1.INDRODUCCION

Al igual que cualquier otro campo del saber, el de las estructuras metlicascomprende un conjunto heterogneo de tecnologas, procedimientos, puntos de vista.

Una primera clasificacin, familiar en nuestro Pas por haber sido la establecida por la normativa vigente durante muchos aos, distingue entre materiales, proyecto(comprobaciones y dimensionamiento) y ejecucin. En realidad, sobre cada uno de estos puntos pueden establecerse nuevas subdivisiones perfectamente razonables. As, el proyecto de uniones responde a planteamientos muy distintos de los utilizados en el de elementos, el montaje de la estructura en obra no guarda gran relacin con la fabricacin en taller.

En realidad, esta riqueza de contenidos es parte importante del atractivo de ladisciplina. Tan condicionante para el espesor del alma de una viga puede ser un complejo anlisis numrico de las condiciones de estabilidad como la especificacin correcta de la proteccin contra la corrosin.En definitiva, la disciplina Estructuras Metlicas no es sino un punto de vista comn que unifica saberes propios de campos ms bsicos de la ciencia. As, de la teora bsica de estructuras toma los mtodos de clculo, especialmente aquellos relativos a los problemas de estabilidad que le son tan especficos, de la metalurgia toma las propiedades mecnicas de los materiales y su variacin con los tratamientos trmicos presentes en la ejecucin (soldadura), de la qumica los mecanismos de corrosin y la forma de controlarlos,... Profundizar en el conocimiento de un problema de estructuras metlicas implica, siempre, estudiar tales tecnologas bsicas.

Conforme a lo expuesto, un curso general de estructuras metlicas no debera ser ms que una reinterpretacin, por parte del estudiante, de los conocimientos bsicos ya adquiridos, un mero ejercicio de aplicacin a la realidad concreta de las ideas que ya conoce. La realidad resulta algo ms compleja simplemente porque muchos de los procedimientos bsicos requieren, para poder ser aplicados, el ajuste de algunos parmetros. As, el anlisis a pandeo de una barra comprimida puede realizarse con el procedimiento general de anlisis en segundo orden, pero requiere la especificacin de unas imperfecciones iniciales adecuadas. Por otra parte, algunos de los mtodos bsicos resultan excesivamente complejos para la aplicacin cotidiana en la oficina de proyectos, siendo por tanto necesario procedimientos aproximados suficientemente simples. Consecuentemente, un texto general de estructuras metlicas debera, en opinin de los autores: - Hacer referencia al planteamiento bsico aplicable - Exponer los criterios de ajuste - Desarrollar mtodos aproximados de evaluacin Las presentes notas tratan de ajustarse a este planteamiento. No se pretende ninguna aportacin original sino tan slo facilitar al lector nuevos puntos de vista sobre temas ya conocidos

2.CONCEPTO

Para empezar a hablar deEstructuras Metlicasdefiniremos de forma sencilla y general qu es una estructura.

Una estructura es un conjunto de partes unidas entre si que forman un cuerpo, una forma o un todo, destinadas a soportar los efectos de las fuerzas que actan sobre el cuerpo.La Estructuras Metlicasson las que la mayor parte de los elementos o partes que la forman son de metal (ms del 80%), normalmenteacero.Una estructura metlica es cualquier estructura donde la mayora de las partes que la forman son materiales metlicos, normalmenteacero.

Si observas en tu da a da podrs darte cuenta de que nuestras vidas dependen prcticamente del uso de los metales, echa un vistazo a tu alrededor y vers metal en todas partes: tu ordenador, tu mp3, las ventanas de tu casa, los edificios, los coches, etc. La mayora delos metalesson fuertes, conducen la electricidad y tienen un punto alto de fusin y ebullicin. Tienen estas propiedades debido a su estructura.

3.HISTORIA

El uso dehierroen la construccin se remonta a los tiempos de la Antigua Grecia; se han encontrado algunos templos donde ya se utilizaban vigas de hierro forjado.En la Edad Media se empleaban elementos de hierro en las naves laterales de las catedrales.Pero, en verdad, comienza a usarse el hierro como elemento estructural en el siglo XVIII; en 1706 se fabrican en Inglaterra las columnas de fundicin de hierro para la construccin de la Cmara de los Comunes en Londres.El hierro irrumpe en el siglo XIX dando nacimiento a una nueva arquitectura, se erige en protagonista a partir de la Revolucin Industrial, llegando a su auge con la produccin estandarizada de piezas. Aparece elperfil "doble T"en 1836, reemplazando a lamaderay revoluciona la industria de la construccin creando las bases de la fabricacin depiezas en serie.En esa Exposicin de Pars de 1889, el ingeniero Ch. Duter presenta su diseo la Calerie des Machine, un edificio que descubre las ventajas plsticas del metal con una estructura ligera y mnima que permite alcanzar grandes luces con una transparencia nunca lograda antes.Otra obra ejecutada con hierro, protagonista que renueva y modifica formalmente la arquitectura antes de despuntar el siglo XX es la famosaTorre Eiffel(Pars, Francia).El metal en la construccin precede al hormign; estas construcciones posean autonoma propia complementndose con materiales ptreos, cermicos, cales, etc. Con la aparicin del concreto, nace esta asociacin con el metal dando lugar alhormign armado.Todas las estructuras metlicas requieren decimentaciones de hormign, y usualmente se ejecutan losas, forjados, en este material .Actualmente el uso del acero se asocia a edificios con caractersticas singulares ya sea por su diseo como por la magnitud de luces a cubrir, de altura o en construcciones deportivas (estadios) o plantas industriales.

