CFGS CONSTRUCCION METALICA MODULO 246 DISEÑO DE CONSTRUCCIONES METALICAS U.T. 8.- ESTRUCTURAS METALICAS. U.T. 8.- Estructuras metálicas. 8.1.-Concepto de estructura. Condiciones que debe cumplir. Las estructuras metálicas son conjuntos de piezas unidas entre sí, cuya misión es sostener cubiertas de edificios, grúas, aparatos de elevación, bastidores de vehículos, etc.… Desde el punto de vista de la ingeniería pueden considerarse tres tipos básicos de estructuras, las armaduras, los armazones y las máquinas. Las armaduras constan exclusivamente de elementos rectos conectados en nodos localizados en los extremos de los elementos. Por lo tanto los elementos de estas estructuras son elementos de dos fuerzas, es decir, elementos sobre los cuales actúan dos fuerzas iguales y opuestas dirigidas a lo largo del elemento. Los armazones también están diseñados para soportar cargas y, asimismo, son estructuras normalmente fijas y estables. Sin embargo siempre contienen por lo menos un elemento de fuerza múltiple, esto es, un miembro sobre el que actúan tres o más fuerzas que generalmente no son longitudinales. Las máquinas, están diseñadas para transmitir y modificar fuerzas y son estructuras que contienen partes móviles. Estas tienen también por lo menos un elemento de fuerza múltiple. De estas las que tiene más importancia para nuestro curso son las armaduras, estas están diseñadas parea soportar cargas y son normalmente estructuras fijas y estables que proporcionan soluciones prácticas y económicas a muchos problemas, principalmente en el diseño de puentes y edificios. CFGS CONSTRUCCIONES METALICAS Página 2 U.T. 8.- Estructuras metálicas. El código técnico de la edificación define el concepto de estructura como el conjunto de elementos, conectados entre ellos, cuya misión consiste en resistir las acciones previsibles y en proporcionar rigidez. Las condiciones que debe cumplir una estructura son: Estabilidad estática: deberá estar en equilibrio sin que se transforme en mecanismo. Estabilidad elástica: todos los elementos de la misma permanecerán estables bajo la acción de las fuerzas interiores (condición de no fluencia). Funcionalidad: Las deformaciones de la estructura no deberán sobrepasar determinados valores para que esta sea utilizable, tanto por razones estéticas como funcionales. Economía: puesto que se trata de un bien económico, la estructura debe ser compatible con el mínimo costo. Estética: en el resultado del diseño deben influir las consideraciones estéticas puesto que estas no están reñidas ni con las consideraciones económicas ni con la funcionalidad de la construcción. Integración: La estructura no es en sí un fin, sino un medio para un desarrollo productivo, cumpliendo solo una misión dentro del proceso, por lo que deberá ser integrada en orden a satisfacer las necesidades generales que plantee la solución adoptada para dicho proceso productivo. CFGS CONSTRUCCIONES METALICAS Página 3 U.T. 8.- Estructuras metálicas. 8.2 Estructura plana y tridimensional. Las estructuras planas o bidimensionales son aquellas en las que las estructuras consideradas y las fuerzas aplicadas están contenidas en el plano de la figura. Las estructuras tridimensionales son aquellas en las que tanto los elementos estructurales como las fuerzas aplicadas se encuentran en tres dimensiones. 8.3.- Propiedades y características generales de las estructuras metálicas. Las estructuras metálicas son un sistema constructivo muy difundido principalmente por las siguientes propiedades: Poseer una gran capacidad resistente (acero) Permitir cubrir grandes luces. Utilizar piezas prefabricadas en su montaje. Permitir el uso de medios de unión flexible. Poseer una buena relación coste de mano de obra- coste de materiales. Todo esto permite que el empleo de estructuras metálicas nos aporte las siguientes ventajas: Construcciones a realizar en tiempos reducidos de ejecución. Construcciones en zonas muy congestionadas en los que se prevean accesos y acopios dificultosos. Edificios con posibilidad de crecimiento y cambios de función o de cargas. CFGS CONSTRUCCIONES METALICAS Página 4 U.T. 8.- Estructuras metálicas. Construcciones con grandes espacios libres. 8.4.