Acero. Aleación de hierro y carbono (éste último entre 0.5 y 1.5%), lo que proporciona cualidades de maleabilidad, dureza y resistencia. De los materiales comúnmente usados para fines estructurales, el acero es el que tiene mejores propiedades de resistencia, rigidez y ductilidad.
Su eficiencia estructural es además alta debido a que puede fabricarse en secciones con la forma más adecuada para resistir la flexión, compresión u otro tipo de solicitación.
INDICE DE TEMAS
- 1 Estructuras de acero
- 2 Imagenes de estructuras de acero
- 3 Tipos de conexiones de estructuras de acero
- 4 Las estructuras de acero y sus materiales
Estructuras de acero
Las distintas estructuras de acero
Este tipo de estructura es a base de lámina de acero galvanizada y su fabricación le permite tener adherencia con el concreto, trabajar como cimbra y contribuir como acero de refuerzo del concreto.
Descripción
Sistema de entrepiso metálico que utiliza un perfil laminado diseñado para anclar perfectamente con el concreto y formar la losa de azotea o entrepiso.
Usos
Entrepisos de centros comerciales, edificios corporativos, estacionamientos, hoteles, hospitales, etc.
Características del Producto
- Es un sistema de entrepiso metálico que utiliza un perfil laminado diseñado para anclar perfectamente con el concreto y formar la losa de azotea o entrepiso
- Este sistema además de tener una excelente resistencia estructural disminuye los tiempos de construcción generando ahorros en mano de obra, tiempo y renta de equipo.
- Actúa como acero de refuerzo positivo y cimbra
- Se puede aplicar con vigas trabajando como sección compuesta.
¿Cuáles son los elementos que forman el acero?
- Viga de acero
- Conectores de cortante
La losacero se conecta a la viga de acero por medio de conectores soldados al patín superior de la viga aprovechando al conector como elemento de fijación para la Losacero y como conector de cortante para la acción compuesta de la viga.
- Losa de concreto
- Refuerzo por temperatura
- El refuerzo por temperatura es a base de una malla electro soldada.
La recomendación del Steel Deck Institute (SDI) es que área de acero mínima deberá ser igual a 0.00075 veces el área de concreto sobre el deck
- Los relieves (embozado) longitudinales formados en los paneles de cada canal de Losacero actúan como conectores mecánicos que unen la Losacero y el concreto, evitando la separación vertical.
- El concreto actúa como elemento de compresión efectivo y rellena los canales de la Losacero, proporcionando una superficie plana para acabados.
- Está diseñado para soportar la carga muerta completa del concreto antes del fraguado.
- Después de que el concreto adquiere su resistencia propia, la sobrecarga de diseño es soportada por la sección compuesta donde Losacero provee el refuerzo positivo del entrepiso.
- Reemplaza la cimbra de madera convencional logrando eliminar en algunos casos el apuntalamiento temporal.
- Consultar la tabla de claro máximo sin apuntalar para los requerimientos de apuntalamiento temporal.
- Acelera la construcción por manejo de colados simultáneos en distintos niveles del edificio, generando ahorro en mano de obra y tiempo.
- Limpieza por el nulo trabajo con madera, alambres, etc., y seguridad por su rigidez hacia las cargas de tránsito.
- La lámina crea una membrana de estabilidad y resistencia contra efectos sísmicos, cuando se crea el efecto de diafragma en la losa.
Rango Dimensional
- Disponible en un ancho efectivo de 914.4 mm (36)
- Disponible en calibres 20, 22 y 24
- Longitudes Min. 2440 mm. Max. 12000 mm.
Pretiles
Los pretiles son pequeños muretes de concreto o tabique que por lo general se colocan sobre azoteas, con el fin de darle a las aguas pluviales un fácil encausamiento hacia las bajadas, evitando que tengan caída libre o escurran sobre paño de muros y canceles.
Resistencias en compresión y tensión
- Las resistencias en compresión y tensión son prácticamente idénticas y pueden hacerse variar dentro de un intervalo bastante amplio modificando la composición química o mediante trabajo en frío.
