El acero. uniones estructurales

DECANATO DE DOCENCIA DEPARTAMENTO DE ARQUITECTURAPRODUCCIÓN DE EDIFICACIONES II

• Roblones y remaches• Pernos• Soldaduras• Plegaduras y

ensambles• Adhesivos

Métodos de unión en

construcción con acero

La Forja, consistió en la búsqueda de la fluencia y fusión produciendo la fatiga mecánica por una aplicación simultánea de calor e impactos.

Es un precedente de los principios aplicados en las soldaduras y fundiciones que hoy aún presenta usos artesanales.

Entre nuevas tecnologías factibles para la unión de elementos de acero a desarrollar en mediano plazo, se perfilan algunos tipos especiales de radiaciones.

Fuente: Ipac

Prof. ERIKA HERNANDEZ BERU 2

RoblonesRoblones

Son cilindros de acero dulce, con una cabeza semiesférica conformada en fábrica destinados a ser introducidos en agujeros abiertos a través de dos o más planchas o flejes metálicos. La unión se obtiene formando una segunda cabeza en el extremo mediante un molde llamado butrola.

Esto implica la deformación de dicho extremo por fluencia, que deberá ser al rojo vivo combinado con un martillado mecánico o de aire comprimido. La diferencia dimensional entre la perforación y el

roblón es rellena al remacharlo lográndose

una unión rígida.

Roblones en construcción Empire State (La Tercera)

Galerie des machines, Paris 1889

Prof. ERIKA HERNANDEZ BERU

Existen normalizaciones entre el largo del tallo y el diámetro (4 veces):

También la distribución y distanciamiento y cantidad de roblones en una unión estructural requiere cálculo del esfuerzo mecánico a cumplir, el cual será más adecuado a cizalle o corte, debido a que en el caso de la tracción la cabeza hecha en obra no tiene control de calidad, y no es confiable para responsabilidades estructurales, por lo que este sistema está en desuso para grandes esfuerzos.

Desmontaje: Cortando la cabeza del roblón.

Roblones

44Prof. ERIKA HERNANDEZ BERUProf. ERIKA HERNANDEZ BERU

fuente: www. alcobron. com. Ar

fuente: fai. unne. edu. ar

fuente: www. bulonera ansaldi. com. ar

fuente: www. comeros. com. ar

fuente: www. pirofast. com

RemachesRemaches

Para su menor sección, en este caso, la deformación del extremo podrá ser según la escala dimensional, por fluencia mecánica a través de una remachadora en frío (remaches ”pop”).(NCh 207 of 56 remaches, NCh 428 of 57 agujeros para remaches).

Los remaches son actualmente de amplio uso para uniones generalmente en responsabilidades no estructurales.

Fuente: www. roi- import. com


http://www.bulonera/

Fijaciones para hormigones de resistencia estándar H175-250.

Fuente: www. hilti. es

Fijaciones de chapa perfilada sobre estructura metálica.

Clavos Hilti: es un sistema especial de fijación alternativa al remache para elementos no estructurales, que sirve para clavar sobre hormigón y acero; utiliza una pistola que impulsa los clavos mediante cartuchos y fulminantes. Trabaja de una manera parecida a un fusil, sin fuentes de energía externas.


http://www.hilti.es/holes/modules/prcat/prca_navigation.jsp?OID=-10996

http://www.hilti.es/holes/modules/prcat/prca_navigation.jsp?OID=-11098

La perforación debe ser ligeramente mayor de la sección del vástagoLas golillas cuando son planas y lisas cumplen sólo la función de placa repartidora del esfuerzo. Cuando poseen un diseño específicamente formulado (de fricción, de presión), aportan además

inmovilidad frente al giro.

Son cilindros de acero provistos de cabeza y con hilo helicoidal en el vástago.Su característica genérica es la de girar para ser aplicados en una unión hasta llegar a un determinado apriete que le provea la misma inmovilidad del roblón o remache. Presentan innumerables variantes (NCh 300 Of 97, Pernos). La cabeza puede tener variado diseño.

El hilo provee la máxima superficie de apoyo y adherencia entre los elementos a unir; puede, dimensionalmente ser de diverso diseño (forma y paso) incluso cónico.