- Elementos que forman parte de las estructuras metálicas: Vigas: Son elementos estructurales diseñados para soportar cargas aplicadas en varios de sus puntos. En la mayoría de los casos las cargas se aplican perpendicularmente al eje de la viga causándole esfuerzos cortantes y a flexión. Las vigas son elementos sometidos a flexión, esto es debido a que los esfuerzos más importantes están provocados por el momento flector, bien porque solo reciben cargas transversales, bien porque se prescinde de los esfuerzos de tracción y compresión al ser despreciables. Generalmente están situadas en posición horizontal en la estructura y se encargan de soportar y transmitir a los pilares cargas verticales casi siempre de tipo gravitatorio. Pilares: Son elementos estructurales verticales o ligeramente inclinados que van a transmitir las cargas verticales, estos elementos vana a trabajar a compresión o a flexo-compresión y además están sometidos a fenómenos de pandeo originados por la esbeltez de estos elementos estructurales. Los pilares son elementos estructurales generalmente situados en posición vertical y se encargan de transmitir las cargas de las vigas a la cimentación de la estructura. Estructuras trianguladas: Son estructuras de barras destinadas en principio a recibir cargas gravitatorias en luces moderadas a grandes, con estas CFGS CONSTRUCCIONES METALICAS Página 5 U.T. 8.- Estructuras metálicas. estructuras se resuelven sistemas estructurales diversos tales como cerchas, jácenas, pórticos, etc… Pórticos: Son sistemas estructurales de una sola planta con uno o varios vanos y constituido por barras rectas (vigas y pilares). Apoyos o soportes: Son los elementos estructurales encargados de unir las vigas con otros elementos estructurales como son los pilares. Los proyectistas disponen de varias formas para apoyar las vigas en los pilares, estas se estudiarán en unidades de trabajo posteriores: Apoyos sobre casquillos angulares. Apoyos rigidizados. Unión directa del alma de la viga. Unión de alma mediante angulares. Anclajes: Son los elementos de la estructura destinados a fijarla a la cimentación o al suelo. Nudos: Lugar de encuentro entre dos o más elementos constructivos de un entramado o estructura. Podemos clasificar los nudos en: Articulado. Tipo de nudo que permite el giro pero no el desplazamiento de los elementos. Deslizante. Tipo de nudo que impide el movimiento en uno de los tres ejes del sistema de referencia, pero no en los otros, ni el giro entre los elementos. CFGS CONSTRUCCIONES METALICAS Página 6 U.T. 8.- Estructuras metálicas. Rígido. Tipo de nudo que impide el giro y el desplazamiento de los elementos. Empotramiento apoyo o unión de un extremo de un elemento estructural para fijarla, impidiendo el giro, translación y deslizamiento de este elemento. Uniones soldadas y atornilladas: Las uniones son los elementos de la estructura que sirven para efectuar la unión y rigidización entre las piezas que componen la estructura metálica. Las uniones actualmente son de dos tipos, soldadas y atornilladas. Las uniones soldadas son las realizadas mediante la aplicación de los distintos procedimientos de soldeo. Las uniones atornilladas son las utilizadas mediante el empleo de tornillería. Actualmente las uniones roblonadas están en desuso. Refuerzos: Elementos estructurales empleados para aumentar la resistencia y la rigidez de una estructura o un elemento estructural. Este refuerzo lo vamos a efectuar mediante el uso rigidizadores y de cartelas de rigidización Riostras: Son vigas utilizadas para rigidizar la estructura. Diagonal que se coloca en los techos para estabilizar y rigidizar su estructura. 8.5.- Tipos de estructuras representativas de construcciones metálicas: Cuando nos referimos a estructuras metálicas, en el ámbito de este ciclo formativo, pensamos inmediatamente en naves industriales o edificios de CFGS CONSTRUCCIONES METALICAS Página 7 U.T. 8.- Estructuras metálicas. estructura metálica de uso agroindustrial. Pero el concepto de estructura metálica es mucho más amplio. En el campo del diseño de las estructuras metálicas no encontramos los siguientes tipos: Estructuras metálicas de naves industriales y edificios. Escaleras metálicas. Estructuras y elementos de material rodante y agrícola. Grúas. Estructuras líneas eléctricas. Torres, postes, silos, depósitos. Bancadas y chasis de máquinas y líneas de fabricación o montaje. CFGS CONSTRUCCIONES METALICAS Página 8
