMENSIONES

Se permite una variación de 1 mm en el largo total de miembros con ambos extremos alisados para apoyo por contacto como se define en la habilitación del material.

Los miembros con extremos sin alisar para apoyo por contacto, que serán ensamblados con otras partes de la estructura de acero, podrán tener una variación de longitud con la dimensión del plano de detalle no mayor de 2 mm. para miembros hasta de 10 m. de largo, ni mayor de 3 mm. para miembros de más de 10 m de largo.

Los miembros estructurales de un solo perfil o armados, tendrán las mismas tolerancias en su rectitud que las vigas de perfil IR. Como excepción, la tolerancia en rectitud para miembros en compresión es 1 /1 000 de la distancia entre soportes laterales.

Los miembros terminados no tendrán torceduras, dobleces, ni juntas abiertas. Los defectos muy notables de este tipo serán motivo de rechazo de la pieza. Cuando no se especifica una contraflecha determinada para vigas y armaduras, se procurará fabricarlas de forma tal que en caso de existir flecha en los materiales laminados, al montarse las piezas, la curvatura quede como contraflecha. 80

Las variaciones permisibles en el peralte de vigas pueden resultar en cambios bruscos de peralte en las uniones. Las diferencias de peralte dentro de tolerancias en uniones atornilladas se ajustarán con placas de relleno. En uniones soldadas podrá ajustarse el perfil de la soldadura para adaptarlo a la variación del peralte, siempre que se mantenga la sección transversal mínima necesaria de soldadura, y que la pendiente de la superficie de la soldadura cumpla con el Código de Soldadura Estructural AWS.

5.2.3 ENTREGA DE MATERIALES

La estructura de acero deberá entregarse en la secuencia que permita la ejecución más económica y eficiente en su fabricación y montaje. Si el propietario desea establecer o controlar la secuencia de entrega de la estructura, deberá reservar su derecho y definir los requisitos en los documentos contractuales. Si el propietario contrata con otros la entrega y el montaje, deberá coordinar las actividades de los contratistas. Los materiales que serán empotrados en la obra de albañilería, tales como pernos de anclaje y otros similares, deberán embarcarse a tiempo para estar disponibles cuando se necesiten. El propietario deberá dar tiempo suficiente al fabricante para que produzca y embarque estos materiales antes de que sean re-, queridos en la obra.

Las cantidades de material mostradas en las listas de embarque generalmente son aceptadas como correctas por el propietario, fabricante y montador. Si se reclama cualquier faltante, el propietario o el montador deberán notificar inmediatamente al transportista y al fabricante para que se investigue la reclamación.

El tamaño y el peso de las piezas de acero estructural pueden estar limitados por las instalaciones del fabricante, por los medios de transporte disponibles y por las condiciones en el sitio de la obra. El fabricante determinará el número de uniones de campo para lograr la mayor economía de la estructura.

Si la estructura llega dañada a su destino, la parte responsable de su recepción deberá notificar al fabricante y al transportista antes de la descarga del material o inmediatamente después de descubrir el daño.

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5.3 EQUIPO DE MONTAJE.

Una lista completa de revisión del equipo y herramientas que se utilizan en el montaje de estructuras de acero para edificios deberá incluir los conceptos que se indicaran a continuación. Por conveniencia se ha tabulado en orden alfabético. La selección de las partidas para una lista estándar de herramientas dependerá de las necesidades del montador, del tipo de estructuras que espera montar, y deberá arreglarse para cumplir sus necesidades particulares.

Lista de herramientas.

Azuela. Anclas: tipo horquilla; con extremo abierto. Se deberá tener a mano una amplia existencia en diferentes dimensiones y capacidades, de tal manera que puedan enviarse con anticipación al lugar de la obra para su instalación. Taladro: para perforaciones en madera. Automóvil: de pasajeros. Camión, camioneta, camión para trabajo pesado, Jeep.

Hacha. Punzón para sacar conectores: de mano. Cuando es necesario sacar remaches, una de las cabezas de estos se quema con soplete o se corta con un corta remaches y después se utiliza el punzón de mano para empujar el vástago fuera del agujero.

Viga equilibradora: es un mecanismo que se utiliza cuando se requiere levantar una pieza del equipo, que debido a su flexibilidad o longitud es inestable cuando se iza por el centro, cuando los estrobos de izaje no se pueden utilizar con seguridad.

Canasta: para tornillos; una canasta de metal que permita mantener el buen orden y manejo de los tornillos, rondanas y herramientas pequeñas, así como también proporcionar seguridad al transportar tales materiales por medio de una cuerda de izaje. Campanas: equipo manual de señalación, cuerda, poleas; equipos eléctricos de señales, luces, caja de control de señales, cable de alambre.

