20.6.13

TIPOLOGÍA ESTRUCTURAL EN ACERO

INTRODUCCION: ESQUEMAS ESTRUCTURALES
Las estructuras metálicas para edificios están formadas fundamentalmente por:
Pilares o soportes, que apoyan sobre la cimentación.
Vigas o jácenas, que cargan sobre los soportes.
Forjados, que transmiten sus cargas a las vigas.
Arrostramientos y correas de atado, para evitar desplazamientos y deformaciones.
Algunas vigas pueden transmitir su reacción por uno o por sus dos extremos, no a un pilar, sino a otra jácena. Esta unión se denomina "brochal".
También puede ocurrir que algún soporte no llegue a la cimentación, bien porque esté colgado, bien porque descanse en un elemento en flexión (viga), denominándose "pilar apoyado sobre jácena" o "pilar apeado".
Las diversas formas en que pueden quedar enlazados las vigas y los soportes dan lugar a diferentes tipos de estructuras:
Estructuras totalmente isostáticas.
Estructuras con vigas continuas.
Estructuras de pórticos con nudos rígidos.
Estructuras especiales.
En el esquema se relacionan los diferentes elementos que constituyen la planta de estructura metálica de un edificio.
Todo el contorno de la planta, patios, huecos y escalera deben quedar unidos mediante jácenas o correas de arriostramiento.
Si las viguetas de forjado son de acero, no necesitaremos correas de atado, puesto que podemos soldar las viguetas de los extremos a los pilares, cumpliendo con ello ambas funciones: soportar carga y arriostramiento.


1.ENLACE VIGA-SOPORTE. FORMA DE TRABAJO
Se pueden clasificar en dos grandes grupos:
apoyos rígidos
apoyos articulados o flexibles
La forma de trabajo de la jácena, en su unión con el soporte, depende del tipo de enlace.
El apoyo rígido impide el giro del extremo de la viga, por lo tanto trabaja a tracción la parte alta de la viga y a compresión la parte inferior de la misma.
El apoyo articulado o flexible permite el giro del extremo de la viga por lo que la parte alta de la misma trabaja a compresión y su parte inferior lo hace a tracción, tal como puede observarse en las figuras siguientes.


ESTRUCTURAS TOTALMENTE ISOSTÁTICAS (NUDOS ARTICULADOS)
Es el tipo de construcción más utilizado, puesto que tiene mayor rendimiento tanto en taller como en montaje en obra, por consiguiente resulta el de menor costo por kg. de acero en estructura terminada.
En este tipo de estructura, los soportes están sometidos fundamentalmente a compresión y las vigas se articulan sobre ellos, no importando cual sea su dirección en el plano horizontal, por lo que este tipo es de la mayor flexibilidad en lo que se refiere a las necesidades arquitectónicas.
El esquema siguiente representa una estructura con nudos articulados.


Los soportes de las diversas plantas. por su forma de enlace, pueden considerarse como articulados unos con otros en la base.
La estructura así concebida es un mecanismo, por lo que para oponerse a los esfuerzos horizontales producidos por sismos, viento u otras causas, de disponerse unos elementos estructurales capaces de resistir solicitaciones. Para ello se utilizan diagonales (arriostramientos), tal como veremos más adelante.
Nudo articulado
Para efectuar un apoyo articulado de una viga en un soporte, ha de adoptarse una disposición que impida el movimiento de la viga en dirección del eje del soporte, o sea impedir su desplazamiento vertical, permitiendo, sin embargo, un giro en sentido longitudinal de la viga. lo suficientemente grande para conseguir que el momento flector que pueda inducirse en la unión sea despreciable.
Esos nudos articulados. apoyos flexibles o uniones simples, los podernos conseguir por cualquier procedimiento que facilite el giro de la sección extrema de la viga al tiempo que impide las traslaciones verticales u horizontales.
1º- Soldando directamente el alma de la viga. Para que la unión pueda ser considerada flexible la longitud de los cordones de soldadura no debe ser.
mayor que los 2/3 de la altura del alma. tal como se detalla en las figuras siguientes


Una solución muy buena, variante de la anterior, es la indicada en la figura siguiente. Consiste en cortar las 2 alas de la jácena en forma de chaflán, con lo cual al flectar la jácena no transmite momentos al pilar, puesto que sus alas no llegan a él.
Una vez soldados los 2/3 del alma, se elimina el angular de apoyo y queda un buen nudo con jácena articulada.