- Hay que tomar en cuenta que a medida que se incrementa la resistencia del acero se reduce su ductilidad y que al aumentar la resistencia no varía el módulo de elasticidad, por lo que se vuelven más críticos los problemas de pandeo local de las secciones y global de los elementos.
- Por ello, en las estructuras normales la resistencia de los aceros no excede de 2500 kg/cm2, mientras que para refuerzo de concreto, donde no existen problemas de pandeo, se emplean con frecuencia aceros de 6000 kg/cm2 y para presfuerzo hasta de 20000 kg/cm2.
- La continuidad entre los distintos componentes de la estructura no es tan fácil de lograr como en el concreto reforzado, y el diseño de las juntas, soldadas o atornilladas en la actualidad, requiere de especial cuidado para que sean capaces de transmitir las solicitaciones que implica su funcionamiento estructural.
- Por ser un material de producción industrializada y controlada, las propiedades estructurales del acero tienen generalmente poca variabilidad. Coeficientes de variación del orden de 10 por ciento son típicos para la resistencia y las otras propiedades.
Ventajas del Acero estructural
Otra ventaja del acero es que su comportamiento es perfectamente lineal y elástico hasta la fluencia, lo que hace más fácilmente predecible la respuesta de las estructuras de este material.
La alta ductilidad del material permite redistribuir concentraciones de esfuerzos. Las extraordinarias cualidades estructurales del acero, y especialmente su alta resistencia en tensión, han sido aprovechadas estructuralmente en una gran variedad de elementos y materiales compuestos, primero entre ellos el concreto reforzado y el presforzado; además en combinación con madera, plásticos, mampostería y otros.
La posibilidad de ser atacado por la corrosión hace que el acero requiera protección y cierto mantenimiento en condiciones ambientales.
El costo y los problemas que se originan por este aspecto son suficientemente importantes para que inclinen la balanza hacia el uso de concreto reforzado en algunas estructuras que deben quedar expuestas a la intemperie, como puentes y ciertas obras marítimas, aunque en acero podría lograrse una estructura más ligera y de menor costo inicial.
Diseño de estructuras de acero
Diseño de estructuras de acero.
Las estructuras de acero se consideran, sobre todo, resistentes a los terremotos, pero su resistencia no debe darse por sentado.
Un gran número de edificios de marco de acero, aparentemente a prueba de terremotos, extraordinariamente experimentaron un comportamiento frágil y se dañaron peligrosamente en el terremoto de Northridge en el año 1994.
Después de eso, la Federal Emergency Management Agency (FEMA) inició el desarrollo de técnicas de reparación y nuevos enfoques de diseños para minimizar el daño a los edificios de estructura de acero, en terremotos futuros.
Diseño de acero estructural sísmico
Para el diseño de acero estructural sísmico, la base de Factor de Carga y Resistencia de diseño estableció un enfoque (LRFD), fue muy importante para evaluar la capacidad de desarrollo de una estructura y mantener su resistencia al rodamiento en el rango inelástico.
Una medida de esta capacidad es la ductilidad, que puede ser observada en un material, en un elemento estructural, o para toda una estructura. Como consecuencia de la experiencia del terremoto de Northridge, todos los detalles de la conexión Pre-calificadas y los métodos de diseños que figuran en los códigos de construcción de aquella época, han sido revocados.
Las nuevas disposiciones estipulan que los nuevos diseños son fundamentados en las pruebas o por el uso de la prueba de los cálculos verificados.
Sistemas de estructuras con acero
Sistemas de estructuras con acero
La construcción con acero se puede clasificar dentro de tres amplias categorías: con apoyo en muros, armazón estructural y construcción con grandes claros.
Según los requisitos funcionales del edificio y los materiales usados en la construcción del techo, entrepisos y muros, es posible utilizar en la misma edificación uno o más de estos métodos de estructuras.
Estructura con apoyo en muros
Esta forma de estructuración, es quizás las más antigua y ordinaria de todas, se emplea siempre que algún muro del edificio, interior o exterior, sirve para apoyar los extremos de elementos estructurales primarios que soportan cargas de techos o entrepisos.