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Garruchas: de cable Manila: de una polea; con doble polea; con triple polea; con poleas múltiples, como gancho, con mango, con polea de bisagra; de compuerta.

Tornillos: para montaje; rondanas para montaje, para obra falsa, rondanas para obra falsa, para empalmes de plumas, de mástiles, de plumas giratorias, largueros, pies derechos, postes grúas, rueda impulsora, etc.

Bolsa para tornillos: de hombro; de cinturón.

Taladro (para madera): neumático; eléctrico, brocas, porta broca.

Escoba. Cepillos: para pintura, de alambre, de copa, para raspar, circulares.

Cubetas: para pintura, para agua.

Soplete: (para cortar): caja, calibradores, oxigeno, acetileno; reguladores, manguera, oxigeno y acetileno, combinados; coples para manguera; remendador de manguera, encendedor, llave del tanque; boquillas para corte, llaves para soplete, para accesorios.

Rompedor: de mano; útil para cortar las cabeza de los remaches que se van a quitar.

Cincel: de mano, brocas.

Malacate de cajón: un mecanismo patentado, del tipo de malacate de izaje, para jalar un conjunto de piezas con el mínimo de esfuerzo.

Tirador: un dispositivo que se conecta a un cable de alambre y una vez asegurado permite jalar el cable con un polipasto por otro medio.

Compresor: de diesel; de gasolina; eléctrico; de vapor. Cabrestante (torno): de contramarcha sencilla; de contramarcha doble.

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Grúas: de orugas; diesel, de gasolina, eléctrica, de vapor; pluma; brazo; bandas de refacción.

Cortadoras: de mano; transversales, con puntas de diamante, laterales; axiales o rectilíneas; fresas para equipo accionado mecánicamente.

Grúa de torre: marco tipo A: pies derechos delanteros, pie derecho trasero, larguero delantero, larguero trasero, eslabones, pasadores. Atirantada: pluma, mástil, bloque de apoyo, zapata de la pluma, poste principal, rueda impulsora, estrella o araña, eslabones, pasadores.

Perros: para vigas; para trabes. Los perros para vigas se deslizan sobre el patín superior de ellas y aprietan al producirse un tirón sobre el arillo de conexión al cual están unidos sus brazos en forma de tijera. En el caso de los perros para trabes, sus puntas se enganchan perfectamente al alma, bajo el tapin superior de la trabe y donde es posible, las ranuras de las mordazas de los perros se colocan entre los atiesadotes o en las cabezas de los tornillos o remaches, para evitar que la trabe se deslice hacia los lados de los perros.

Buterola, remachadora: de presión; de percusión. En general, operadas neumaticamente. La remachadora de presión tiene un pistón accionado por aire comprimido, que actúa contra un remache que esta colocado contra el extremo de la cabeza manufacturada de un remache caliente, colocado en el agujero donde será hincado. En el otro extremo de la remachadora, una barrena con extremo roscado o una preparación para conectar un tubo largo con una barrera en su otro extremo, permite presionar la buterola contra el acero adyacente. La remachadora de percusión es similar a la de presión, excepto que en vez de que se aplique una presión constante a la contraremachadora, el pistón es accionado para golpear repetidas veces contra el extremo de ella, en forma similar al martillo remachador que se utiliza para formar la nueva cabeza.

Rodillos para madera: utilizada para rodar madera, tubo, acero, etc., sobre superficies parejas. Pasador ahusado: estos se fabrican en varios diámetros; el barril tiene del mismo diámetro que los agujeros de las placas que se van a conectar y asegurar con pasadores.

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Taladros: con husillo centrado; con husillo descentrado; en la esquina; eléctricos, neumáticos, de trinquete manual.

Brocas: para acero; para madera; helicoidales; rimas “puente” para acero; cónica, recta; de sección variable; rimas “estriadas”: para acero; en espiral; rectas, de sección variable, helicoidales, etc.; portabrocas para rimar y taladrar enchufes.

Tambore: para aceite, para agua.

Cables eléctricos: conectores; interruptores, transformadores; alambres.

Esmeriladoras: de motor; de mano; con rueda de repuesto.

Obra falsa: de acero; de madera; placas de conexión; rondanas. El material para la obra falsa se diseña para las necesidades y casos específicos y se fabrica en el lugar de la obra o en el almacén.

Limas: de mano.

Extinguidotes: la clase y el tipo de los extinguidotes dependerán de los riesgos que se espere encontrar.

Andamios: de tablones; de triplay.

Poste grúa: de acero, de madera, zapata para; empalmes.