PernosPernos

Diferencias entre pernos y roblones.- Los pernos presentan:- Capacidad de trabajo a la tracción otorgada por la gran superficie de adherencia y traba que conforma el hilo. Prescribirse en especificaciones. - Permite diferencias de resistencia según propiedades a tracción del acero. Valor corriente: 34 [Kg/mm2]. Existen calidades mayores. - Es desmontable con total recuperación.- El espesor a atravesar a igual diámetro, supera al que las normas recomiendan para el remache.-Su sección no tiene límite dimensional (NCh 1230 Of 97 relación cabeza/diámetro). Condición a cumplir: diámetro <1/5 del espesor de las piezas a unir.

Precauciones- No exceder apriete para no provocar fatiga en el metal. Calibrarse mediante llaves de torque.Riesgo de que los aprietes se pierdan frente a vibraciones (revisión periódica).Desmontaje: Por simple proceso reversible al del armado.

8Prof. ERIKA HERNANDEZ BERU

http://www.ingtecmec.uji.es/images/cabecera/pernos.jpg

Pernos Tuercas

Roscalatas Golillas

Variedades especiales de roscalatas

Pernos

- Los pernos en el caso corriente se especifican por diámetro, largo y tipo de hilo o paso y tipo de cabeza. - Existen milimétricos y en pulgadas. - Para diseños específicos se agrega largo del hilo, forma y dimensiones de la cabeza, tipo de ranura, variantes de diseño, etc.

Normas chilenas:NCh 1186.Of1997 Elementos de fijación - Pernos y tuercas - Terminología y designación de dimensiones NCh 300.Of 1997 Elementos de fijación - Pernos, tuercas, tornillos y accesorios - Terminología y designación generalNCh 1420.Of 1997 Elementos de fijación - Pernos - Longitud nominal y longitud roscada de pernos para usos generalesNCh 230 Of 1997 Elementos de fijación - Rosca métrica ISO para usos generales - Selección de dimensiones para pernos y tuercas


SOLDADURASSOLDADURAS

Son procedimientos que mediante la aplicación de energía manifestada en calor y/Son procedimientos que mediante la aplicación de energía manifestada en calor y/o presión permiten lograr la unión íntima y permanente de elementos metálicos o presión permiten lograr la unión íntima y permanente de elementos metálicos dejándolos con la continuidad apta para que trabajen mecánicamente como un dejándolos con la continuidad apta para que trabajen mecánicamente como un todo homogéneo, conservando sus cualidades físicas.todo homogéneo, conservando sus cualidades físicas.

•Si la soldadura ha sido convenientemente realizada deberá permitir que la zona de unión posea las mismas propiedades mecánicas que las piezas que se han unido, conservando sus cualidades de trabajo a tracción compresión, flexión, etc.

Según el punto de fusión de cada metal, hay procedimientos aptos; por ejemplo al estaño se usa temperaturas entre 180°C y 260°C, para plata ente 800°C y 900°C (NCh 1702 Of 84). En el caso específico del acero las temperaturas deben ser mayores que para el cobre y el aluminio. De acuerdo a esto, los procedimientos factibles se resumen a la obtención del calor por 2 métodos:

• Autógenas : Cuando existe la fusión de las partes a unir al volver a la temperatura original.• Con aporte de material : Cuando también converge al proceso un tercer elemento que es un material generalmente de más bajo punto de fusión, y posee gran adherencia con los elementos a unir, colaborando por conducción en su calentamiento y fusión, produciendo una continuidad que se mantiene al enfriarse.

- Por resistencia eléctrica.- Por combustión de una mezcla de oxígeno y acetileno


Fuente: www. formac. cl

Uniones soldadas


http://www.ictubular.es/obras.asp?tipo=2&sOrigen=obras.asp

• Se aplica sin presión y puede ser autógena o con aporte.

• La llama es dirigida hacia los sectores a unir, calentando hasta la fusión (oxicorte).

• También se utiliza la fusión provocada con este sistema para cortar flejes o elementos de gran espesor.

• Tiene la particular característica de funcionar incluso baso el agua, puesto que el oxígeno de la combustión está controlado a través de la boquilla y no requiere necesariamente el contenido en la atmósfera.

Soldaduraoxiacetilénica

El calor lo desarrolla la combustión de una mezcla conveniente de oxígeno y acetileno contenido en envases herméticos con un sistema de ductos que desembocan en una boquilla regulable

•El material de aporte es alambre de acero negro al carbono, y cuando se aplica queda

depositado como “cordón de soldadura”, dimensionable.


