SISTEMA ESTRUCTURAL DE ACERO Sistema estructural de acero es liviano, muy resistente y asimismo, gracias a su recubrimiento de zinc, reúne las características aptas para un clima marítimo. Esto implica una mayor "barrera" o "defensa" a la corrosión por algún tipo de infiltración de la humedad. También es utilizado para construcciones comerciales comerciales o industriales a base de armaduras, donde una armadura es simplemente una combinación de barras unidas entre ellas logrando un conjunto de triángulos, gracias a esta geometría, las armaduras pueden dotar de gran estabilidad estabilid ad sobre grandes distancias con muy poco peso. CARACTERISTICAS GENERALES
Flexible: El sistema da la posibilidad de abordar temas desde ampliaciones en edificios existentes o viviendas unifamiliares nuevas hasta obras de varios pisos. Menor Costo: los costos pueden reducirse un 20/25% con respecto a la construcción tradicional. Al racionalizar las tareas, los tiempos de obra se acortan, produciendo de esta manera un menor costo final de obra sin resignar calidad. 100% Reciclable: La composición del acero producido en la actualidad incluye más de un 60% de acero reciclado, por lo que, desde un punto de vista ecológico, lo caracteriza como muy eficiente.
ESTRUCTURAS DE ACERO Son las que los elementos soportantes, tanto verticales (columnas), como horizontales (vigas), son de perfiles de acero laminado, como angulares, canales, vigas I, etc. Son elementos prefabricados que se preparan en un taller y se llevan a la obra listas para ser colocadas. En comparación con otros sistemas estructurales, este es más económico debido al ahorro del tiempo de ejecución. La unión de los elementos entre sí, se hace remachada, soldada, o con pernos y/o pasadores. VENTAJAS
Las estructuras pueden hacerse de sección menor que con otros materiales, pues el material es homogéneo y muy resistente. Las estructuras de acero son especialmente especialmente rentables para grandes claros. Una estructura de acero se puede desmontar y volver a plantar
DESVENTAJAS
Deben protegerse de la corrosión corrosión con pinturas especiales o recubrimiento de hormigón. Son peligrosas en caso de incendio, pues tienden a deformarse por el calor.
ETAPAS CONSTRUCTUVAS CON ESTE SISTEMA
1. CIMIENTO / SOBRECIMINETO Las fundaciones pueden ser de varios tipos, con variadas secciones y alcanzar distintas profundidades, dependiendo básicamente del peso de la edificación, de la topografía del terreno y naturaleza del suelo. 2. ANCLAJES: Los pernos los determinará el proyecto de cálculo en su dimensión y ubicación, pero se recomienda como mínimo usar pernos de acero de 12 mm de diámetro, 250 mm de largo con gancho de 50 mm en su parte inferior. Estos pernos se instalan a 45 mm aproximadamente del borde perimetral de la losa, de manera que queden en el centro de la canal (en el caso que la canal tenga 90 mm). 3. MUROS Los muros estructurados se conforman por pie derechos equidistantes, cuyos espaciamientos, en general, fluctuarán entre 400 y 600 mm y por soleras superiores e inferiores, dependiendo de la función que cumplan dentro de la edificación, éstos serán clasificados como: muros estructurales o muros no estructurales (tabiques) 4. ESTRUCTURA DE ENTREPISO La elaboración de pisos o losas con el sistema de perfiles de acero galvanizado permite una construcción rígida, nivelada, liviana y económica. a. ENVIGADO: La estructura de pisos o entrepisos se arma usando perfiles U y C, de mayor tamaño que el usado en los muros, según especificaciones del calculista de acuerdo al diseño y a las cargas a que la estructura de piso será sometida. Tanto las placas como el entablado deberán colocarse en el sentido perpendicular al envigado. b. LOSETA DE HORMIGÓN SOBRE ENVIGADO Una práctica común para obtener una barrera de sonido mejor, o para darle mayor solidez al piso, es agregar un hormigón con gravilla o un hormigón liviano con perlas de poliestireno expandido. Es espesor de esta loseta varía entre 40 y 70 mm. Esta loseta se puede materializar sobre el entablado de piso, cubierta de O.S.B, terciado estructural, placa colaborante, placa de zinc alum o placa ondulada o lisa de fibrocemento. 5. TECHOS Una de las mejores ventajas del sistema es la posibilidad de construir las techumbres con acero galvanizado, las estructuras permanecen perfectamente alineadas a lo largo del tiempo y las estructuras son suficientemente livianas que una persona las puede levantar fácilmente, evitando costos y tiempo en montaje y traslados. La estructura de techumbre debe ser calculada considerando: las cargas permanentes, las sobrecargas, viento, nieve, etc. a. CERCHAS: La utilización de cerchas es la metodología más rápida y sencilla para la materialización de la estructura de un techo. Las cerchas están compuestas por un conjunto de elementos (perfiles galvanizados) que al ser unidos entre sí, permiten cubrir grandes luces libres entre apoyos, sin necesitar puntos de apoyo intermedios. b. CONEXIÓN DE CERCHAS A MUROS