Gafas de seguridad: para todo uso: claras, oscuras; para cortar con soplete: con cubierta clara, oscura; tipo copa: clara oscura; para soldar, claras, oscuras, con pantallas laterales, sin pantallas laterales; para destellos de soldadura: oscura. Grasa. Pistola engrasadora: tipo Dot; tipo Zerk; tipo Alemite; de bomba. Esmeriles: eléctricos, neumáticos, manuales; con rueda de repuesto.

Rueda para esmeril: manual. 85

Martillo, manual: cincelador, de una; un marro, cincelador, mandarria, manual.

Martillo mecánico: cincelador, eléctrico, neumático; remachador; estándar, con pistón desfasado, eléctrico, neumático; pistones de refacción.

Mangos: de azuela; de hacha; de botadora de remaches de mano; de rompedoras; de martillo para cincelar; de cortadora; de martillo; de mazo; de piqueta; de marro. Hachuela. Gancho para viga: de viga; para colocar columnas. El gancho para viga se sujeta al patín inferior de la viga, y de el se sostiene un polipasto que casi siempre re utiliza para manejar las cargas ligeras que se presentan cuando las cuadrillas de detalle montan piezas pequeñas que las cuadrillas de montaje han dejado pendientes. El gancho sujetador para colocar columnas se utiliza para girar una columna de su posición horizontal, de descarga, a una posición vertical para su montaje.

Malacate mecánico: diesel; eléctricos; de gasolina; neumático; de vapor; de tractor; tioi Tugger de tambor sencillo, de tambor doble, de tambor triple, etc.; con mecanismos giratorio; separado para conectarlo al malacate principal.

Vigas de izaje: de acero; de madera.

Crayón: para marcar.

Escaleras: rectas: de acero, de madera; con extensión; con ganchos.

Linternas: de luz roja; luz clara; focos de repuesto.

Llaves y cerraduras. Plataformas: de madera.

Ganchos: de volteo; para acarrear madera; de escalera; de seguridad; para andamios; para clasificar línea guía; para madera.

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Manguera: para aire: 1.27 cm de diámetro, 1.90 cm, 5 cm; para vapor; para agua; conectores; empaques, válvulas: cleco, thor, de acción rápida, etc.

Remendador de manguera: alambre para remendar.

Llave de impacto: eléctrica; neumática; de acumulador; casquillos de. Gatos: de puente; hidráulico. Accesorios, manómetros, tubería, tipo de tornillo o en forma de botella; de tracción o “de jalar y tirar”.

Mazo: se usa para empujar pasadores dentro de los agujeros de conexión, para colocar miembros de acero en su lugar, para enderezar material doblado y en dondequiera que se necesite una fuerza que pueda obtenerse por medio de una acción de golpeo.

Aceite: para martillo neumático, cilindros de; para motores, etc.

Latas de aceite: rectas; de presión.

Abrazadera para taladrar: la base se sujeta o atornilla a la pieza donde se va a taladrar el agujero. El brazo se ajusta a lo largo del taladro y de la broca, con el tornillo de avance en posición retractada. A medida que el taladro penetra dentro del material, el tornillo de avance de la maquina se aprieta contra el brazo de la abrazadera hasta que el agujero ha sido barrenado por completo.

Contrapesos: ligeros; pesados; de una sola pieza; ensamblado. El contrapeso o “bola” se utiliza para auxiliar en el movimiento de las líneas principales o auxiliares y ayudar a bajar la carga y el gancho de izaje una vez que se ha izado la carga y se ha liberado el gancho.

Pico. Piloteadora: neumática; eléctrica; de vapor; de combustión interna; de gravedad; vibradora; sonica; de ariete hidráulico; guías; martillo; puntas; anillo; gancho; extractor. Pilotes: de acero; de madera.

Pasadores: de alineación; de posición. El pasador de alineación lo utilizan los montadores para colocar materiales pesados en su lugar, empujando el pasador de alineación a través 87

de los agujeros correspondientes de la conexión. Después se colocan los pasadores de posición en los agujeros restantes, mientras que el pasador de alineación se retira para usos futuros.

Tubería: para aire, para agua; boquillas; coples; codos; accesorios; nicles; tapones; reductores; tes; tenazas, válvulas; prensa de tornillo.

Cortadora de tubo: terraja y dados.

Cuerda para plomeo: de alambre; ganchos; accesorios; plomada o peso; placas.

Bombas: diesel; eléctricas; de gasolina; neumáticas; de vapor; manuales; para agua; para gatos hidráulicos, para gasolina.

Punzones: marcador; de tornillo; punzones y dados. El punzón marcador se utiliza para hacer una pequeña incisión como guía, para que el taladro comience a formar el agujero en la posición correcta, y también para marcar líneas de centro y otros puntos de localización en la estructura.

