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Escuela Politcnica de Cuenca Unidad Temtica 11Arquitectura Tcnica Leccin 42

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BLOQUE TEMTICO 3UNIDAD TEMTICA 11

LECCION 42

FORJADOS

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INDICE

1. INTRODUCCIN Y DEFINICIN.

2. TIPOLOGAS.

o METLICOS2.1 Forjado de vigueta metlica.

2.1.1 Apoyo en vigas.2.1.2 Vigas armadas2.1.3 Voladizos.

o MIXTOS2.2 Forjados de hormign armado sobre viga metlica.2.3 Forjados de chapa colaborante.

3. PROCESO DE CONSTRUCCIN Y DETALLES CONSTRUCTIVOS.

4. PROGRAMACIN, PREPARACIN Y MONTAJE.

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1. INTRODUCCIN Y DEFINICIN.

A pesar del elevado consumo de acero que representan, los forjados de vigas deacero todava se emplean, tanto en las construcciones industriales como en los edificiosde vivienda. Son apropiados, sobre todo, para grandes superficies continuas

destinadas a una finalidad homognea, en las que todas las vigas pueden situarse agrandes distancias, o cuando menos no variar en cada una de las crujas. En laconstruccin industrial, los forjados de vigas metlicas son convenientes en aquelloslugares en los que los procesos de fabricacin requieran con frecuencia modificacionesconstructivas o estructurales.

Entonces es posible conectar a las vigas, sin dificultad alguna, toda clase decargas, conducciones, transmisiones, etc. y en caso necesario pueden posteriormentereforzarse o sustituirse. Las vigas continuas que abarcan varios tramos pueden, sinlimitacin, utilizarse en todo su efecto de continuidad. Mediante vigas cortas sepueden formar vigas continuas haciendo empalmes a tope con eficacia. Los forjados de

vigas metlicas son utilizables en los casos de elevadas cargas tiles y tambin en elcaso de cargas rodantes. Los inconvenientes de los forjados de vigas de acero sonprincipalmente el elevado consumo de acero y el peligro de la corrosin.

Gran parte de las necesidades de construccin de viviendas y de edificios deoficinas, almacenes, etc. es cubierta por las estructuras metlicas, por las ventajas quepresentan especialmente en su puesta en obra, ya que las tcnicas empleadas son mseconmicas al requerir menor cantidad de mano de obra.

Las estructuras de edificios de vivienda tienen como caracterstica principal quelas luces de sus elementos horizontales son de valores pequeos (5 o 6 m.). En cambio,en edificios destinados a oficinas, locales pblicos, hoteles, almacenes, comercios, etc.,suelen ser normales las luces que superen los 10 metros, comenzando a ser competitivoel acero frente al hormign armado. Sin embargo, en lo que respecta a su altura, lasestructuras metlicas estn presentes en los edificios ms elevados que existen.

En estructuras de edificacin, estos elementos forman parte de entramadosestructurales ms complejos como los forjados o entramados horizontales (formados porvigas y viguetas) que reciben las cargas y las transmiten a los entramados verticalesformados por vigas y soportes (no siempre pilares, ya que el apoyo puede estarconstituido por muros), que a su vez las transmiten a los cimientos.

2. TIPOLOGAS.

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FORJADOS METLICOS

2.1. Forjado de vigueta metlica.

Se trata de sustituir las viguetas de hormign prefabricado o realizado in situ,por perfiles laminados de acero. Ya que es un forjado de viguetas, trabaja de formaunidireccional, anlogamente que las compuestas de hormign.

2.1.1 Apoyo en vigas.

Lo ms sencillo es que las viguetas apoyen directamente encima de las vigasdeterminando el apoyo simple o el apoyo continuo. Es conveniente poner unos puntosde soldadura en el apoyo para acodalar las vigas y, en el primer caso, que la entrega delas viguetas no sea inferior a la mitad de su altura reducida en 10 mm.

Como se aprecia en la ilustracin el mayor inconveniente de apoyar las viguetasen la viga directamente es la posible discontinuidad entre los diferentes vanos de laedificacin.