Las cerchas tienen que ir apoyadas directamente sobre un pie derecho, de lo contrario hay que reforzar la canal superior con una canal compuesta de metal y/ o madera, como un 2” x 4”, de acuerdo a la carga del techo y lo especificado por el calculista. 6. CIELORRASO El cielorraso es la solución más eficiente para armar cielos perfectos a partir de entramados resistentes al fuego, de fácil instalación, rapidez, versatilidad. CLASIFICACIÓN DE SISTEMAS ESTRUCTURALES Los sistemas estructurales se agrupan en las siguientes categorías: Sistema cuyos elementos principales trabajan a tracción o compresión simples, tales como los cables, arcos, cerchas planas y espaciales. Sistemas cuyos elementos trabajan a flexión, corte y compresión, tales como las, vigas, dinteles, pilares, columnas y pórticos. Sistemas cuyos elementos se encuentran en estado de tensión superficial, tales como los entramados, placas, membranas y cáscaras. 1. CABLES: DEFINICION : Los cables son elementos flexibles debido a sus dimensiones transversales pequeñas en relación con o la longitud, por los cual su resistencia es solo a tracción dirigida a lo largo del cable. La carga de tracción se divide por igual entre los hilos del cable, permitiendo que cada hilo quede sometido a la misma tensión admisible. El esfuerzo de tensión de un cable es inversamente proporcional a la altura. VENTAJAS: A pesar de la eficiencia y economía de los cables de acero no son estos tan populares en estructuras o pequeñas, debido a su flexibilidad, ya que el cable es inestable y este es uno de los requisitos básicos para las estructuras. COMPORTAMIENTO: Los cables cambian su forma de acuerdo a las cargas a las que está sometida. o 2. ARCOS: DEFINICION : Cuando no es necesaria una cubierta plana para satisfacer las exigencias funcionales de la estructura, o generalmente resulta que una cubierta de elementos con simples o doble curvaturas tales como los arcos o las cáscaras delgadas resultan más económicas en consumo de materiales, debido a la capacidad de absorber las cargas con intervención mínima de flexión y corte. VENTAJAS: El arco es en esencia una estructura de compresión utilizado para cubrir grandes luces. En gran o diversidad de formas, el arco se utiliza también para cubrir luces pequeñas, y puede considerarse como uno de los elementos estructurales básicos en todo tipo de arquitectura. COMPORTAMIENTO: Los arcos funcionan eliminando las fuerzas de tracción y dejando sólo las fuerzas de compresión. o 3. CERCHAS: DEFINICION : Estructura compuesta de un número de elementos o barras unidos en sus extremos por medio de o pasadores sin fricción para formar una armazón rígida. composición de barras rectas unidas entre sí
en sus extremos para constituir una armazón rígida de forma triangular, capaz de soportar cargas en su plano VENTAJAS: Proporciona una solución práctica y económica a muchas situaciones de ingeniería, especialmente o en el diseño de puentes y edificios. COMPORTAMIENTO: Las barras comprimidas transmiten a los soportes la carga aplicada en la parte superior de la o armadura, sobre los apoyos actúan, por consiguiente fuerzas verticales iguales a la mitad de la carga y los empujes dirigidos hacia afuera. 4. ARMADURA DEFINICION: Es el refuerzo de un elemento estructural de concreto armado, que trabaja a tensión, puede ser o prefabricada o armada en el sitio de la obra con varillas de acero. VENTAJAS: La variedad de espesores y fuerza del acero permiten flexibilidad al diseño, espacios más largos y o altos, y enderezar paredes. Mayor resistencia a incendios, huracanes, terremotos, insectos y moho. o Cientos de años de vida esperada bajo condiciones normales. o Al finalizar la vida útil de las armaduras de acero en una casa, los componentes del acero pueden ser o reciclados.