2°- Apoyando o soldando la viga sobre un angular soldado al soporte. Para impedir el vuelco de la viga se colocan pequeños angulares en la parte alta del alma, por ambos laterales de la viga. soldados sólo al pilar. El giro se produce por deformación del ala libre del angular. Para evitar movimientos verticales hacia arriba, se puede colocar un angular encima del ala superior de la viga, soldado sólo al pilar. Ver figuras siguientes.




3°.- Uniendo el alma de la viga con el soporte, mediante angulares soldados sólo en los extremos de las alas. La flexibilidad de la unión se confía a la deformación de los angulares en sus partes libres de soldadura. Obsérvese que en la unión de angular y soporte sólo se ha soldado los bordes verticales de los angulares, dejando libre su extremo superior e inferior, tal como se detalla en las siguientes figuras.
El angular de montaje es provisional. Una vez colocada la jácena, dicho angular se elimina.




4° Efectuando una unión similar a la anterior, pero uniendo los angulares al soporte por medio de tornillos que garantizan el giro de la viga, al ser la unión menos rígida que la soldadura y poder trabajar los tornillos a tracción.


En todos los casos la reacción de la viga produce un cierto momento flector en el soporte, producto de la distancia entre el punto de apoyo de la jácena y el eje del alma del soporte (descentramiento de la carga).


Para reducirlo, una posible solución consiste en colocar la viga contra el alma del soporte, tal como se detalla en las siguientes figuras, disminuyendo así el brazo de palanca.


3.FORMAS DE REDUCIR EL MOMENTO AL MÍNIMO EN ESTOS NUDOS
En los casos de soportes de un solo perfil, ya hemos visto procedimientos para reducir los momentos en los nudos (soldar sólo 2/3 del alto del alma de la jácena, efectuar la unión de la jácena sobre el alma del soporte, etc.).
Si se trata de soportes formados por dos perfiles separados, puede evitarse todo momento flector, por descentramiento de la carga, mediante la disposición de viga pasante, tal como se indica a continuación.
Esencialmente consiste en que la viga sea continua, pasante por el espacio que queda entre los dos perfiles del pilar, apoyada sobre un trozo de casquillo IPN que va soldado por la parte interior de los dos perfiles del pilar.
En la primera perspectiva de las insertadas a continuación se detalla una viga pasante en un pilar de última planta. Los soportes formados por 2 UPN empresilladas con las alas hacia el exterior.
En la segunda perspectiva el pilar está ubicado en una planta intermedia, formado por 2 UPN empresilladas, con las alas hacia el interior.




La opción de viga pasante es muy buena porque favorece tanto a la viga como al soporte. La viga, al ser pasante, se calcula como continua, con menores momentos flectores. El pilar, excepto los de medianera o esquina, recibe carga por ambos lados, por tanto puede considerarse que sólo recibe carga axil, por compensación de cargas.
Solución de viga pasante en apoyo con el pilar.

Es importante que las presillas existentes junto a la viga pasante, tanto la superior como la inferior, no estén en contacto con ella, para evitar que al flectar la viga pueda transmitir esfuerzos al pilar, fundamentalmente flexiones.
Si el apoyo de la viga pasante se efectúa sobre una superficie horizontal, tal como ocurre cuando se apoya sobre el ala superior de un trozo de perfil IPN, que es lo habitual, puede ocurrir que la viga pasante flecte más de un lateral que del otro, con lo cual está transmitiendo sobre dicho apoyo horizontal, una tendencia al giro del mismo, transmitiendo al pilar una cierta flexión.
Para evitarlo, es necesario que el apoyo de la viga pasante sea puntual, para lo cual, se suelda un trocito de redondo longitudinalmente encima de la mini-viga que hemos introducido dentro del pilar, y la viga pasante apoyará encima del redondo, con lo que se considera simplemente apoyada.
Cuando los apoyos de la jácena son puntuales y todas las cargas que soporta la jácena se transmiten verticalmente a dicho apoyo, y especialmente si las cargas son importantes, es necesario colocar en la jácena cartelas de rigidización verticales, uniendo alas y alma, para evitar abollamientos, tal como se observa en la siguiente Perspectiva, correspondiente a una viga pasante, con apoyo puntual.