3.1EL HIERRO Y EL ACERO EN LA HISTORIA DE LA ARQUITECTURA

3.1.1 DEL HIERRO AL ACERO

El hierro es un mineral que est presente en forma bastante abundante en la corteza terrestre (aproximadamente un 4,5%), la mayor parte en forma de xidos. Probablemente esto explique en parte el desarrollo ms tardo de la metalurgia del hierro comparada con la de otros materiales, como el oro y el cobre que suelen encontrarse en estados de alta pureza ms fciles de explotar y/o fundir. Aun as, es sabido que el hierro fue usado ya en la prehistoria, aunque en una muy reducida escala y, ciertamente, no en la construccin. La pieza de hierro ms antigua descubierta se cree que fue elaborada hacia 4 mil aos antes de nuestra era en Egipto. Coincidentemente, la ms antigua referencia al hierro se encuentra en el Captulo IV del Libro del Gnesis -que se presume escrita tambin alrededor de 4 mil aos a.C.- y que menciona a Tubal-Can; se es el que forja toda clase de herramientas de cobre y hierro. Piezas encontradas que datan de entre 4 mil y 2 mil quinientos aC se han encontrado en diversas regiones del creciente frtil y de Egipto, pero dan cuenta de un uso muy aislado y espordico de este metal, muchas veces proveniente de meteoritos. Esta caracterstica del hierro meterico acenta su valor que, en casos como en Amrica Andina o en Yucatn, superaba al del oro.Durante el siglo XVIII la produccin de acero se acelera y mejora su tecnologa: primero con el uso del carbn coke en reemplazo de carbn vegetal como combustible propuesto por A. Darby (posteriormente importante en la construccin del puente sobre el ro Severn, el proceso Pudding y el proceso Blister, antecesores del desarrollo de la tecnologa que se inicia en los siglos XIX y XX.La llamada Revolucin Industrial que se instala a mediados del siglo XVIII es el resultado de la convergencia de una serie de hechos complejos, descubrimientos cientficos y tcnicos (el papel, la imprenta, la plvora, la brjula, etc.), de condiciones sociales, econmicas y polticas, de la explosin demogrfica y la concentracin urbana, del desarrollo de una industria incipiente que reemplaza la fabricacin artesanal y da inicio a un proceso en el que, en parte, estamos inmersos an hoy. Sin embargo, es opinin de muchos que la Revolucin Industrial slo es posible gracias al hierro y el acero. El impacto de la produccin de acero a menor costo y a mucha mayor velocidad es notable (se pasa de un plazo de 10 das para transformar 500kg de hierro en acero a 36 horas a principios del siglo XIX y con el proceso desarrollado por Bessemer, el plazo se reduce a poco ms de 20 minutos). Este impacto, que se expresa en la produccin de energa como la mquina a vapor, en el transporte terrestre y martimo, en la industria textil, en los posteriores inventos de motores elctricos y de explosin, entre tantos largos de enumerar, nos permite afirmar, sin mucho riesgo de error que la civilizacin y la cultura actuales son, para bien o para mal, el resultado del desarrollo de la industria del acero. Hoy, en el siglo XXI, en el mundo globalizado, informatizado y comunicado, el desafo que enfrenta el planeta es el desarrollo sustentable que permita entregar a las futuras generaciones un mundo posible, amigable, responsable del medio ambiente: en este escenario desafiante el acero como material, como industria y como recurso tiene, nuevamente un gran aporte que hacer, toda vez que es, como se ha dicho, un material cien por ciento e indefinidamente reciclable, aspecto que lo destaca, especialmente en al universo de los materiales de construccin.

