REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN SUPERIOR INSTITUTO POLITÉCNICO SANTIAGO MARIÑO EXTENSIÓN MÉRIDA CARRERA INGENIERÍA CIVIL TRABAJO DE PROYECTO DE ACERO Y MADERA AUTOR: PROFESOR: Hugo Manuel Leiva Pérez Ing. Martha León CI: V- 27782698 Proyecto de Acero y Madera Mérida, julio de 2019 ÍNDICE GENERAL 1) ¿Qué son estructuras Metálicas?....................................................... 1 2) ¿Cuáles son los tipos de estructuras meticas que existen? …………. 1 3) ¿Qué son cerchas?............................................................................ 4 4) ¿Qué tipos de cerchas existen, donde y porque se emplean cada 4 una?....................................................................................................... 5) ¿Cuáles son las propiedades físico mecánicas de las estructuras 5 metálicas?.............................................................................................. 6) ¿Qué es un cálculo estructural?......................................................... 6 7) ¿Qué es un análisis estructural?........................................................ 6 8) ¿Cuáles son los diferentes métodos de cálculo estructural, nombre 7 y explique cada uno?.............................................................................. 9) ¿Qué es cálculo por nodos?............................................................... 7 10) ¿Qué es cálculo por tres momentos?............................................... 7 11) ¿Cuáles son los tipos de construcciones más utilizadas para la 8 construcción de galpones?..................................................................... 12) Nombre y defina cada una de los tipos de estructuras utilizadas 8 para cubrir luces mayores de los 7mts…………………………………… 13) ¿Cuáles son las construcciones más utilizadas en las zonas 10 montañosas?......................................................................................... 14) ¿Cuáles son los materiales más utilizados y recomendados en 11 zonas frías? (Nombre explique y coloque imagen representativa de cada uno de ellos) ………………………………………………………...... 15) ¿Qué son estructuras metálicas y que tipo son las más 11 recomendadas en alturas mayores a los 4mt y separaciones entre pórticos de 6mt en adelante?................................................................. ANEXOS…………………………………………………………………….. 13 REFERENCIAS ELECTRÓNICAS……………………………………….. 15 ii ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1: Estructura abovedada……………………………………………. 1 Figura 2: Estructura entramada…………………………………………….. 2 Figura 3: Estructura triangulada……………………………………………. 2 Figura 4: Puente con estructura colgante de acero……………………… 3 Figura 5: Estructura laminada de una edificación……………………….. 3 Figura 6: Instalación de una estructura geodésica……………………….. 4 Figura 7: Pasarela metálica………………………………………………… 8 Figura 8: Construcción de una pasarela………………………………….. 9 Figura 9: Puente María Pía, Portugal …………………………………….. 9 Figura 10: Representación de una fundación aislada en montañas…… 10 Figura 11: Representación de un corte para construcción en montañas 10 Figura 12: Tabla de materiales para climas fríos…………………………. 11 iii PREGUNTAS 1) ¿Qué son estructuras metálicas? Una estructura metálica cualquier estructura donde la mayoría de las partes que la forman son materiales metálicos (más del 80%), normalmente de acero. Las estructuras metálicas se utilizan por norma general en el sector industrial porque tienen excelentes características para la construcción, son muy funcionales y su coste de producción suele ser más barato que otro tipo de estructuras. Normalmente cualquier proyecto de ingeniería, arquitectura, etc. utiliza estructuras metálicas. 