Estas soluciones son vlidas para forjados de naves industriales o edificios quepuedan disponer de falsos techos donde ocultar el descuelgue de las vigas, perorequieren demasiado canto en el caso de entramados horizontales de vivienda. Para

disminuir el descuelgue y al mismo tiempo arriostrar las vigas, la disposicin que seemplea es sustentar las vigas de las carreras lateralmente, constituyendo unembrochalado.

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Es conveniente realizar una muesca en el ala superior de la vigueta para que staquede enrasada, en su parte superior con la viga, si no se hace el ala superior de lavigueta deber entrar por debajo del ala superior de la jcena, y como las alas quedanembebidas en la cara de compresin, se aumenta innecesariamente el espesor.

Para facilitar la puesta en obra de las viguetas, las uniones soldadas, la jcena traedispuesta de taller un cuadradillo o un angular que facilite el apoyo. Si la unin essoldada, el cordn ira en la parte inferior del alma de la vigueta y su longitud ser menorde los 2/3 de ella, con el fin de conseguir la unin articulada. Como este cordn desoldadura es el que resiste al cortante, en caso de precisar mas longitud puede recurrirseal empleo de angulares. Los angulares debern venir soldados de taller pero solo concordones verticales, nunca en la parte superior, ya que, la flexibilidad de la unin estconfiada a la deformabilidad de stos. Muy adecuadas para conseguir unionesarticuladas y semirgidas son tambin enlaces atornillados.

El enlace entre vigueta y viga puede realizarse con unin rgida, consiguiendodisminuir el canto de la primera, al reducir los momentos flectores positivos. Noobstante en estructuras metlicas, debido a la elasticidad del acero, suele ser la flechamnima la que decida el perfil a elegir; por otro lado en los apoyos extremos (sin

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continuidad), un empotramiento producira momentos torsores en la viga jcena.Aunque tambin es cierto que al realizarse un apoyo embrochalado dando continuidad alas viguetas, tiene la ventaja de que no se producen grietas en el forjado en las seccionescorrespondientes a los planos verticales de apoyo sobre las carreras.

Para conseguir esta continuidad deben colocarse platabandas que unan las

alas superiores, con el fin de que resistan las tracciones, y materializar la unin de lasalmas inferiores teniendo presente las compresiones que se producen en la transmisinde esfuerzos. As, por ejemplo, si la unin es atornillada hay que disponer tacos decompresin y si el canto de las jcenas es grande en relacin con el de las viguetas queacometen en ella o estas son de distinto canto, debe facilitarse ala transmisin de lascompresiones producidas en el alma de la viga, desde la vigueta de mayor canto a lamenor.

Disposicin de platabanda superior para garantizar la continuidad entre los vanos.

En este detalle se puede apreciar la platabanda superior soldada a la viga y a lavigueta por sus correspondientes alas. Adems se dispone un apoyo en la parte inferiorde la vigueta que facilita la puesta en obra.

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2.1.2 Vigas armadas.

Fundamentalmente estn compuestas por un palastro de alma y dos palastros deala, unido por angulares en caso de elementos de vstago, o soldadas directamente.

En las roblonadas o atornilladas puede ampliarse la cabeza poniendo hasta cuatroplatabandas como mximo mientras que en las soldadas se abandona el sistema deplatabandas y se sustituye por el de escalonamiento de espesores conservando el anchode la platabanda, o bien, conservando el espesor, aumentar dicho ancho en las seccionesen que el mdulo resistente de la seccin (Wx), tiene que ser mayor por serlo elmomento flector.

Para vigas armadas que trabajan a torsin o cuando la altura de que disponemos eslimitada se utilizan las vigas-cajn.

Aqu unos ejemplos de vigas armadas en axonometra:

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Empalmes de vigas armadas.

Como en cualquier clase de viga, el empalme debe realizarse en las secciones enque el momento flector sea pequeo.