3.2 EL HIERRO Y EL ACERO EN LA ARQUITECTURA Y LA CONSTRUCCIN

Aunque en la antigedad fue usado eventual y accidentalmente como elemento de trabazn, el hierro no es usado como material propio de la construccin hasta el siglo XVII. Durante los perodos Gtico y el Renacimiento se le encuentra como material complementario de componentes de madera (clavos y herrajes hechos en forma manual) y en la construccin de algunas mquinas y herramientas que facilitaron tanto la elaboracin como el montaje de los elementos y partes de las construcciones. El hierro fundido se usa en funcin de su alta resistencia a la compresin pero su escasa capacidad de tomar esfuerzos de flexin debido a su fragilidad, limitan su aplicacin en elementos mayores en la arquitectura. En una segunda fase de su uso es en la sustitucin de estructuras o partes sometidas a compresin, como el pilar y el arco. Un ejemplo del uso temprano de elementos aislados de hierro son las columnas que sostienen la campana de las cocinas del Monasterio de Santa Mara de Alcobaza, en Portugal, construidas en 1752. Comenta A. Montealegre que existen pocas excepciones a lo anterior, como el uso que hace Vasari en los Ufizi para refuerzo en los pisos superiores, consiguiendo con ello un aligeramiento de la fachada y mayor transparencia e iluminacin[1]. Por su parte, Claude Perrault y Charles Le Brun utilizan refuerzos de hierro en la columnata del Louvre (1670). Ambos ejemplos ponen de manifiesto los atributos del material y los aportes que han representado el hierro y el acero a la arquitectura y la construccin hasta el presente.

Poca o ninguna expresin en la arquitectura o la estructura es conocida del perodo, sin embargo, se hace presente en elementos ornamentales y de cerramientos, como rejas, protecciones, algunas de notable factura y complejo diseo.or otra parte, el sistema de caeras de hierro fundido que surte las fuentes de los Jardines de Versalles construido a fines del siglo XVII y que sigue operativo hasta nuestros das, habla del desarrollo incipiente de una tecnologa que impactar fuertemente en la arquitectura, la ingeniera y la construccin a partir de los siglos XVIII y XIX.Luego de un intento fallido de construir un puente en hierro sobre el Rdano en 1755, limitado por la imposibilidad de fundir piezas de las dimensiones requeridas, se construye el primer puente sobre el ro Severn, en Coalbrookdale, Shropshire, Inglaterra, en 1775. Reconocido como el primer puente estructurado en hierro, elIronBridge salva una luz de 30m y fue construido en dos medios arcos compuestos de 15m cada uno de hierro fundido cuyo concepto estructural se acerca ms a la madera que al acero: la mayor parte de sus elementos estructurales estn comprimidos y sus elaborados y complejos sistemas de uniones recuerdan mucho a los sistemas de caja y espiga propios de las uniones de elementos estructurales de madera.Puente Shropshire sobre el ro Severn, en Coalbridge, Gran Bretaa.

El desarrollo del ferrocarril, que se inicia en las faenas mineras con rieles de madera a los que se les agregaba guas de hierro colado en las curvas para evitar que se salieran del carril, es un campo frtil para el uso del ingenio y del hierro. Con el tiempo, las huellas completas fueron elaboradas en hierro con una pestaa para conservar el curso de los carros, relegando a la madera a los durmientes que estabilizan las vas. A fines del siglo XVII el ingeniero John Smeaton concibe la idea -sada hasta el presente- de trasladar la pestaa del riel a la rueda. Por la misma poca, se introducen los rieles de hierro colado. Poco a poco se avanza en el uso del hierro en la construccin, en parte como respuesta a los riesgos de incendios de las estructuras de madera de la naciente industria. Un ejemplo destacado de este reemplazo es el Edificio de la Bolsa de Comercio de Pars. Esta bsqueda de la incombustibilidad resulta paradojal si se la contrasta con la preocupacin actual de proteger las estructuras metlicas contra los efectos del fuego. Originalmente conocida como la Halle auBl, cuyo domo se pierde en un incendio a principios del siglo XIX, la cpula del edificio es reconstruida en hierro en 1811. En 1888 se transforma en Bolsa de Comercio.Edificio de la Bolsa de Comercio de Paris

Hay que tener presente las limitaciones tcnicas que representa el hierro colado para la construccin y que lo diferencias dramticamente del acero que conocemos hoy: tiene una baja resistencia a la traccin, no es laminable ni es soldable. Las conexiones de clara inspiracin en el lenguaje de la madera que podemos apreciar en el Iron Bridge (foto del detalle) avanzan hacia el desarrollote los roblones ( ver), que permiten conexiones muy eficientes. Esta tcnica es usada tambin no solo para conectar elementos entre s (como columnas y vigas) sino para crear elementos de nuevas y mayores secciones que tuvieran prestaciones estructurales superiores.Los primeros edificios industriales se construyeron con muros perimetrales de albailera y estructuras interiores de columnas y vigas de madera que soportaban pisos, tambin de madera. Como se ha comentado, el riesgo de los incendios motiva la sustitucin progresiva de los elementos de madera por elementos de hierro forjado. La columna tubular hueca se inventa alrededor de 1780. A fines del siglo XVIII se construye una de las primeras experiencias de entramados interiores en hierro que responde a una tipologa que luego se hizo muy comn. Se trata de la fbrica Textil Benyon, Bage& Marshall (1797) cuyo edificio de 5 pisos tiene un muro perimetral de albailera que en su interior se estructura en base a un entramado de 3 filas de columnas de hierro distanciados a 2,65m y conectadas por vigas de seccin ms ancha en su cara inferior, que permitan el apoyo de bovedillas para conformar el entrepiso.