Los muros deben de ser suficientemente fuertes para absorber las reacciones de los elementos apoyados y tener un espesor que garantice su estabilidad frente a las fuerzas horizontales que puedan presentarse, este tipo de construcción se limita a estructuras relativamente bajas, pues los muros de carga se vuelven demasiado gruesos en estructuras altas.
Sin embargo, un sistema de muros de carga puede resultar conveniente en edificios altos cuando esta diseñado con acero de refuerzo.
Armazón estructural
- En esta forma de construcción, todas las cargas gravitacionales de la estructura, incluyendo los muros, están sostenidas por la armazón de acero.
- Este tipo de paredes se denomina muros de cerramiento o sin carga. Es precisamente esta forma de construcción, la que permitió edificar edificios altos, como los rascacielos.
- El acero, puesto que es más resistente que la obra de albañilería, soporta cargas mucho mayores en un espacio dado, por lo que obstruye menos área de piso al realizar esta función.
- Si las columnas están adecuadamente separadas, de modo que sostienen las vigas que hay entre ellas, no existen límites de área de piso y techo que se pueden construir con esta estructuración; basta con duplicar los detalles de una simple crujía.
- Erigidas armazón por armazón, este tipo de estructuras se presta para alcanzar cualquier altura deseada. Los fabricantes de este sistema conocen a este tipo de construcción como sistema de vigas y columnas o de estructura metálica como lo conocemos en nuestro país.
Tratamiento térmico del acero
el proceso básico para endurecer el acero mediante tratamiento térmico consiste en calentar el metal hasta una temperatura a la que se forma austenita, generalmente entre los 750 y 850 ºC, y después enfriarlo con rapidez sumergiéndolo en agua o aceite.
Estos tratamientos de endurecimiento, que forman martensita, crean grandes tensiones internas en el metal, que se eliminan mediante el temple o el recocido, que consiste en volver a calentar el acero hasta una temperatura menor. El temple reduce la dureza y resistencia y aumenta la ductilidad y la tenacidad.
El objetivo fundamental del proceso de tratamiento térmico es controlar la cantidad, tamaño, forma y distribución de las partículas de cementita contenidas en la ferrita, que a su vez determinan las propiedades físicas del acero. Hay muchas variaciones del proceso básico.
Ingenieros metalúrgicos
Los ingenieros metalúrgicos han descubierto que el cambio de austenita a martensita se produce en la última fase del enfriamiento, y que la transformación se ve acompañada de un cambio de volumen que puede agrietar el metal si el enfriamiento es demasiado rápido.
Se han desarrollado tres procesos relativamente nuevos para evitar el agrietamiento.
En el templado prolongado, el acero se retira del baño de enfriamiento cuando ha alcanzado la temperatura en la que empieza a formarse la martensita, y a continuación se enfría despacio en el aire.
En el martemplado, el acero se retira del baño en el mismo momento que el templado prolongado y se coloca en un baño de temperatura constante hasta que alcanza una temperatura uniforme en toda su sección transversal. Después se deja enfriar el acero en aire a lo largo del rango de temperaturas de formación de la martensita, que en la mayoría de los aceros va desde unos 300 ºC hasta la temperatura ambiente.
En el austemplado, el acero se enfría en un baño de metal o sal mantenido de forma constante a la temperatura en que se produce el cambio estructural deseado, y se conserva en ese baño hasta que el cambio es completo, antes de pasar al enfriado final.
Hay también otros métodos de tratamiento térmico para endurecer el acero. En la cementación, las superficies de las piezas de acero terminadas se endurecen al calentarlas con compuestos de carbono o nitrógeno. Estos compuestos reaccionan con el acero y aumentan su contenido de carbono o forman nitruros en su capa superficial.
Imagenes de estructuras de acero
De vez en cuando accedo a internet para buscar algunas ideas de estructuras de acero. Lo que me gusta ver en cada imagen es la forma en que enlazan cada elemento estructural, las cuales en conjunto dan como resultado un esqueleto de acero realmente fuerte y funcional.
Tipos de conexiones de estructuras de acero
Las estructuras de acero y sus materiales
Estructura del acero.