Carro rodante de ferrocarril: una plataforma pequeña con cuatro ruedas de ferrocarril para vía estándar, para rodar sobre vías de ferrocarril. Rieles de ferrocarril: planchuelas; clavos; grapas; tornillos de conexión; tornillos de gancho; rondanas; placas de cambio; durmientes; escantillón; juego de ruedas.

Recipientes de aire: se debe revisar que el recipiente proporcionado cumpla con los requerimientos legales del estado y/o la ciudad en donde se va a utilizar.

Respirador: si se va a quemar, soldar, cortar, calentar, etc., en un espacio cerrado, o sobre un material que al calentarse produzca gases tóxicos, deberá suministrase un respirador adecuado como protección contra los gases que se producen. Anillo de conexión: una argolla con forma y diseño tal que permita levantar en un punto, dos o mas eslingas de sujeción conectadas a la pieza que se esta izando.

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Corta remache: neumático; punzón de mano; cincel; reten de cincel; resorte de cierre; con amortiguador de huele; camisa: superior, inferior; brocas; con punta de diamante, etc.

Forja para remaches: con abanico; con abanico extra; con tobera de hierro extra.

Tenazas para calentar remaches: para revolver; con paletas; para recoger.

Contraremachadoras (buterolas): conicas; plana o al ras: piedra esmeriladora; calibradores.

Cable de Manila: andariveles de grúa; para polipastas de mano, líneas para andamios; eslingas, molinetes para cables.

Cuerdas y cinturones de seguridad: los cinturones de seguridad deberán tener hebillas de desenganche rápido.

Cascos de seguridad: con ala; sin ala en el frente; con bandas extras: de cuero; tejidas de cuero, de plástico, de hule espuma; revestido para el invierno.

Sierras: para corte transversal: de dos mangos, un mango; de mano; para metal, marco, hojas.

Andamios:

Caja de izaje: de acero, de madera, para manejar barriles o cubetas de tornillos, y otras piezas chicas.

Abrazadera de tornillo: estructural; cadena; gancho.

Desarmador. Argollas: con pasador; con tornillos, estándar.

Cobertizos: para oficina; para almacén o cobertizo para hombres; combinación de oficinas y almacén o cobertizo para hombre; desarmado; portátil de una pieza; de remolque: de un eje, de dos ejes; grande, pequeño. 89

Lainas o calzas: se deberá tener a mano una dotación de lainas para colocación de emparrillados, placas base, losas y ángulos guía, para embarcarse de inmediato al lugar de la obra cuando se necesiten.

Pala. Sistema de señales: vocal; altavoces; transmisores; alambre.

Protector de eslinga: se utiliza en los patines inferiores de trabes pesadas y evitar que las esquinas de los patines corten o dañen la eslinga.

Carretes: estos son diseñados para proteger un tirante de alambre, etc., en donde se conecta a un pasador o tornillo.

Trinquete de manguito: se utiliza para jalar y unir dos piezas cuando se requiere una fuerza mucho mayor que la que se puede aplicar por medio de un templador.

Tanque para agua. Cinta métrica: de acero; de tela. Por lo general, las medidas se toman en pies, y se cierran a octavos o dieciseisavos de pulgada.

Lonas impermeables: se usan para proteger al equipo de los elementos naturales, del polvo, chispas, escamas, escorias, etc.

Madera: entibado; carretón; obra falsa; andamios; plataformas: grande, pequeña; vigas tipo aguja; tablones para piso; tablones para andamios; largueros; puntales. Rodillo para maderos: rodillos; ruedas.

Cajas de herramientas: grande; pequeña; de grúa; de grúa torre; para motor; del superintendente. Tractor. Marco móvil para grúa de torre con marco tipo A; grúa de torre atirantada; grúa de pies rígidos.

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Templadores: para grúa de torre atirantada: tirantes de la pluma, tirantes en los bloques de apoyo, tirantes del mástil; para tirantes de plomeo, con ojos en ambos extremos, con ojo en un extremo y clevis en el otro, con clevis a ambos extremos.

Prensa de tornillo: de banco; de herrero; de tubo.

Estona. Recipiente para agua: cubetas. Soldadura: mordazas, portaelectrodo, cable de tierra, cable de carga, martillo, careta; vidrio para careta, sombreado.

Maquinas para soldar: montadas sobre patines; montadas sobre ruedas; diesel, eléctricas, de gasolina; rectificadores; transformadores.

Silbato. Clips para cable de alambre: para grúas de tirantes, para tirantes de izaje, para tirantes de mástiles; tirantes de postes-guía; tirantes móviles; para estrobos de línea de carga; para estrobos de líneas de plumas; para estrobos de corredoras; para tirantes de plomeo.