2) ¿Cuáles son los tipos de estructuras metálicas que existen? • Estructuras Abovedadas: Son todas aquellas en las que se emplean bóvedas, cúpulas y arcos para repartir y equilibrar el peso de la estructura, como por ejemplo puede verse en las catedrales o iglesias. Figura 1: Estructura abovedada Fuente: Hernández (2018) 1 • Estructuras Entramadas: Estas son las más comunes ya que son las que utilizan la mayoría de los edificios que podemos ver en cualquier ciudad. Emplean una gran cantidad de vigas, pilares, columnas y cimientos, es decir, una gran cantidad de elementos horizontales y verticales para repartir y equilibrar el peso de la estructura. Estas estructuras son más ligeras porque emplean menos elementos que las abovedadas por ejemplo y así pueden conseguirse edificios de gran altura. Figura 2: Estructura entramada Fuente: Hernández (2018) • Estructuras Trianguladas: Las trianguladas se caracterizan como su propio nombre indica por disponer sus elementos de forma triangular, suelen ser muy ligeras y económicas. Suelen utilizarse para la construcción de puentes y naves industriales. En estos casos hay dos formas que son las más utilizadas, la cercha y la celosía. Figura 3: Estructura triangulada Fuente: Hernández (2018) 2 • Estructuras Colgantes: Las estructuras colgantes o colgadas son aquellas que utilizan cables o barras (tirantes) que van unidos a soportes muy resistentes (cimientos y pilares). Los tirantes estabilizan la estructura, como puede verse por ejemplo en los puentes colgantes. Figura 4: Puente con estructura colgante de acero Fuente: Hernández (2018) • Estructuras Laminares: Todas aquellas formadas por láminas resistentes que están conectadas entre sí y que sin alguna de ellas la estructura se volvería inestable, como pueden ser las carrocerías y fuselajes de coches y aviones. Figura 5: Estructura laminada de una edificación Fuente: Hernández (2018) 3 • Estructuras Geodésicas: Son estructuras poco comunes que están formadas por hexágonos o pentágonos y suelen ser muy resistentes y ligeras. Son estructuras que normalmente tienen forma de esfera o cilindro. Figura 6: Instalación de una estructura geodésica Fuente: Pfenniger (2019) 3) ¿Qué son cerchas? Es una estructura reticular de barras rectas interconectadas en nodos formando triángulos planos o pirámides tridimensionales. También se les conoce como armaduras. El interés de este tipo de estructuras es que las barras trabajan predominantemente a compresión y tracción presentando comparativamente flexiones pequeñas. 4) ¿Qué tipo de cerchas existen, donde y porque se emplean cada una? Tipos de cerchas según su función del equilibrio • Cerchas isostáticas: Es un tipo de estructura que se puede analizar mediante principios y fórmulas que revelen los valores estáticos. De naturaleza determinada estáticamente, que, si se llegara a eliminar algunos de los componentes que unen al armazón, fallaría catastróficamente todo el sistema. 4 • Cerchas hiperestáticas: Su configuración se caracteriza por su estado de equilibrio, el momento flector es de valor igual a 0 en cada barra del sistema. A pesar de esto, la cercha puede que presente condiciones de inestabilidad, ya que su diseño de nudos fijos se asemeja a una estructura isostática. Tipos de cerchas según su conformación • Cercha simple: De conformación definida estáticamente, donde la cantidad de varillas y de uniones articuladas tienen que ser de acuerdo a una fórmula apropiada. Su forma es de triángulo y su cálculo es basado en la estática gráfica y en el equilibrio de sus nudos. • Cercha compuesta: Estructura con determinación estática, la cual se puede diseñar a partir de una o dos cerchas simples. También pueden tener 3 varas adicionales o a su vez un armazón interno, con tal que siga los criterios de equilibrio. • Cercha compleja: Se cuenta dentro de la categoría de hiperestáticas, y se caracteriza por no excluir a los modelos anteriores y por incluir al resto de geometrías. Se compone por uniones fijas y su cálculo se realiza o por el método de Heneberg o por el método matricial de la rigidez. 5) ¿Cuáles son las propiedades físico mecánicas de las estructuras metálicas? Para el caso de las estructuras metálicas, la mayoría de ellas son de acero, aunque las propiedades físicas y mecánicas del acero varían según su composición y tratamiento térmico, químico o mecánico sus características son: • Tiene una densidad media de 7850 kg/m³. • Se puede contraer, dilatar o fundir, según la temperatura. • Su punto de fusión depende de la aleación. Frecuentemente, de alrededor de 1.375 °C. 5 • Tiene un punto de ebullición alrededor de 3.000 °C. • Es un material muy tenaz, especialmente en aleaciones usadas para herramientas. • Es relativamente dúctil. • Es maleable; se puede transformar en láminas tan delgadas como la hojalata, de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor. • Algunas composiciones mantienen mayor memoria, y se deforman al sobrepasar su límite elástico (Ley de Hooke). • Posee una alta conductividad eléctrica. En las líneas aéreas de alta tensión se utilizan con frecuencia conductores de aluminio con alma de acero. 