El Recin comenzado el siglo XIX, Boulton y Watt inventan la viga doble T y la usan por primera vez en combinacin con columnas tubulares y un sistema de bovedillas de ladrillo para los entrepisos. El proceso de desarrollo del conocimiento de los atributos del hierro as como las nuevas tcnicas de produccin, estructuracin y desarrollo de sistemas constructivos, se mantuvo durante los primeros aos del siglo XIX. Un ejemplo de lo anterior es la viga moldeada de seccin T invertida utilizada en el pabelln de los enfermos del antiguo Hospital Charing Cross, en 1830 en Londres. (imagenes ..algo de historia FPB),En 1834, William Fairbairn recoge el modelo de entramado propuesto por Boulton y Watt en el proyecto de la Fbrica Orrel, proyectada en 1834 en la que se introducen las vigas doble T, lo que permite cubrir luces mayores (7,25m), reduciendo el costo del hierro incorporado a la estructura entre un 20 a 30%. A partir de 1846 fabrica en su maestranza en Manchester, elementos estructurales de varias piezas laminadas en hierro colado conectadas entre s con uniones roblonadas. Esto signific un avance notable ya que permite superar las limitaciones dimensionales que impona la tcnica del hierro fundido. Ejemplos de ello son los puentes sobre los estrechosde Menaiy el Britannia Tubular Bridge, de 1852.Un ejemplo destacado de los macizos muros perimetrales y los interiores de hierro corresponden a los proyectos de Henri Labrouste (1801 1875) para la Biblioteca SainteGenevieve (1851) y para la Biblioteca Nationale (1858-68). Labrouste, que hizo una brillante carrera acadmica, gan el Gran Premio de Roma a los 23 aos, lo que le permiti conocer y estudiar la antigedad clsica durante 5 aos. Su inters se centr en estudiar los viaductos y templos, buscando en ellos el espritu que hace de una buena construccin una buena obra de arquitectura. Esta posicin de arquitecto-constructor debe esperar ms de diez aos hasta lograr su primer contrato importante, la biblioteca Santa Genoveva. Esta obre se reconoce como uno de los primeros intentos de construir un edificio estructurado enteramente en bvedas de can en base a arcos de hierro forjado y fundido apoyados en columnas muy esbeltas. Al igual que las obras industriales inglesas comentadas, el edificio de la Biblioteca Santa Genoveva est rodeado de muros perimetrales, esta vez de fbrica de piedra. Sin embargo, la solucin estructural de Labrouste libera a los muros del permetro de toda carga lateral, haciendo que el conjunto de columnas y arcos y la cubierta de hierro sean independientes del permetro. Aos despus, le es encomendado el proyecto de la Biblioteca Nacional, en que reemplaza la bveda por un sistema de cpulas que conforman un espacio notable en la sala de lectura. Pese a lo destacado de este espacio conformado por bvedas esfricas compuestas por cermica vidriada en cuyo centro se abre una abertura circular que asegura una buena iluminacin a los puestos de lectura, Giedion destaca mucho ms la solucin delmagazn central, el depsito de libros, como un hito precursor de la arquitectura moderna. Esta parte tiene 4 pisos ms un subterrneo y alberga 900.000 volmenes, un problema nuevo para la arquitectura de bibliotecas que hasta entonces compartan las dimensiones de la sala de lectura y el depsito. Con una cubierta de vidrio, la luz se derrama entre las rejillas que conforman los pisos, algo usado hasta entonces slo en las salas de mquinas de los barcos. Segn Giedion, el proyecto de un espacio no previsto para ser abierto al pblico libera al arquitecto de la presin del gusto popular y le permite desplegar su innegable talento y visin, configurando un espacio desprovisto de todo ornamento en el que, utilizando los recursos tecnolgicos disponibles, logra una solucin que tiene el sello de la correccin intemporal. Las rejillas de los entrepisos, as como el uso de grandes mamparas vidriadas son slo algunas de las innovaciones introducidas por Labrouste en este proyecto.

Francia no es ajena a estos esfuerzos que representan las grandes ferias y exposiciones. A la Exposicin Universal de 1798 le siguen la de 1867 y la de 1878. La ltima de la serie fue la de 1889, que es la oportunidad de dos obras seeras de la arquitectura y construccin en hierro del siglo XIX: la Torre Eiffel y la Galera de Mquinas.