CLASIFICACIÓN DEL ACERO ESTRUCTURAL O DE REFUERZO: El acero estructural, según su forma, se clasifica en:
PERFILES ESTRUCTURALES: Los perfiles estructurales son piezas de acero laminado cuya sección transversal puede ser en forma de I, H, T, canal o ángulo. BARRAS: Las barras de acero estructural son piezas de acero laminado, cuya sección transversal puede ser circular, hexagonal o cuadrada en todos los tamaños. PLANCHAS: Las planchas de acero estructural son productos planos de acero laminado en caliente con anchos de 203 mm y 219 mm, y espesores mayores de 5,8 mm y mayores de 4,5 mm, respectivamente.
CONSTRUCCION EN ACERO Es aquella construcción en que la mayor parte de los elementos simples o compuestos que constituyen la parte estructural son de acero. Los elementos de acero soportan principalmente las solicitaciones de tracción de una estructura. El sistema de construcción en acero está conformado por:
Componentes estructurales: Flexibilidad en diseño y alta resistencia estructural. Placa colaborante: Alta eficiencia estructural, rápida instalación y menores costos. Coberturas y Revestimiento: Mayor resistencia, versatilidad y óptimo acabado. Coberturas aislantes: Óptimo aislamiento. Muros aislantes: Gran capacidad de aislamiento térmico y eficiencia en climatización. Paneles arquitectónicos: Para fachadas arquitectónicas y con fijación oculta.
Un sistema de construcción en acero aporta características técnicas e innovadoras como:
Flexibilidad de diseño, que permite a los profesionales de la construcción, arquitectos y constructores desarrollar proyectos con diseños modernos y de gran flexibilidad que permiten innovar a través de las formas y texturas de las diferentes edificaciones urbanas o industriales de nuestras ciudades. Menores tiempos de ejecución en ventaja al sistema tradicional de construcción (ladrillo/cemento) al trabajar con cualquiera de los componentes del sistema, los tiempos de ejecución de obra se acortan al ser productos ligeros, pre ensamblados y con estándares de calidad. Menores costos. La suma de manejar menores tiempos de ejecución y sumando el hecho de obtener mayores luces o espacios entre apoyos, implica un ahorro en estructura. El uso de acero en la construcción permite que la infraestructura, no solo sea mucho más resistente, sino que además aporta un acabado más moderno, tomando mayor protagonismo en la construcción, pasando de ser elementos con fines puramente estructurales a elementos que contribuyen, en gran medida, con la estética del conjunto.
ELEMENTOS ESTRUCTURALES
Tabiques Estructurales: Los tabiques estructurales son sistemas que o toman cargas verticales (entrepisos, cubiertas) por pesos propios o sobrecargas de uso, además de cargas horizontales (viento y sismo) cuando corresponda. Soleras inferiores y superiores: o
Son perfiles abiertos tipo “U” de dimensiones ligeramente superiores a las dimensiones de los
montantes, a fin de permitir anidarlos en ellos. Las dimensiones varían según cada fabricante, pero se sitúan generalmente entre 42mm x 25mm (eq. 2” x 2”), 62mm x 25mm (2” x 3”), 92mm x 30mm (2” x 4”), 103mm x 30mm ((2” x 5”), 153mm x 30mm (2” x 6”), 203mm x 30mm (2” x 8”) y 2 53mm x 30mm (2” x 10”).
Las soleras inferiores se deben fijar al piso (radier o sobrecimiento) mediante anclajes mecánicos ya comentados. Montantes o pies derechos Los perfiles que se usan como montantes son o canales atiesadas de dimensiones ligeramente inferiores a las de las soleras a fin de permitir alojarlos dentro de las soleras inferiores y superiores. Cadenas y Dinteles Tal como se mencionara anteriormente, se debe o completar el tabique con una cadena o amarra superior que permita distribuir las cargas superiores. o
o
Para casas de un piso que sólo recibirán una estructura de cubierta, basta con la instalación de una doble canal tipo “U” conformando un perfil cerrado (18).