Principio del oxicortePrincipio del oxicorte

Está basado en la combustión de un metal en presencia de Oxígeno. A temperatura ambiente el acero no es combustible, sin embargo si lo llevamos a 900ºC (temperatura de ignición) y lo sometemos a una atmósfera de oxígeno puro el acero se quema.

El chorro de oxígeno además de quemar el material, retira la escoria formada. El material quemado y retirado

deja un canal llamado "sangría“ separando las dos partes

Con el concurso de pantógrafos se puede controlar la forma generada por la dirección del chorro

Fuente: www .bdc- sl. com

Fuente: www. tamobe. es Fuente: www .bdc- sl. com

Fuente: www. tamobe. es


http://www.tamobe.es/images/grandes/PLASMA DE ALTA DEFINICION EN PLENO PROCESO DE CORTE.jpg

http://www.tamobe.es/images/grandes/VISTA DE MAQUINA DE PLASMA CORTANDO PZS VARIAS EN ACERO ORDINARIO.jpg

Soldaduraeléctrica al arco

por cordón

Las soldaduras eléctricas crean un circuito entre un conductor metálico llamado “electrodo”, y la pieza a unir. El electrodo está conectado con un regulador a la energía eléctricaeléctrica, a cuyo paso se funde el metal.

El arco voltaico producido por una mínima distancia entre el electrodo (que es también el metal de aporte) y el metal base (que son las zonas a unir, mantenidas fijas mediante presión mecánica transitoria) eleva la temperatura entre 3400ª C y 4000º C, fundiendo ambos elementos y atrayendo por campo electromagnético el metal fundido del electrodo hacia los elementos a unir. Esto, controlado y dirigido forma el “cordón” o” costura”de unión

•El metal de aporte en este caso son generalmente varillas de aleaciones de aceros con temperaturas de fusión previstas, recubiertas con compuestos minerales. El recubrimiento tiene dos funciones: liberar una protección gaseosa que estabiliza el arco y lo protege de los gases atmosféricos, y residuar una escoria fundida de menor densidad que el acero que sube a la superficie y retarda la velocidad de enfriamiento actuando como aislante térmico.


Soldaduraeléctrica al arco

por cordón


http://www.spanesi.es/Web2/Robot/roborgran.jpg

Soldadura TIG

La primera patente TIG es de los americanos Devers y Hobard en 1924.en 1924.Es un procedimiento de soldadura al arco eléctrico con electrodo refractario bajo atmósfera gaseosa generalmente a base de Argón constituida por iones positivos y por electrones. Puede ser con o sin aporte, consiguiendo aspecto de cordón.

El metal de aportación utilizado son varillas de composición similar al metal base. La soldadura TIG es un proceso manual, automático e incluso robotizable.

Fuente: www. Bdc –sl .com

Es el método más habitual de soldadura al arco


Soldadura Plasma

Arco Plasma Arco TIG

Corte Plasma

La columna o chorro de plasma a

temperaturas del orden de 20000ºC, y

gran velocidad es capaz de fundir el material y retirar escorias y óxidos formados en el

proceso logrando sangrías de cortes de

elevada calidad a alta velocidad.

Procedimiento aplicable para todo material que conduzca electricidad

Es un perfeccionamiento del método anterior. Se crea

también la atmósfera gaseosa a alta temperatura por la que

pasa la corriente. El aporte de

energía también lo da un arco eléctrico bajo una atmósfera de gas neutro entre un electrodo y las piezas a unir, pero a este arco se le obliga a pasar a través de una tobera, y un

segundo gas circula entre la tobera y el tubo aislando

térmicamente al plasma y al cordón de soldadura.

Cortadora de plasmaCortadora de plasma

fuente:www. Interempresas .net


Vigas alveoladas cortadas al

plasma

Fuente: Catálogo Copromet

Sobre ellas se instala una placa colaborante para la losa


Soldadurade punto

o de resistencia

En este caso es el electrodo el que de acuerdo a un adecuado diseño aporta la presión, y aplicado a espesores generalmente delgados produce en ellos una fusión puntual e instantánea y una unión autógena

Fuente: www. tripar- inc. com

Habitualmente es aplicado entre láminas, o varillas delgadas entrecruzadas para formar mallas.

Fuente: www. maneklal exports. com

• También puede diseñarse para producir de un solo golpe de corriente varias uniones simultáneas (multipunto), e incluso cordones o costuras en el caso de muy de pequeño espesor por fusión, en todos estos casos sin aporte


• Factores frente a la soldabilidad• El tipo de soldadura a aplicar

dependerá de las dimensiones, forma del elemento y constitución química del acero que lo conforma.