Tirantes de cable de alambre: tirantes para izaje del mástil de las plumas; para poste – guía; para mástil de grúas de tirantes; para plomeo.

Amarres de cable de alambre. Cable de alambre corridas de: para malacates de aire; para cabrestante o winches; para líneas de las plumas de las grúas; como líneas de carga o como corredoras; para líneas de mástiles de grúas, como líneas de carga o como correderas.

Eslingas de cable de alambre: de una pieza; trenzadas; para anclajes de columnas; para los ganchos colocadores de columnas; para anclajes de maquinas; con ojos en ambos extremos: de montaje, de descarga; eslingas de calle. Distribuidores para cable de alambre: de izaje, con ojo y gancho pesado de izaje; para distribución, con ojo y gancho ligero de izaje; ganchos de repuesto.

Llaves: de caja; tipo “crescent”; de perico; inglesa; de cola; de dado; stillson. 91

5.4 PROCEDIMIENTOS DE MONTAJE

5.4.1 MÉTODO DE MONTAJE

Si el propietario desea fijar el método y la secuencia del montaje, o si ciertos miembros no pueden ser montados en el orden normal, lo deberá establecer en los documentos contractuales. En ausencia de cualquier restricción, el montador procederá a usar los métodos y orden de montaje que le resulten más convenientes y económicos y que cumplan con los requisitos de los documentos contractuales. Cuando el propietario contrate por separado la fabricación y el montaje, es responsable de coordinar las actividades de los contratistas.

5.4.2 CONDICIONES EN EL SITIO DE LA OBRA

El propietario es responsable de proporcionar y mantener en buen estado los caminos de acceso hasta y dentro del sitio de la obra para permitir el paso seguro del equipo de montaje y de la estructura. El propietario deberá proporcionar al montador una zona de trabajo segura para el montaje de la estructura. A este fin le asignará un espacio conveniente y adecuado, con piso firme, nivelado y drenado para que pueda almacenar la estructura y operar su equipo, y eliminará todas las obstrucciones que puedan entorpecer el montaje, como líneas eléctricas, telefónicas, etc.

El montador deberá suministrar e instalar los medios de protección requeridos para su propio trabajo. La protección para otras actividades no directamente pertenecientes al montaje de la estructura es responsabilidad del propietario. Cuando el propietario no pueda proporcionar un espacio en la proximidad inmediata a la zona de montaje para el almacenamiento de la estructura, lo deberá Indicar en los documentos contractuales.

5.4.3 TRAZOS Y BANCOS DE NIVEL

El propietario es el responsable de la exacta ubicación de los trazos y bancos de nivel en el sitio de construcción y deberá suministrar al montador un plano conteniendo toda la información relativa.

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5.4.4

COLOCACIÓN

DE

PERNOS

DE

ANCLAJE

Y

ELEMENTOS

EMPOTRADOS

Todos los elementos empotrados para anclaje deberán ser colocados por el propietario de acuerdo con los planos aprobados. Las tolerancias respecto a las dimensiones mostradas en los dibujos de montaje no serán mayores de:

a) 3 mm en distancias de centro a centro de dos pernos cualquiera de un grupo de pernos de anclaje. Se define como grupo de pernos de anclaje al conjunto de pernos que reciben una sola pieza fabricada.

b) 6 mm de centro a centro de dos grupos de pernos de anclaje adyacentes.

c) Un error acumulativo máximo de 1:5 000 de la longitud de un eje de columnas, pero sin exceder de un total de 25 mm. Se define como eje de columnas la recta que más se aproxima a los centros de grupos de pernos de anclaje como quedaron colocados.

d) 6 mm de desviación desde el centro de cualquier grupo de pernos de anclaje al eje de columnas que pasa por ese grupo, definiéndose eje de columnas como en el párrafo anterior.

e) En el caso de grupos de pernos de anclaje situados fuera del eje de columnas, las tolerancias establecidas en los Incisos b, c y d anteriores se aplicarán a las dimensiones paralelas y perpendiculares mostradas en los dibujos de colocación de pernos de anclaje.

A menos que los planos muestren otra cosa, los pernos de anclaje estarán colocados perpendicularmente a la superficie teórica del apoyo.

Otras partes empotradas o de conexión entre el acero estructural y elementos de otras instalaciones serán localizadas y colocadas por el propietario de acuerdo con las necesidades de la obra o como se muestre en los dibujos de montaje. La exactitud de colocación de estas partes debe cumplir con las tolerancias de montaje establecidas. 93

Todo el trabajo efectuado por el propietario será terminado oportunamente para no interferir con el montaje del acero estructural.