Galera de MquinasFerdinand Dutert, arquitecto y VictorContamin, ingeniero

4.CLASES DE ACEROS.

Segn la norma EA-95, se definen las clases de acero por su tipo y la calidad segntabla 2.1.1 de dicha norma.

R (Kg/cm2); es la tensin de rotura.

a utilizable en construcciones remachadas.b utilizable en construcciones remachadas o soldadas y es la ms habitual.c utilizable para construcciones con alta exigencia de soldabilidad.d utilizable para construcciones soldadas con exigencias especiales de resistencia.

El comercial ms habitual es el A42b; la eleccin del acero depende segn lascaractersticas del proyecto y las posibilidades de compra en cada momento. En partessecundarias podremos hacer uso de un acero de menor resistencia.

5.MATERIALES

En el momento de redactar el presente captulo los materiales estructurales tpicos son el hormign armado y el acero. En algunos casos particulares (estructuras vistas en recintos en los que se pretende crear cierta singularidad) se ha utilizado la madera laminada encolada.

La fbrica resistente de ladrillo (o de bloques de mortero) se aplica de forma intensiva en la construccin de viviendas unifamiliares, formando muros (designados como "de carga") en los que apoyan los forjados (parte horizontal de la estructura, usualmente organizada en torno a elementos resistentes de hormign armado -muchas veces pretensado-). Las cimentaciones se construyen, en su prctica totalidad, en hormign armado. El acero aparece como simple armadura o como entubado de pilotes. Ello no impide el que en casos singulares, como el de los micropilotes, sea la armadura -usualmente un nico redondo de gran dimetro y fabricado en acero de alto lmite elstico- la que lleve toda la carga. En edificacin convencional (bloques de viviendas de hasta 12 - 15 alturas), el hormign armado se usa de forma generalizada, tanto en el entramado resistente como en la estructura horizontal. Ocasionalmente se utilizan pilares de acero. En edificios altos de oficinas, en los que las exigencias de flexibilidad en la distribucin imponen el uso de luces importantes y los costes financieros rentabilizan el uso de materiales que faciliten la rapidez de construccin, es ms frecuente el empleo de la estructura metlica, que, en ocasiones, se extiende incluso a la estructura horizontal (forjados de chapa plegada). Las naves industriales, dominio exclusivo hasta mediados de los 70 de las celosas de perfilera metlica, se montan hoy da con elementos prefabricados de hormign (pretensado en los elementos horizontales) en el caso de luces pequeas y medianas, quedando el acero relegado a luces de cierta entidad. Las instalaciones industriales (recipientes, tuberas, tolvas, estructuras de soporte de todo tipo de instalacin, ...) se construyen normalmente en acero. os puentes, y, en general, la obra civil en su ms amplia acepcin, utilizan el hormign en la mayora de los casos. No obstante, cada da es ms frecuente el uso de soluciones en las que, siquiera de forma parcial, se hace uso del acero (tableros mixtos de puentes, tneles artificiales en chapa conformada, tablestacados en chapa grecada,....). El lector habr podido comprobar la inexistencia, en lo expuesto, de unos lmites precisos de uso. Se describen tendencias muy generales (... "quedando el acero relegado a luces de cierta entidad"...) pero sin aportar cifras concretas (cuantos metros de luz?). Incluso en el caso de sealar campos en los que el uso de un material es general inmediatamente se advierte acerca de la existencia de muchas y notables excepciones. Probablemente la conclusin ms realista sea admitir la inexistencia de campos exclusivos de uso de cada material. En general, parece importante recelar de los tpicos que, con carcter general y sin admitir precisin alguna, se convierten en los autnticos -e indeseables- lmites al uso de un material. En el siguiente apartado se revisan algunos de tales tpicos.