o
En el caso de tratarse de una edificación de más de un piso, se deberá hacer una viga compuesta en base a dos perfiles atiesadas tipo “C” enfrentadas que reciben una canal abierta tipo “U” en su cara
superior e inferior. (19) Todas estas vigas compuestas en base a elementos tipo de perfiles galvanizados de bajo espesor se deben conectar mediante tornillos cabeza de lenteja a un distanciamiento no superior a 400mm. Para salvar las luces correspondientes a vanos de ventanas, ventanales y/o puertas se debe o considerar la ejecución de una viga en base al mismo principio detallado precedentemente. El detalle de la fijación de los envigados y/o estructuras de cubierta a estas cadenas superiores se o detalla más adelante. Diafragmas Rígidos y Arrostramientos Finalmente, se deben considerar soluciones que o permitan rigidizar las estructuras de entramados a fin de evitar la deformación por acción de esfuerzos horizontales. Existen, básicamente dos soluciones para esto: Arrostramiento mediante diagonales: Se puede ejecutar un arrostramiento en cruz en el plano de un tabique mediante flejes de ancho variable confeccionados en base a la misma plancha de acero galvanizado de bajo espesor (0,85mm) con que se confeccionan los perfiles. La fijación en los extremos inferiores y superiores se hace mediante una placa tipo Gousset atornillada a las alas de las soleras y los montantes según detalle y/o cálculo. Arrostramiento mediante planchas o placas rígidas: Una solución muy extendida, muy práctica y segura, es la instalación por la cara exterior del panel o tabique estructural de un revestimiento tipo placa rígida arriostrante. Es frecuente que esta placa sea de madera contrachapada de 10mm o tablero de partículas tipo OSB de 9,5mm. No deben usarse planchas de madera aglomerada de ningún tipo, tampoco planchas de fibrocemento, yeso cartón o cualquier otra plancha cuyo comportamiento mecánico a esfuerzos en el plano no esté de acuerdo a los requerimientos estructurales. Vanos: Para la conformación de los vanos de puertas y ventanas se deberá considerar un refuerzo de los o elementos montantes que los configuran. Aunque hay varias soluciones y dependen de cada proyecto específico, es conveniente considerar al menos las siguientes soluciones.
Envigados de entrepiso Las vigas de entrepiso se ejecutan o mediante la combinación de distintos perfiles del sistema. El dimensionamiento y la disposición de las vigas de entrepiso se ajustará siempre al proyecto de cálculo. Si la base de pavimento es de una placa de o madera contrachapada u OSB (15-18 o 20mm), el distanciamiento entre las vigas recomendado es de 400mm aunque en casos especiales (y dependiendo del espesor de la planchas) puede ser de 600mm. Estructuras de cubierta: Para la solución de estructuras de o cubierta existen diversas soluciones de cerchas y envigados confeccionados en base a los perfiles galvanizados de espesores entre 0,85mm y 1,6mm.
COMPORTAMIENTO ANTE SISMOS El bajo peso propio de una estructura de acero frente a otros materiales le permite tener mejores propiedades frente a las solicitaciones sísmicas. Pero en el diseño de las mismas debe considerarse especificaciones especiales para minimizar ese riesgo. En el último terremoto de Chile (2010), las estructuras industriales de acero han tenido un comportamiento superior a otras soluciones constructivas. En el caso de las construcciones livianas tipo Steel Framing tampoco sufrieron daños, dado su muy bajo peso y relativa alta resistencia. Dos terremotos que han determinado importantes cambios han sido los de Northridge -California (1994) y Kobe-Japón (1995).que determinaron la corrección de distintas vulnerabilidades que determinaron fallas. Asimismo en forma paralela se comenzó a trabajar con los criterios de diseño por desempeño. Se establecieron así distintos niveles de desempeño para las distintas intensidades de sismos. Ejemplo: ausencia de daño para sismos frecuentes, preservación de la vida para los sismos de nivel de diseño y ausencia de colapso para sismos mayores. Para compartir las investigaciones acerca del comportamiento de las estructuras en acero frente a los distintos sismos se ha formado una asociación internacional de científicos estudiosos del tema en STESSA. USO EN PERÚ La construcción de centros empresariales o comerciales tipo el Centro Cívico de Lima o el Centro Comercial, Camino Real, se dio hace más de 25 años, y fueron desarrollados con el sistema de construcción tradicional conformado por ladrillo, varillas de fierro y cemento. Con el paso del tiempo, la ciudad se fue sobre poblando, se habitaban cada vez más las zonas periféricas y con esto se incrementaba la demanda de construir más centros comerciales en estas zonas. Por efectos de la globalización, ingresaron actores comerciales al mercado local con estándares de clase mundial que exigían construcciones más rápidas, con menores costos y diseños más flexibles.
CIMENTACIÓN La cimentación de un edificio de estructura metálica no difiere de la de otro sistema constructivo y dependen básicamente de las condiciones del terreno, del tipo de edificio, de las cargas del mismo, de las normas establecidas. Sea la cimentación diseñada, profunda o superficial, el aspecto más importante es la unión de la sub- estructura con
la superestructura, la cual se hace por medio del sistema de anclaje usados en el edificio de estructura metálica.
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