Cementita
La cementita, un compuesto de hierro con el 7% de carbono aproximadamente, es de gran dureza y muy quebradiza.
Perlita
La perlita es una profunda mezcla de ferrita y cementita, con una composición específica y una estructura característica, y sus propiedades físicas son intermedias entre las de sus dos componentes.
La resistencia y dureza de un acero que no ha sido tratado térmicamente depende de las proporciones de estos tres ingredientes.
Cuanto mayor es el contenido en carbono de un acero, menor es la cantidad de ferrita y mayor la de perlita: cuando el acero tiene un 0,8% de carbono, está por completo compuesto de perlita.
El acero con cantidades de carbono aún mayores es una mezcla de perlita y cementita. Al elevarse la temperatura del acero, la ferrita y la perlita se transforman en una forma alotrópica de aleación de hierro y carbono conocida como austenita, que tiene la propiedad de disolver todo el carbono libre presente en el metal.
Si el acero se enfría despacio, la austenita vuelve a convertirse en ferrita y perlita, pero si el enfriamiento es repentino la austenita se convierte en martensita, una modificación alotrópica de gran dureza similar a la ferrita pero con carbono en solución sólida.
Cuando los materiales se disponen en vertical la estructura es bastante estable, como en el caso de los muros.
Estructuras Básicas
- Las estructuras básicas son columnas, pilares, vigas, muros, arcos y bóvedas o sus derivadas, las cúpulas.
- Arco y Bóveda, elementos empleados en la arquitectura para crear espacios cubiertos entre muros, pilares u otros soportes.
- El sistema abovedado fue hasta el siglo XIX.
- Arcada, es una serie de arcos, alineados en recto o siguiendo una circunferencia, sujetos sobre columnas, pilares o machones, y utilizada desde el Antiguo Egipto.
- Los romanos emplearon las arcadas en innumerables y muy diversas estructuras: rodeando las gradas de los teatros, en algunos templos, y en la construcción de acueductos-
- Pilar, elemento vertical exento que cumple la función de soporte de las cargas constructivas. Se diferencia de la columna en que no se ajusta a ningún orden estricto.
La columna de acero
Columna, soporte vertical empleado para sustentar la estructura horizontal de un edificio pueden ser de planta circular o poligonal y su altura debe superar al menos cuatro veces la anchura mayor de la sección. Las primeras columnas pudieron fabricarse a partir de troncos desbastados o cañas atadas. Cúpula, es una cubierta cóncava de un edificio, por lo general de forma semiesférica.
Hasta el siglo XIX sólo se podían construir en piedra o madera y en muchas ocasiones se reforzaban mediante tirantes de hierro, sin embargo A partir de la revolución industrial aparecieron numerosos materiales aptos para construir una cúpula, tales como hierro colado, hormigón armado, acero, aluminio, madera laminada o plásticos. Otros elementos importantes en los sistemas de cubiertas son las estructuras que sirven para salvar mayores luces estructurales con un peso mucho menor que el de una viga convencional.
Las estructuras pueden ser de madera o de acero Pueden tomar cualquier forma, ya que se basan en la subdivisión de la estructura en triángulos. En el siglo XVIII, los matemáticos aprendieron a aplicar sus conocimientos al estudio de las estructuras, haciendo posible calcular las tensiones exactas que se producen en cualquier situación.
Así se inició el desarrollo de las armaduras espaciales, que pueden ser simples complejos entramados reticulares tridimensionales. Durante el siglo XIX, la ingeniería acomete una gran cantidad de obras de gran tamaño, como puentes, diques y túneles. Para ello se hace imprescindible un avance científico en la edificación, como el cálculo de estructuras o la resistencia de materiales.
En la actualidad se pueden cubrir espacios mediante estructuras colgantes que trabajan a tracción (al contrario de las bóvedas, donde todos los elementos trabajan a compresión), o con estructuras con superficies que se sustentan por medio de aire a presión.
Los principales elementos de un edificio son los siguientes:
- los cimientos, que soportan y dan estabilidad al edificio.