6) ¿Qué es un cálculo estructural? Es un procedimiento descrito de forma detallada, con el cual se exponen los cálculos de las ingenierías que intervienen en el desarrollo de un proyecto de construcción. Es usado para determinar las secciones de los elementos estructurales. Para realizar un cálculo estructural es necesario tomar en cuenta las cargas vivas, las cargas muertas, los factores de seguridad, los factores sísmicos (en su caso); y los factores de seguridad por viento (en su caso), es decir, todos los factores necesarios parar realizar la estructura de un proyecto. 7) ¿Qué es un análisis estructural? Un análisis estructural significa la separación de la estructura en sus elementos constitutivos y la determinación del efecto de las cargas aplicadas a la estructura en cada elemento. Cualquier estructura para fines de análisis se puede dividir en distintos miembros, como serían las barras de una armadura, o las vigas, columnas y losas en la estructura de un edificio, o las pilas, estribos, sistemas de piso y cables, en un 6 puente colgante. Una vez dividida la estructura en sus distintos miembros, la determinación del efecto de las cargas en cada miembro se lleva a cabo calculando las acciones internas producidas por esas cargas, o sea, las fuerzas axiales, las fuerzas cortantes, los momentos flectores y los torsores de cada miembro, así como las deformaciones de cada elemento y de la estructura completa. 8) ¿Cuáles son los diferentes métodos del cálculo estructural?, nombre y explique cada uno Existen dos tipos de métodos para realizar calculo estructural: Método manual: consiste en realizar los cálculos necesarios de una edificación de forma manual por medio de conocimiento, procedimientos y fórmulas, como el método de tres momentos, método de Hardy Cross, método de trabajo virtual, cerchas por método de nodos y métodos de secciones, entre otros. Método Digitalizado: Consiste en la utilización de softwares diseñados para el calculo estructural y programados con el método manual, se caracteriza por su rapidez al realizar dichos cálculos. Algunos de los programas son: SAP 2000, SKYCIV, IP3, entre otros. 9) ¿Qué es el cálculo por nodos? Es un método para hallar las fuerzas axiales de una cercha. Consiste en analizar la armadura tomando en cuenta el equilibrio de cada uno de los nodos que la componen. 10) ¿Qué es el cálculo por tres momentos? Es un teorema enunciado por el ingeniero francés Émile Clapeyron, es una fórmula que relaciona los tres momentos en tres apoyos de una viga continua lo cual es muy útil en el cálculo de momentos en estos apoyos. Además, este método simplifica el proceso de cálculo de los momentos flectores con los cuales se procede al trazado del diagrama de fuerza cortante y momento flector. 7 11) ¿Cuáles son los tipos de construcciones más utilizadas para la construcción de galpones? Actualmente, mayormente la construcción de los galpones son metálicos, debido a la rapidez de instalación de ellos, muchos de los galpones actuales suelen llevar cercha en el techo permitiendo una menor cantidad de columnas en los galpones y así ellos obtienen una mejor funcionalidad. Generalmente es de diseño sencillo, aunque las dimensiones pueden dificultar el cálculo de la estructura del techo, prefiriéndose que no tenga apoyos intermedios para facilitar la circulación, y el cálculo de la estabilidad de los muros perimetrales, que suelen recibir el empuje de los materiales depositados dentro. 