5.4.5 DISPOSITIVOS DE APOYO

El propietario deberá colocar las placas de nivelación y las placas sueltas de apoyo, que pueden ser manejadas a mano, en sus ejes y niveles correctos. Los demás dispositivos de apoyo del acero estructural los coloca el montado en los ejes y niveles determinados por el propietario, ajustándolos con cuñas, placas de relleno o tornillos de nivelación, cuando así quede convenido. El fabricante de la estructura proporcionará las cuñas, placas de relleno o tornillos de nivelación requeridos y marcará en las piezas de apoyo los ejes necesarios para facilitar su alineación. Oportunamente después de la colocación de los dispositivos de apoyo, el propietario deberá revisar su correcta colocación y hará los rellenos requeridos con mortero. La ubicación final y los adecuados rellenos con mortero de los dispositivos de apoyo son responsabilidad del propietario.

5.4.6 MATERIALES PARA CONEXIONES DE CAMPO

El fabricante detallará las conexiones de campo de acuerdo con los documentos contractuales de manera que, en su opinión, resulte la mayor economía del proyecto.

Cuando el fabricante monte el acero estructural, deberá suministrar todos los materiales requeridos para las conexiones provisionales y conexiones definitivas de los diversos componentes de la estructura de acero.

Cuando no es el fabricante el encargado del montaje del acero estructural, el fabricante deberá suministrar el siguiente material para conexiones de campo:

a)

Tornillos de tamaño necesario y en cantidad suficiente para todas las conexiones de

campo de los componentes de la estructura de acero que quedarán permanentemente atornillados. A menos que se especifiquen tornillos de acero de alta resistencia u otros tipos especiales de tornillos y arandelas, suministrará tornillos normales. Suministrará un excedente de 2% en la cantidad de cada diámetro y largo de tornillo requerido. 94

b)

Las placas y láminas de relleno necesarias

para el ajuste de las conexiones

permanentes de la estructura de acero.

Cuando el montaje de la estructura de acero no lo realiza el fabricante, será el montador quien suministre todos los electrodos para la soldadura, los conectores de cortante instalados en el campo, los tornillos de presentación y los punzones requeridos para el montaje de la estructura de acero.

5.4.7 PIEZAS SUELTAS

Las piezas sueltas de acero estructural que no estén conectadas y formen parte de la estructura de acero deberán ser colocadas por el propietario sin ayuda del montador, a menos que los documentos contractuales estipulen otra cosa.

5.4.8 SOPORTES PROVISIONALES DURANTE EL MONTAJE DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO

El montador determinará la necesidad de usar y deberá suministrar e instalar soportes provisionales, tales como tirantes, arriostramientos, obra falsa, apuntalamientos y demás elementos requeridos para el montaje. Estos soportes asegurarán la estructura de acero durante el montaje para que resista cargas de magnitud similar a las de diseño, resultantes de viento, sismo y del propio montaje, pero no las cargas producidas por huracanes, explosiones, choques, ni cargas resultantes de trabajos ejecutados por otros.

Estructuras de acero autosoportadas

Una estructura de acero autosoportada es la que tiene la estabilidad requerida y que es capaz de resistir cargas verticales, fuerzas de viento y sismo supuestas en el diseño, sin interacción con elementos ajenos a la propia estructura. El montador suministrará e instalará solamente aquellos soportes provisionales necesarios para asegurar los elementos de la estructura de acero hasta que sea estable sin apoyos externos.

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Estructuras de acero soportadas externamente

Una estructura de acero soportada externamente es aquella que requiere interacción con otros elementos no clasificados como acero estructural para tener la estabilidad requerida y resistencia a fuerzas de viento y sismo. Estas estructuras serán claramente identificadas en los documentos contractuales, los que además establecerán la secuencia y programa de colocación de tales elementos. El montador determinará la necesidad de usar, y deberá suministrar e instalar, los soportes provisionales de acuerdo con esta información. Es responsabilidad del propietario la instalación y oportuna terminación de todos los elementos no clasificados como acero estructural requeridos para la estabilidad de la estructura de acero.

Condiciones especiales de montaje

En caso de que el diseño de la estructura considere el uso de puntales, gatos o cargas que tengan que ajustarse al avanzar el montaje, para fijar o mantener contraflechas o pretensados, estos requerimientos deberán quedar estipulados en los documentos contractuales.

Remoción de los soportes provisionales.