5.1 ALGUNOS TPICOS SOBRE LOS MATERIALES

..."El mantenimiento de las estructuras metlicas es ms costoso que el de las de hormign"... Quienes propagan este tpico se refieren, normalmente, a la necesidad de mantenimiento de las estructuras de acero a causa de la corrosin y dan por supuesto que el hormign no requiere atencin alguna. La realidad ha demostrado en los ltimos aos lo errneo de estos supuestos. As, la corrosin ha demostrado ser bsicamente el resultado de un diseo o ejecucin inadecuados, con independencia del material. Una viga de hormign armado (no digamos ya pretensado) construida con escasos recubrimientos, altas relaciones agua-cemento, sobrecargada a edades tempranas,... es mucho ms sensible a la corrosin que una viga armada o un perfil metlico sin proteccin alguna. Por otra parte, la existencia en la actualidad de aceros de alta resistencia a la corrosin y de tratamientos protectores extraordinariamente eficaces ha minimizado los costes de conservacin (lamentablemente, de un tpico se ha pasado, en algunos casos, al contrario, popularizndose el uso del acero resistente a la corrosin incluso en formas en las que no es adecuado). ..."Las estructuras de acero son mucho ms peligrosas en caso de incendio que las de hormign"... El incendio ha de ser considerado como una situacin ms de proyecto, analizando la respuesta de la estructura y especificando, si se requiere, la proteccin adecuada a cada elemento. Durante algunos aos la normativa especificaba unas protecciones para los elementos metlicos que hacan poco competitiva este tipo de estructura. La reciente publicacin de normas en las que se generaliza la necesidad de proteccin de las estructuras de hormign (lo que requiere mayores recubrimientos y, en definitiva, ms cantidad y mejor calidad del hormign) ha situado la comparacin econmica en unos trminos mas ajustados. ..."La estructura metlica permite una ejecucin ms rpida en edificacin debido al carcter industrializado de los elementos que la componen (perfiles laminados)"... Aunque la lgica de la afirmacin es evidente, la realidad es que los dilatados plazos de entrega de los materiales dan, en demasiadas ocasiones, al traste con la afirmacin.

..."La estructura metlica ahorra espacio en planta (de edificacin) al permitir pilares de menor rea"... Basta con medir el espacio que en una planta normal ocupa la estructura frente al que ocupan la albailera, los acabados, aislamientos, servicios, etc, para comprender lo excesivo de la afirmacin. Obviamente, en casos muy particulares (rehabilitaciones, reformas por cambios de uso, refuerzos, etc.) puede ocurrir que una solucin "a medida" en estructura metlica permita ahorros de cierta importancia, pero ello no debera ser nunca generalizado.

6. SISTEMAS ESTRUCTURALES

6.1. EN EDIFICACIN

El esquema resistente ms habitual es el que hace uso de prticos planos (figura 1) constituidos por pilares (elementos verticales) y vigas (elementos horizontales) en las que apoya la estructura horizontal o forjado.

Fig. 1. Prticos de edificacinLos forjados ms comunes en nuestro Pas son los unidireccionales (designados as en virtud de su esquema resistente) de hormign (figura 2), constituidos por viguetas prefabricadas y pretensadas de hormign que se tienden entre las vigas de cada prtico a distancias en torno a 70 cm. Las bovedillas, elementos tambin prefabricados de cermica o mortero, se sitan entre las viguetas. No se les considera parte del sistema estructural (aunque su colaboracin a la capacidad del forjado se reconoce en algunos apartados de la normativa) y actan como encofrado de la losa de hormign vertida "in situ" que forma la cabeza de compresin de las vigas compuestas (hormign prefabricado - in situ) as constituidas. Las viguetas se llaman "semirresistentes" cuando su resistencia no es suficiente para resistir el peso del forjado (ms las cargas de construccin) y requieren de la accin compuesta con el hormign vertido in situ. En este caso es, evidentemente, necesario el uso de apuntalamientos durante la ejecucin.

El sistema estructural en el caso de los forjados unidireccionales es muy simple. Las cargas verticales se aplican sobre las viguetas (aunque se ejerzan sobre la bovedilla la capa de hormign las transmite a las viguetas) que, trabajando a flexin, transmiten las reacciones a las vigas para bajarlas a la cimentacin a travs de los pilares.

Fig. 3. Trayectoria de las cargas gravitatorias

Con frecuencia creciente se utilizan forjados bidireccionales de hormign (figura 4) construidos vertiendo el hormign sobre casetones recuperables (baeras de plstico que se retiran una vez haya alcanzado el hormign la resistencia requerida) o perdidos (bloques de mortero que quedan embebidos en el hormign). Los casetones se disponen formando una cuadrcula bidimensional a distancias en torno a los 80 cm y dejando las distancias necesarias (entre 12 y 18 cm) entre sus paredes laterales para colocar la armadura y constituir con el hormign vertido los nervios resistentes. Aunque en tiempos fue frecuente el uso de viguetas metlicas, el nico tipo de forjado que en la actualidad se utiliza y en el que participa el acero estructural es el de chapa plegada, (figura 5) formada por una delgada (entre 0.75 y 1.2 mm de espesor) chapa conformada en fro en forma que se constituye un perfil grecado capaz de soportar las cargas de ejecucin y actuar, una vez que elhormign vertido sobre ella alcanza la resistencia necesaria, como armadura del forjado mixto as formado. Los prticos llevan a la cimentacin las cargas verticales inducidas en las sucesivas plantas de forjado y las horizontales contenidas en su plano y debidas a la accin del viento, sismo, etc. Si el prtico es de hormign, el monolitismo de las uniones permite desarrollar un mecanismo resistente basado en la rigidez a flexin de vigas y pilares mecanismo muy eficaz para los edificios de altura normalFig. 4. Forjado bidireccional