- la estructura, que resiste las cargas y las trasmite a los cimientos.
- los muros exteriores que pueden o no ser parte de la estructura principal de soporte.
- las separaciones interiores, que también pueden o no pertenecer a la estructura básica.
- los sistemas de control ambiental, como iluminación, sistemas de reducción acústica, calefacción, ventilación y aire acondicionado.
- los sistemas de transporte vertical, como ascensores o elevadores, escaleras mecánicas y escaleras convencionales.
- los sistemas de comunicación como pueden ser intercomunicadores, megafonía y televisión por circuito cerrado, o los más usados sistemas de televisión por cable.
- los sistemas de suministro de electricidad, agua y eliminación de residuos.
Tipos de estructuras
Algunos tipos de estructuras son autopistas, calles, puentes, túneles, presas, grandes edificios, pistas de aterrizaje, sistemas de riego y canalización, rompeolas, embarcaderos y muelles, aceras, silos o bodegas, factorías, casas e incluso barcos. Puente, estructura que proporciona una vía de paso sobre el agua, una carretera o un valle.
Los puentes suelen sustentar un camino, una carretera o una vía férrea, también puede transportar tuberías y líneas de distribución de energía. Los que soportan un canal o conductos de agua se llaman acueductos.
Los puentes construidos sobre terreno seco o en un valle y formados por un conjunto de tramos cortos se suelen llamar viaductos. Se llaman pasos elevados los puentes que cruzan las autopistas y las vías de tren y carretera elevada a aquellos construidos en zonas bajas sobre pantanos o bahías. Túnel, pasaje, galería o calzada construida debajo de la tierra o del agua.
Los túneles se utilizan para el tráfico de automóviles, trenes y suburbanos; para transportar agua, residuos, petróleo y gas; para desviar los ríos mientras se construye una presa, y con objetivos defensivos, tanto civiles como militares. Presa, barrera artificial que se construye en algunos ríos para embalsarlos y retener su caudal.
Los motivos principales para construir presas son concentrar el agua del río en un sitio determinado, lo que permite generar energía hidráulica, regular el agua y dirigirla hacia canales y sistemas de abastecimiento, aumentar la profundidad de los ríos para hacerlos navegables, controlar el caudal de agua durante los periodos de inundaciones y sequía, y crear pantanos para actividades recreativas.
Las presas se clasifican según la forma de su estructura y los materiales empleados. Las grandes presas pueden ser de hormigón, de este material las más comunes son de gravedad, de bóveda y de contrafuertes.
También hay presas naturales de piedra y tierra.
- Las presas de gravedad son estructuras de hormigón de sección triangular; la base es ancha y se va estrechando hacia la parte superior; la cara que da al embalse es prácticamente vertical. Vistas desde arriba son rectas o de curva suave. La estabilidad de estas presas radica en su propio peso. Es el tipo de construcción más duradero y el que requiere menor mantenimiento.
- Las Presas de bóveda utiliza los fundamentos teóricos de la bóveda. La curvatura presenta una convexidad dirigida hacia el embalse, así la carga se distribuye por toda la presa hacia los extremos de las paredes. En condiciones favorables, esta estructura necesita menos hormigón que la de gravedad, pero es difícil encontrar emplazamientos donde se puedan construir.
- Las presas de contrafuertes tienen una pared que soporta el agua y una serie de contrafuertes o pilares, de forma triangular, que sujetan la pared y transmiten la carga del agua a la base.
- Las presas de piedra o tierra y los diques son las estructuras más usadas para contener agua. En su construcción se utiliza desde arcilla hasta grandes piedras. Las presas de tierra y piedra utilizan materiales naturales con la mínima transformación. Éstas presas pueden estar construidas con materiales impermeables en su totalidad, como arcilla, o estar formadas por un núcleo de material impermeable reforzado por los dos lados con materiales más permeables, como arena, grava o roca.
El núcleo debe extenderse hasta bastante más abajo de la base para evitar filtraciones. El Acueducto es un canal artificial construido para transportar agua y abastecer a una población. Puede ser un canal abierto o cerrado, un túnel o una tubería.