En las uniones soldadas los empalmes se producan desde por soldadura a tope

para momentos pequeos, hasta cubrejuntas con ranura para momentos de muchaimportancia. Actualmente se tiende a no usar cubrejuntas sobretodo en estructuras concargas dinmicas disponindose las soldaduras alternas.

Organizacin de vigas armadas de gran canto.

En los apoyos de cualquier viga en los muros o pilares, se produce unaconcentracin de cargas y lo mismo ocurre cuando sobre la viga acta una carga aislada.En las secciones que soportan estas compresiones existe el peligro de que el almapandee lateralmente, aceptndose que la longitud de alma que resiste la cargaconcentrada es igual a veinte veces su espesor.

Para evitar el pandeo del alma se disponen montantes de refuerzo de la mismarigidizadores. Cuando el apoyo es puntual se dispone un solo rigidizador; si el apoyo esa travs de placa, se dispone dos o ms rigidizadores.

As como los perfiles laminados, el empleo de rigidizadores slo es necesario encasos muy desfavorables, en las vigas armadas es muy frecuente debido a la

desproporcin entre la altura del alma y el espesor del palastro que la forma.Tambin debemos tener en cuenta, el posible abollamiento o abolladura del alma

producida por las tensiones de compresin existentes en cualquier punto de la viga.

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Cuando no fueran suficientes los rigidizadores transversales se dispondrn, ademsrigidizadores longitudinales en la zona comprimida.

Si las uniones son roblonadas, se emplean dos angulares colocados simtricamentecuando el rigidizador es intermedio y cuatro en los rigidizadores de los apoyos. En lasuniones soldadas, los rigidizadores son simples hierros planos.

En las uniones soldadas, los rigidizadores irn soldados en el alma y en las alas,no debiendo hacerlo en estas cuando trabajan a traccin, pues la deformacin angular dela soldadura creara una traccin suplementaria.

Contra el pandeo del ala comprimida entre dos rigidizadores sucesivos, se

disponen pequeos refuerzos de forma triangular.

En los apoyos de una viga en otra de mayor altura, si el apoyo se produce por laparte inferior del alma, se deben poner tambin rigidizadores.

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2.1.3 Voladizos. Disposicin y ejecucin.

Si el voladizo es de pequea luz, se pueden prolongar las vigas soldndolas a lospilares; soldar trozos de vigueta a pilares y vigas de borde o prolongar las viguetas depiso para que trabajen como continuas si los entramados son paralelos a la fachada.

En caso de voladizos mayores y de gran peso en los extremos (por ejemplocargando en ellos el cerramiento de fachada) producen grandes momentos de vuelco queinteresamos compensar anclando las vigas de una longitud suficiente dentro del edificio.Para ello si no podemos hacer la viga pasante por dentro del pilar debemos disponerviga doble abrazando el soporte.

Se dispone ahora una situacin de un forjado de vigueta metlica en esquina. Seadjunta esquema de planta y detalle constructivo.

PLANTA DEL VUELO EN ESQUINA

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FORJADOS MIXTOS

Son aquellos compuestos por vigas metlicas y, el resto, por cualquiera de latipologa vista de hormign armado. Es decir:

- Forjados de viguetas de hormign sobre viga metlica.

- Forjados reticulares sobre viga metlica.- Forjados de placas alveolares sobre viga metlica.- Forjados de losa sobre viga metlica.- Forjado de chapa colaborante.

2.2.- Forjados de vigueta de hormign sobre viga metlica.

Para luces y cargas de los edificios de vivienda los forjados de viga metlica noson econmicamente rentables, pudiendo optar por mantener la estructura vertical y laviga de acero y realizar el forjado con viguetas de hormign armado, como solucinmas adecuada.

Las diversas soluciones posibles pasan por el empleo de nervios realizados insitu hasta los distintos tipos de viguetas y semiviguetas prefabricadas, y elementos derelleno bien de hormign aligerado o de cermica. Adems, puede optarse por apoyarlos forjados sobre las vigas metlicas o enrasarlos con ellas.