Los tirantes, arriostramientos, obra falsa, apuntalamientos y demás elementos requeridos para el montaje, que son suministrados e instalados por el montador, son de su propiedad y no forman parte de la estructura. En el caso de estructuras autosoportadas, los soportes provisionales ya no se requieren después de que los elementos que hacen autosoportante la estructura se coloquen y conecten definitivamente dentro de las tolerancias requeridas. Después de efectuadas las conexiones definitivas, el montador ya no es responsable de soportar provisionalmente la estructura autosoportante y podrá retirar los soportes provisionales. En el caso de estructuras soportadas externamente, el montador puede retirar los soportes provisionales cuando estén completos los elementos externos necesarios para la estabilidad de la estructura. No podrán retirarse los soportes provisionales sin el consentimiento del montador. A la terminación del montaje de la estructura, cualquier soporte provisional que

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hubiera sido necesario dejar instalado, deberá ser retirado por el propietario y devuelto en buenas condiciones al montador.

Soportes provisionales para otros trabajos

En caso de que durante o después del montaje del acero estructural se requieran soportes provisionales adicionales a los definidos anteriormente como responsabilidad del montador; su suministro e instalación será responsabilidad del propietario.

5.4.9 PISOS Y PASAMANOS PROVISIONALES PARA EDIFICIOS

El montador deberá suministrar los pisos, pasillos y pasamanos requeridos por los reglamentos de seguridad aplicables, necesarios para la protección de su propio personal. A no ser que los documentos contractuales establezcan otra cosa, el montador retirará estas instalaciones de las zonas que vaya terminando. El propietario es responsable de suministrar toda la protección necesaria para el desarrollo de otras actividades ajenas al montaje. Cuando se utilizan como protección los pisos definitivos de lámina acanalada de acero instalados por el propietario, su instalación deberá ejecutarse en forma de no demorar ni interferir con el avance del montaje, y el propietario deberá programar e instalar los pisos en una secuencia adecuada para cumplir con los reglamentos de seguridad.

5.4.10 TOLERANCIAS

Dimensiones totales. Son de esperarse algunas variaciones en las dimensiones totales finales de las estructuras de acero. Se considera que estas variaciones son aceptables cuando no exceden el efecto acumulado de las tolerancias de laminación, fabricación y montaje. Puntos y líneas de trabajo. Las tolerancias de montaje se definen en relación cotí los puntos y líneas de trabajo de los miembros, como sigue:

a) Para miembros no horizontales, los puntos de trabajo son los centros geométricos en cada extremo de la pieza. 97

b) Para miembros horizontales, los puntos de trabajo son el centro de la superficie o patín superior en cada extremo. c) En caso de que sea conveniente usar otros puntos de trabajo, puede hacerse siempre que se basen en estas definiciones. d) La línea de trabajo de una pieza es la línea recta que une sus puntos de trabajo.

Posición y alineación. Las tolerancias en posición y alineación de los puntos y líneas de trabajo son las siguientes:

Columnas. Se considera que cada tramo de columna está a plomo si la desviación de la vertical de su línea de trabajo no excede de 1:500, con las siguientes limitaciones:

a) Los puntos de trabajo de los tramos de columnas adyacentes a cubos de elevador no tendrán variación mayor de 25 mm de su eje teórico en los primeros 20 pisos de un edificio; a mayores alturas puede incrementarse la desviación en 1 mm por cada piso adicional, sin pasar de un máximo de 50 mm.

b) Los puntos de trabajo de los tramos de columnas exteriores podrán estar desplazados de su eje teórico no más de 25 mm hacia afuera ni 50 mm hacía adentro del edificio en los primeros 20 pisos; el desplazamiento puede aumentarse 2 mm por cada piso adicional, sin que exceda de 50 mm hacia afuera ni 75 mm hacia adentro del edificio.

c) Los puntos de trabajo de cualquier tramo de columna exterior, a cualquier nivel de empalme en edificios de pisos múltiples, o en el extremo superior de columnas en el caso de edificios de un solo piso, no deberán quedar fuera de una envolvente horizontal, paralela al paramento, de 40 mm de ancho para edificios hasta de 100 m de largo. El ancho de la envolvente puede aumentarse 13 mm por cada 30 m adicionales de longitud, pero no excederá de 75 mm.

d) Los puntos de trabajo de los tramos de columnas exteriores podrán estar desplazados de su eje teórico, en el sentido paralelo al paramento del edificio, no más de 50 mm en los primeros 20 pisos; a mayores alturas el desplazamiento puede aumentarse 2 mm por cada piso adicional pero sin exceder de 75 mm. 98

Miembros conectados a columnas. a) La alineación horizontal de los miembros conectados a columnas será aceptable si los errores en su alineación se deben solamente a las variaciones, dentro de tolerancias, de la alineación de las columnas.

b) El nivel de los miembros conectados a columnas será aceptable si la distancia del punto de trabajo del miembro al nivel del empalme superior de la columna, tiene variación no mayor de + 5 mm, ni de -8 mm de la distancia marcada en planos. Otros miembros. Los miembros no mencionados anteriormente se consideran a plomo, a nivel y alineados, si el desplazamiento del miembro de su posición teórica no excede de 1:500 de la distancia medida sobre la línea recta trazada entre los puntos de apoyo del miembro.