12) Nombre y defina cada uno de los tipos de estructuras metálicas para cubrir luces mayores de 7mts Entre las estructuras metálicas con luces mayores a 7 metros, las más comunes son: • Pasarelas: Se denomina Pasarela al elemento que en obra se utiliza para pasar de un lugar a otro en el mismo nivel. Tendrá 60 cm de ancho como mínimo y si se encuentra a más de 2 m. de altura contará con una barandilla de seguridad. Generalmente se utilizar para el paso de peatones en calles, avenidas o carreteras con un ancho elevado. Figura 7: Pasarela metálica Fuente: Domínguez (2018) 8 • Galpones: Es una construcción grande y techada que se emplea como taller mecánico, carpintería, garaje o depósito de mercancías. También se emplea en los establecimientos rurales como lugar de albergue para los animales. Figura 8: Construcción de una pasarela Fuente: Sismotec (2018) • Puentes: Son construcciones destinadas a salvar un accidente geográfico u otro obstáculo físico como un río, vía férrea, carretera, o cualquier otro tipo de obstrucción al paso peatonal o vehicular. Cada puente se diseña según la función, peso, vientos dominantes y naturaleza del terreno donde se cimenta. Figura 9: Puente María Pía, Portugal Fuente: Sánchez (2018) 9 13) ¿Cuáles son las construcciones más utilizadas en las zonas montañosas? En las zonas montañosas el factor determinante es la inclinación, por ello existen distintas formas de construir en ellas, las más comunes son: • Por medio de una fundación aislada sin realizar un corte o relleno del terreno, consiste en ubicar cada fundación de forma vertical en la zona tomando en cuenta que tendrán diferentes longitudes hasta nivelarse con la placa horizontal. Figura 10: Representación de una fundación aislada en montañas Fuente: Tutorialarq (2015) • Por medio de una fundación clásica, para ello se debe realizar una nivelación o terraceo del terreno por medio de cortes, es importante destacar que se debe realizar un muro de contención para evitar arrastre e inestabilidad de la zona. Figura 11: Representación de un corte para construcción en montañas Fuente: Tutorialarq (2015) 10 14) ¿Cuáles son los materiales más utilizados y recomendados en zonas frías? (Nombre, explique y coloque imagen representativa de cada uno de ellos) Para construir una edificación en zonas frías, es esencial obtener realizar aislamiento térmico en ella, para evitar que la edificación tenga la misma temperatura que en el exterior y reduce el uso de calefactores eléctricos o a gas. En la siguiente figura, representa los materiales mas usados para climas fríos. Figura 11: Tabla de materiales para climas fríos Fuente: Construdata (2013) 15) ¿Qué son estructuras metálicas y que tipo son las más recomendadas en alturas mayores a 4mts y separaciones de pórticos de 6mts en adelante? Las estructuras metálicas son estructuras donde la mayoría de las partes que la forman son materiales metálicos (más del 80%), normalmente de acero. Las estructuras metálicas se utilizan por norma general en el sector industrial porque tienen excelentes características para la construcción, son muy funcionales y su coste 11 de producción suele ser más barato que otro tipo de estructuras. Normalmente cualquier proyecto de ingeniería, arquitectura, etc. utiliza estructuras metálicas. Cuando son edificaciones con alturas mayores a 4 metros y separaciones de pórticos de 6mts en adelante es recomendable para uso industrial o, así como son los galpones que se caracterizan por usarse en las cuales puede ser utilizadas en diferentes situaciones, las cuales abarcan desde cuidado y orden de herramientas, criadero de animales hasta trabajos de fabricación. 12 ANEXOS 13 Anexo 1: Galpón Metálico Fuente: Abasolo (2019) Anexo 2: Tipos de Cerchas Fuente: Anónimo (2017) Anexo 3: Vivienda de estructura metálica Fuente: Rustimetal (2017) 14 REFERENCIAS ELECTRÓNICAS S/A (2012). Estructuras metálicas. Recuperado el 19/07/2019 de https://www.areatecnologia.com/estructuras/estructuras-metalicas.html Hernández, V (2018). Tipos de estructuras metálicas según su uso. Recuperado el 19/07/2019 de https://blog.laminasyaceros.com/blog/que-necesitas- construir...-tipos-de-estructuras-met%C3%A1licas-seg%C3%BAn-su-uso Pfenniger, F (2019). Resistencia por Geometría. Recuperado el 19/07/2019 de http://www.arquitecturaenacero.org/uso-y-aplicaciones-del-acero/solucionesconstructivas/resistencia-por-geometria Torres, M (2014). Cerchas. Recuperado el 19/07/2019 de https://www.edu.xunta.es/espazoAbalar/sites/espazoAbalar/files/datos/14649 47489/contido/75_cerchas.html S/A (2018). Tipos de cerchas según su función del equilibrio y conformación. Recuperado el 19/07/2019 de https://www.ingecivil.net/2018/08/13/tipos-decerchas-equilibrio-conformacion/ Luperi, J (2017). Estructuras isostáticas. Recuperado el 20/07/2019 de https://www.youtube.com/watch?v=YK60rBdLQTQ S/A (2011). Cálculo Estructural. 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