Normalmente, cuando las jcenas sean perfiles de acero laminado pueden darsetres sistemas de apoyo:

a) Apoyo de las viguetas sobre la jcena.b) Apoyo mediante cadena de atadoc) Apoyo embebido.

A) Apoyo de las viguetas sobre la jcenaTanto si se emplean viguetas autoresistentes como si son semirresistentes, la

distancia l2 desde el borde interior del ala de la jcena hasta el extremo de la vigueta nodebe ser inferior a 10 cm.

Como el forjado queda libre en el extremo, es necesario cerrar con un nervio de

borde de anchura no menor a 5 cm o la mitad del canto de forjado, lo cual se precisarde la realizacin de un encofrado.

Aunque la solucin planteada materializa en realidad un apoyo, con el objeto deevitar las fisuras que se produciran en la parte superior de la losa, es conveniente

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colocar una armadura superior, de una cuanta suficiente, para absorber un momentoigual al cuarto del momento positivo del vano.

En los casos de apoyo interior o central, si el ala del perfil de la jcena lo permite,es conveniente realizar el forjado con continuidad, para cumplir las condicionesexigidas a los forjados. No obstante la solucin de apoyar las viguetas sobre el ala puede

precisar de un control mtrico estricto, por lo que, en ocasiones ser prcticamente unapoyo indirecto, precisando de armadura de enlace (n l)

B) Apoyo mediante cadena de atadoEn realidad esta solucin consiste en la creacin de una jcena mixta,

funcionando la cadena como cabeza de compresin y el perfil como elemento resistentea traccin, para lo cual es preciso introducir el ala del perfil dentro del encadenado outilizar armaduras de conexin. Esta solucin resulta conveniente cuando el ala de la

jcena es de pequeas dimensiones, aunque presente desventajas, desde el punto devista de su ejecucin, ya que precisa de encofrado y apeo para formar el encadenado.

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C) Apoyo embebido en jcena.En este caso es condicin necesaria que por encima del ala superior del perfil de la

jcena, haya como mnimo un recubrimiento de hormign de 4 cm. La armadura de

enlace, constituida por dos redondos en forma de percha uno a cada lado del nervio.Esta solucin requiere un encofrado que moldee el revestimiento de la jcena y la zonade apoyo de las viguetas.

Si la jcena esta formada por un perfil HEB, dicha unin podra efectuarseembutiendo las viguetas del forjado lateralmente dentro de la jcena. Tambinpodramos apoyar las viguetas del forjado lateralmente a cualquier jcena colocndoleun angular de apoyo suficientemente ancho que nos garantice un buen apoyo.

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2.3 Forjados de chapa colaborante.

De entre todos los forjados de estructura metlica, en cuanto a lo que se refiere arendimiento, rapidez de ejecucin y sencillez, podemos destacar a los de chapacolaborante. Estos tienen un diseo en buena armona con la lgica estructural, ya que

constan de una chapa de acero grecada con una capa de hormign que podra incluso nollevar armadura adicional. Con un mismo espesor de chapa se consigue amentar muchosu inercia al ondularla, al tiempo que se aumenta su superficie de unin con elhormign.

La lgica estructural reside en utilizar en la cara inferior del forjado la chapa deacero, que soporta excepcionalmente las tracciones (hace de armadura de traccin de unforjado tradicional de hormign) y en la cara superior comprimida hormign, de todosconocida su bondad ante las compresiones.

En contra de lo que pudiese parecer, un forjado de chapa colaborante no actacomo un elemento estructural superficial, sino que se comporta como un forjadounidireccional. La direccin del forjado, direccin de las viguetas, coincide con ladireccin de las ondulaciones, que actan como nervios. Por ello es habitual agregaralguna armadura de negativos a lo largo de estos nervios, incluso mallazo de repartocomo en cualquier forjado convencional. En la figura se muestra una seccin de chapacolaborante, que puede ser ms redondeada o ms angulosa, existen diversidad deformas en el mercado.