• Los aceros estructurales no siempre son soldables, ya que ello debe estar implícito en las proporciones de la aleación y sus componentes al ser fabricados. Al respecto existen normas y se clasifican en:

− De soldabilidad garantizada por el fabricante (debe llevar en su especificación la sigla “S”)

− Generalmente soldables − Soldables con dificultad

Soldaduras, consideraciones

generales

La dimensión del cordón o de la zona fusionada es también factor calculable, evaluable y especificable a considerar frente a la solicitación.Precauciones : El factor calidad del proceso y obra de mano es determinante para el grado de confiabilidad.Desmontaje : La oxiacetilénica por proceso reversible.Las eléctricas por corte de cordón o punto con herramienta abrasiva.


Soldaduras, nomenclaturas

formales

Ensanchamiento de bisel

Tapón


Soldaduras, simbología Ejemplos:

Otras indicaciones

En la obra

20mm

20/40 (sección)20/40-100

Largo del filete en mm

40 mm

20/40-100

Tope cuadrado de relleno:

Filete:

El otro lado

El mismo lado

Todo

20/40-100


Fuente: Edificio de Acero en Altura Media Francis Pfenniger

En la actualidad la opción prefabricada en acero considera habitualmente a la soldadura como el procedimiento para la preparación de los componentes estructurales a nivel de la industria, con lo que se logra control de calidad y garantía por parte de aquélla, quedando para la etapa de obra disponer el montaje mediante dos posibilidades según las características de diseño de los sistemas:

• Pernos

• Soldadura

Los roblones están en desuso como procedimiento estructural


Este sistema, generalmente no aplicable en elementos

estructurales, puede aportar el recurso de la mayor sección de contacto, y la trabazón, y se identifica más bien en las uniones de revestimientos y

muy especialmente en busca de la estanqueidad de

cubiertas, como es el caso de los emballetados (plegados).

La variedad ensamble adquiere también importancia

en ciertas tipologías de revestimientos y cielos

diseñados Ad-Hoc.

Plegaduras Plegaduras y ensamblesy ensambles

Fuente: catálogo Cap24Prof. ERIKA HERNANDEZ BERU

EMBALLETADO MECANIZADOEMBALLETADO MECANIZADO

Fuente: “Ipac”

Plegaduras y Plegaduras y ensamblesensambles


Fuente: catálogo Dánica

Plegaduras y ensambles


Plegaduras y ensambles


Adhesivos

Son 3 los principios aplicados por los adhesivos:• Fusión• Penetración• Atracción molecular.

Fuente: www. unifix- sa. com

Fuente: Loctite

La aplicación de este concepto a la técnica constructiva con acero, es reciente y sus expectativas conducen incluso a la posibilidad de uniones mixtas con otros materiales. En general el desarrollo de los adhesivos sintéticos ha sido canalizado hacia las propiedades al respecto de las resinas. Las variaciones de rigidez que estos materiales puedan dar a las juntas es también campo de interés.

Limitante importante han sido las temperaturas máximas (200º a 300º C.) a las que habitualmente dichos adhesivos pierden su propiedad adherente por entrar en total fluencia térmica. Al respecto la permanente evolución en este campo permite expectativas mejores para los adhesivos que endurecen en caliente con respecto a los que endurecen en frío.

Resina con polvo de acero (“acero líquido”)


De acuerdo a los presentes esquemas se adjuntan algunos ejemplos aplicables:

• Articuladas o móviles, en que se pueden presentar las opciones:

- Rotulada (permite movimiento de giro) - Deslizante - Mixta (ambas a la vez)

Movilidad de

uniones

fuente: www.

thedoxa. com

Según su modelo estructural, le corresponde a los elementos de acero solucionar su continuidad constructiva basándose en tipologías de uniones diversas:

• Fijas o rígidas pudiendo ser:.– En compresión– En tracción


UnionesUnionesfijasfijas

fuente: www. prenova. com.

3 soluciones apoyo pilar cimiento

4 soluciones apoyo viga pilar30Prof. ERIKA HERNANDEZ BERU

Soluciones apoyo pilar a apoyo pilar a

cimientocimiento

Sistema doble pletina:

La inferior es solidaria a la fundación y sustenta los pernos

La superior es solidaria al pilar y contiene las perforaciones


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