Fig. 6. Mecanismos resistentes ante acciones horizontales

Si el prtico es metlico, la ejecucin de uniones rgidas, capaces de transmitir momentos, entre vigas y pilares complica y encarece la ejecucin, por lo que, normalmente, tales uniones se proyectan como "simples" (transmisoras de fuerzas pero sin rigidez a momentos). En tal caso el entramado de vigas y pilares (que ya no debera ser llamado prtico) carece de rigidez ante acciones horizontales y es necesario disponer algn otro mecanismo resistente, que puede ser la triangulacin de parte del entramado, la formacin de pantallas rgidas de hormign,... (figuras 6 y 7). La rigidez de los forjados ante las acciones en su plano hace innecesario el disponer tales mecanismos en la totalidad de los entramados.Tericamente bastara

con rigidizar nicamente dos entramados separados. En la prctica, es adems evidente que la separacin y la simetra de las rigidizaciones incrementa su eficacia. Para las acciones horizontales perpendiculares al plano de los rticos, frente a las cuales stos carecen de rigidez, es posible reproducir los esquemas resistentes explicados. As, si los prticos son de hormign, es posible hormigonar vigas de atado, que reproducen el sistema de prticos rgidos que, en este caso, se suponen solicitados nicamente por acciones horizontales. En el caso de entramados metlicos normalmente es ms eficaz reproducir los esquemas de triangulacin ya explicados. En la prctica resulta ms cmodo, cuando se piensa en la resistencia frente a acciones horizontales, abandonar los esquemas planos y pensar en sistemas tridimensionales (figura 8).

Fig. 8. Arriostramientos tridimensionales

Considerando la rigidez en su plano de los forjados ser suficiente la disposicin de tres pantallas o la triangulacin de tres vanos con la nica condicin de que no sean paralelas no concurran (figura 9).

Fig. 9 Distribucin de PantallasSiguiendo la evolucin de los propios sistemas productivos a los que sirven, los edificios industriales se han diversificado y tecnificado en forma tal que de la simple idea de aislar mnimamente un recinto de las condiciones de intemperie se ha pasado a esquemas complejos que responden a exigencias funcionales muy precisas. Limitando la exposicin a la construccin ms simple, la nave industrial entendida como el cierre de u recinto, el primero de lo elementos estructurales, soporte directo de los elementos de cierre y cubricin, es la correa, viga que se tiende en direccin perpendicular a los prticos en los que apoya.

Como en el caso de los edificios, las fuerzas horizontales contenidas en el plano del prtico pueden ser resistidas por la flexin de los elementos si las uniones son rgidas. Para resistir la componente normal al plano de los prticos es usual crear vigas trianguladas uniendo dos prticos sucesivos mediante diagonales. (figuras 10 y 11) Cuando los prticos se construyen en hormign armado, los elementos (especialmente el dintel) son, normalmente, prefabricados. Dada la dificultad de formar uniones rgidas en este tipo de piezas el dintel se considera simplemente apoyado en los pilares, que deben estar empotrados en la cimentacin para resistir como voladizos las cargas horizontales. En ocasiones se hormigonan los pilares in situ y sobre ellos se apoya una viga metlica triangulada.Cuando el prtico completo se ejecuta en estructura metlica es frecuente eluso de soluciones continuas (nudos rgidos). En este caso podra prescindirsedel empotramiento de los pilares en la cimentacin, abaratndola notablemente,a costa de un mayor dimensionamiento del prtico.

7. PERFILES

Las barras que componen las estructuras se fabrican en diferentes formas, a la seccin transversal perpendicular al eje longitudinal se le denomina perfil. Dependiendo del material del que est construida la barra, la obtencin de un determinado perfil se realizar por un procedimiento u otro. En las barras metlicas los procesos ms usados para la obtencin de perfiles son:

Mediante un molde: consiste en la fabricacin de un molde (de acero, escayola, de cera etc), sobre el que se vierte el material al que se le va a dar forma. Se utiliza por ejemplo para la fabricacin de prefabricados de hormign, fundiciones, etc.

Laminacin: consistente en hacer pasar al material base (acero, aluminio) por una serie de rodillos que irn poco a poco dndole la forma apropiada. Para facilitar el proceso, se calientan los metales, de forma que sean ms maleables. Mediante la laminacin se consiguen piezas como planchas, vigas, redondos, traviesas, etc.

Extrusin: el metal extrusionado tiene que ser fcilmente maleable, de forma que se le empuja a travs de un orificio que tiene la forma del perfil que queremos obtener.

Formas ms comunes: Las formas ms habituales son las que te mostramos en la siguiente figura:Principio del formularioFinal del formulario

Pero no son las nicas, pues tenemos en el mercado una amplia variedad de perfiles, ngulos, pletinas, chapas, etc.