Es muy importante que la chapa apoye adecuadamente sobre la viga. Puesto quelas ondulaciones son las hipotticas viguetas, la direccin del forjado entonces serla misma de stas, el apoyo se realizar convenientemente. Por ejemplo en la figuraanterior, la direccin de la viga sobre la que apoya este forjado ser perpendicular a lasondulaciones, es decir, la direccin horizontal del plano del papel.

Un apoyo en la direccin errnea, equivaldra a apoyar una vigueta sobre el aire,es decir, ruina segura. En las siguientes figuras se muestran posibles apoyos.

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Con este tipo de apoyo, se pueden salvar luces de forjado de unos 6-7 m conespesores de forjado relativamente pequeos, del orden de 15-20 cm.

Algunas chapas llevan adicionados en su cara interior unos pernos o ganchos paraanclarse y mejorar la adherencia con el hormign. Estos tambin pueden vincularsedesde la viga.

Las chapas se fabrican en un determinado formato, pues bien, las uniones de chapaconviene solaparlas para asegurarlas. Tambin pueden adems del solape, soldarse, paradar continuidad al forjado, al hacer la chapa continua, ya que el hormign lo es pornaturaleza.

En un gran porcentaje de casos prcticos es suficiente un nico mallazo realizandola doble funcin de armadura de retraccin y de absorcin de esfuerzos derivados de losmomentos negativos sobre los apoyos como armado del forjado.

En determinadas situaciones, pueden ser precisas armaduras adicionales con otrasfunciones especficas.

Las diferentes secciones de armaduras descritas en los prrafos siguientes secalculan bajo simple peticin del cliente.

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Mallazo antifisuracin

En una losa colaborante, como en cualquier losa de hormign, se debe prever unmallazo soldado que soporte los esfuerzos debidos a la retraccin provocada por el

secado del hormign.

Armaduras sobre apoyos intermedios

Sobre los apoyos intermedios, igualmente que para cualquier losa de hormignarmado tradicional, son necesarias unas armaduras para los momentos negativos. Estasarmaduras deben cubrir como mnimo una zona igual a 0,3 veces la luz a ambos ladosdel eje de apoyo.

Armaduras de flexin

Si el esfuerzo rasante solicitante es superior al admisible, se pueden aadirarmaduras complementarias a nivel inferior. Este refuerzo puede ser necesariosolamente en los vanos extremos.

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Armaduras de resistencia al fuego

Para mejorar el comportamiento al fuego del forjado colaborante se puedendimensionar armaduras complementarias que realizarn, adems, funciones dearmaduras de flexin en la fase de servicio normal.

Armaduras de continuidad sobre vigas principales

Cuando, en estructuras con viguetas embrochaladas a las vigas principales, s setiene en cuenta la continuidad, y/o cuando est previsto un revestimiento de suelo frgil, son necesarias unas armaduras complementarias sobre las vigas principales, ya que seoriginan unos momentos negativos que pueden ser muy superiores a los considerados

para el forjado colaborante.

Resaltes

Las embuticiones o resaltes son el elemento de anclaje, adherencia y colaboracincon la losa de hormign. La cantidad y diseo de los resaltes ha de asegurar unaadherencia superior al esfuerzo rasante y cortante vertical.Tipos:

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Resalte inclinado Resalte horizontal

Fijaciones

La chapa debe fijarse a las vigas para evitar el desplazamiento. Para ello se

disponen las llamadas fijaciones que son generalmente dos tipos:

Clavos Conectores

Remates

Por ltimo, se disponen remates perimetrales para la contencin del hormign ensu fase hmeda, es decir, se convierte en un encofrado.

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Huecos

Para la disposicin de pasos en el forjado.

Tipologas de perfiles ms utilizadas

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Ventajas e inconvenientes:

Como ventajas de este tipo de forjados, podemos, en general, sealar:

Ahorro de armaduras, ya que la chapa soporte de acero constituye directamentela armadura de traccin.

Eliminacin de andamiajes y encofrados, constituyendo la propia chapa unaplataforma segura de trabajo.