Elementos ajustables. La alineación de los dinteles, soportes de muros, marcos de ángulo, montantes y otros miembros de apoyo similares no estructurales, con tolerancias más estrictas que las anteriores, no puede obtenerse a no ser que los planos estructurales indiquen conexiones ajustables de estos elementos con la estructura de acero. Cuando se especifiquen conexiones ajustables, los dibujos del propietario deberán indicar el ajuste total requerido, considerando las tolerancias de la estructura de acero y la alineación requerida de estos soportes. Las tolerancias en posición y alineación de los elementos ajustables son las siguientes:

a) Los elementos ajustables se consideran correctamente colocados, en posición vertical, cuando quedan instalados con error no mayor de 10 mm respecto a su posición teórica. La referencia vertical se tomará desde el plano del empalme superior de la columna más próxima al elemento.

b) Los elementos ajustables se consideran correctamente colocados, en posición horizontal, cuando quedan instalados con error no mayor de 10 mm respecto a su posición teórica relativa al paramento del piso en cuestión.

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Previsión de espacios libres. El propietario es responsable de prever en el diseño de la estructura de acero los espacios libres y ajustes requeridos para materiales suministrados por otros, tomando en cuenta las tolerancias anteriormente señaladas para la estructura de acero.

Aceptación de posición y alineación. Antes de que se coloque o instale cualquier otro material, es responsabilidad del propietario revisar que la estructura de acero esté dentro de tolerancias de plomo, nivel y alineación. El montador recibirá aviso oportuno de aceptación del propietario, o bien una lista de correcciones por hacer para obtener la aceptación. Dicho aviso deberá darse inmediatamente después de la terminación de cualquier parte de la estructura y antes de que se inicie el trabajo de otros que sea conectado, soportado o aplicado a la estructura de acero.

5.4.11 CORRECCIÓN DE ERRORES

El trabajo del montador incluye la corrección de pequeños desajustes mediante trabajos moderados de escariado, cincelado o corte, y el hacer llegar a su lugar los miembros mediante el uso de punzones. Los errores que no puedan corregirse por los medios antes mencionados o que requieran cambios importantes en la forma de los miembros, deberán ser informados inmediatamente por el montador al propietario y al fabricante para que el responsable del error lo corrija, o apruebe el método más eficiente y económico para que lo corrijan otros.

5.4.12 CORTES, MODIFICACIONES Y AGUJEROS PARA OTROS USOS

A no ser que los documentos contractuales claramente estipulen lo contrario, ni el fabricante ni el montador harán cortes, agujeros ni cambios en la estructura requeridos por los trabajos de otros. Cuando se estipule este tipo de trabajos, el propietario es responsable de suministrar la información completa y precisa de los trabajos adicionales requeridos.

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5.4.13 MANEJO Y ALMACENAMIENTO

El montador deberá tener cuidado en manejar y almacenar adecuadamente el acero estructural durante el montaje, para evitar que éste se ensucie innecesariamente. El montador no es responsable de limpiar el acero estructural de la suciedad que se haya acumulado durante el montaje como resultado de su exposición a la intemperie.

5.4.14 PINTURA DE CAMPO

El montador no tiene obligación de efectuar ninguna operación de pintura ni de hacer resanes en la estructura metálica a no ser que se haya estipulado en los documentos contractuales.

5.4.15 LIMPIEZA FINAL

Al terminar el montaje y para la aceptación final de la estructura, el montador deberá retirar del sitio de construcción cualquier obra falsa, casetas y desperdicios.

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CONCLUSIONES

En la elaboración de este trabajo, se observa los puntos principales en la construcción de estructuras de acero.

De acuerdo a esto, se recomienda tener conocimientos amplios en cada uno de los procedimientos constructivos como uno de los principales métodos para la realización de las estructuras de acero.

Así como también los procedimientos de control de calidad, que son muy importantes para que cada una de las estructuras tengan la certeza que están siendo elaboradas con forme a las normas establecidas por el Instituto Mexicano de la Construcción en Acero.

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BIBLIOGRAFIA.

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2. Diseño de Estructuras de Acero. Mc. Cormac Ed. Alfa Omega 1972

3. Estructuras de Acero Compartimiento y Diseño Oscar de Buen y López de Heredia Ed. Limusa 1982

4. Manual de Construcción en Acero IMCA Tomos I y II Ed. Limusa Tomo I 1994 Tomo II 1987

5. Reglamentos de Construcciones. DDF ACI CFE AISC AREA AASTHO

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