Veamos a continuacin con ms detalle algunos perfiles. Perfil normal en forma de T: es muy usual en la construccin, se coloca con las alas hacia abajo, de manera que puedan apoyarse sobre l ladrillos, rasillones, y otros elementos constructivos.

Perfil en L o angular: es un perfil de forma que la seccin es un ngulo recto. Se utiliza mucho en la construccin de estructuras metlicas, en la parte de cubiertas.

Perfil en doble T: es el que se coloca en pilares. Trabaja tambin muy bien con esfuerzos de flexin. Es un perfil I (PN). Perfil de ala ancha:es una viga en doble T, en la que la altura total es igual a la anchura de las alas.

8.EIFFEL GRAN EXPONENTE DE LAS ESTRUCTURAS METALICAS

8.1 Catedral de San Marcos de AricaEn 1875 se inaugur la instalacin que fue encargada por el gobierno del presidente peruano Jos Balta a los talleres de Eiffel. Pero aos ms tarde en 1984, la iglesia fue declarada Monumento Nacional. La obra est inspirada en el estilo gtico, y tiene una estructura metlica, pero sus dos puertas son de madera. En su interior se expone el Monumento Histrico de la Campana de Arica.

8.2 Casa de la gobernacin de AricaFue proyectada por Eiffel en 1872. Est ubicada frente a la ex plaza San Marcos y en sus comienzos fue la residencia oficial del gobernador, pero tambin se utiliz para actos protocolares. En 1987 fue desalojada por los daos que sufri en un sismo, pero fue remodelada por las autoridades en 1996.

8.3 Casa de Fierro de IquitosEs una casona de hierro ubicada en la ciudad de Iquitos al norte de Per, fue erigida en 1890 y se convirti en uno de los iconos culturales del lugar, y hasta la actualidad es uno de los edificios mejor conservados del pas. Tanto los muros, como el techo y balcones estn cubiertos con placas de hierro, mientras el segundo piso est sostenido por columnas. En 1889 fue exhibida en la Exposicin de Pars y posteriormente fue trasladada en barco a Per.

9.VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS ESTRUCUTURAS METALICAS9.1. VENTAJAS- Vigas reticuladas permiten cubrir grandes luces- Construcciones a realizar entiempos reducidosde ejecucin.- Construcciones enzonas muy congestionadascomo centros urbanos o industriales en los que se prevean accesos y acopios dificultosos.- Edificios con probabilidad decrecimiento y cambiosde funcin o de cargas.- Edificios enterrenos deficientesdonde son previsibles asientos diferenciales apreciables; en estos casos se prefiere los entramados con nudos articulados.- Construcciones donde existengrandes espacioslibres, por ejemplo: locales pblicos, salones.-En funcin de la temperatura el acero se puede encoger, estirar o derretir.- Alta resistencia:Su alta resistencia en relacin a su peso, permite la elaboracin de estructuras ligeras, las cuales sin acero aumentaran drsticamente sus dimensiones. Es esta alta resistencia tanto a compresin como a traccin lo que permite a las vigas obtener una notable resistencia a flexin.- Elasticidad:Su comportamiento es prcticamente linealmente elstico, cumpliendo con la ley de Hooke hasta cierto punto donde los esfuerzos ya son considerables.- Tenacidad:Enorme capacidad de absorcin de energa.- Ductilidad: esta cualidad dota del acero con la capacidad de deformarse considerablemente antes de entrar a un estado plstico o de ruptura .esta caracterstica permite q los elementos estructurales de hormign armado avisen su falla mediante agrietamientos.- Reciclable: el acero es reciclable en un 100% adems de ser totalmente degradable.

9.2.DESVENTAJAS- no se pueden hacer edificaciones con grandes acciones dinmicas.- es poco favorable construir edificios ubicados en zonas de atmsfera agresiva, como marinas, o centros industriales, donde no resulta favorable su construccin.- construir edificaciones donde existe gran preponderancia de la carga del fuego, por ejemplo almacenes, laboratorios, etc.- Corrosin:Este sera el principal inconveniente del acero, y es que cuando se encuentra a la intemperie este se corroe con facilidad, por esto simple se trata de proveerle con un recubrimiento, ya sea de un espesor de hormign o de algn material dedicado para esto.- Endotrmico:Las estructuras en acero o con partes en acero, propagan fcilmente el calor debido a las propiedades fsicas de este material, y en caso de incendio las altas temperaturas se propagarn fcilmente por la estructura haciendo que falle ms rpido.

Bibliografa

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Bresler, Lin, diseo de estructuras de acero, Mxico, limosa, 1987.

Mc Cormick Jack diseo de estructuras metlicas, Mxico, representaciones y servicios de ingeniera, 1992.

http://www.construccion.org.pe/normas/rne2009/rne2006/files/titulo3/02_E/RNE2006_E_090.pdf

http://www.areatecnologia.com/estructuras/estructuras-metalicas.html

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