Economa de mano de obra por la rapidez de montaje y la simplicidad deaplicacin.

Apreciable reduccin del espesor de losa, con la correspondiente ventajaeconmica y de peso, que incide en la estructura soporte y cimentaciones.

En caso de aplicacin en un espacio sanitario, ste debe ser ventilado, controladoy mantenido adecuadamente.

El principal inconveniente de los forjados de chapa colaborante es precisamente suescaso espesor. Esto hace que tengan un mal comportamiento como aislante acstico,siendo esto un grave problema en viviendas y locales que requieran cierto aislamientoacstico, no siendo inconveniente en edificios destinados a actividades ruidosas que norequieran aislamiento acstico.

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3. CONSTRUCCIN. DETALLES.

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4.-PROGRAMACIN EN OBRA

Una de las caractersticas de la construccin con acero es que los productoslaminados estn tipificados, teniendo las series limitadas, por lo que los proyectos debenadaptarse a las mismas. No obstante, los perfiles deben seguir un proceso de reparacin,

que generalmente se realiza en taller, fuera de la obra, para preparar el material para sumejor montaje en obra. Sin embargo, es conveniente su conocimiento, con el fin de quelas piezas, especialmente en el caso de uniones soldadas, lleguen a obra lo msterminada posible, dado que las condiciones de ejecucin en taller pueden sercontroladas mejor que las realizadas en obra.

A)Preparacin de los productos:a) Eliminacin de pequeos defectos de laminacin que no hayan sido causa de

rechazo y, en especial, en las zonas que deban entrar en contacto, para su unin conotros elementos de la estructura. Ya que es frecuente que el material, por el transporte,

descarga, almacenamiento, etc., llegue con algunos defectos. Si estos son pequeospueden ser subsanados en fro, utilizando herramientas de mano o bien rectificadoras.

b)Rectificado y dobladoEs frecuente la operacin de enderezado de perfiles y planeado de chapas,

realizndose preferentemente estas operaciones en fro, mediante prensas o mquinas derodillo.

Tambin en ocasiones se precisan piezas curvas por lo que su conformacin,plegado, curvado etc. se realizar en fro. Cuando se precisa un plegado muy acusadoque pueda ocasionar grietas en las piezas, es recomendable un recocido posterior de lapieza.

Si estas operaciones de enderezado y conformacin hubiera que hacerlas encaliente debe alcanzarse una temperatura de 950C, tomando todas las precaucionespara no alterar la estructura del acero.

c) CorteLgicamente los perfiles deben cortarse a las dimensiones definitivas. Para esta

operacin puede usarse la cizalla si los espesores a cortar no superan lo s15mm., o lamquina de oxicorte. No debe realizarse al corte por arco elctrico.

Existen adems otra serie de operaciones que deben realizarse en taller, porque sellevan a efecto con mquinas especiales, como pueden ser limadoras, cepilladoras,

fresadoras mquinas de punzonar o de taladrar, etc. y operaciones diversas cono elachaflanado de piezas, el aboquillado de ngulos, el cajeado, las escotaduras o larealizacin de mortajas en los perfiles, etc. que tambin se realizan con maquinaria detaller.

B)Montaje en obraPara la ejecucin de toda la estructura el contratista se basa en los planos del

proyecto aunque, por lo general deber realizar sus propios planos de taller paracompletar las definiciones de los distintos elementos, planos que deben obtener el vistobueno de la Direccin de obra.

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Igualmente aparecen en los planos de taller las distinciones entre las distintasclases de uniones: de fuerzas y de atado, forma y dimensiones de las soldaduras,mtodos de soldadura, indicaciones de tratamiento o mecanizado de las piezas, etc. Lonormal es que el contratista, basndose en las indicaciones de proyecto, presente a laDireccin un programa de montaje en el que se reflejen los conceptos siguientes:

La descripcin de las distintas fases y orden de realizacin, as como elequipo que se emplear para el montaje. Los apeos, cimbras u otros elementos auxiliares que se precisen de forma

provisional. El personal preciso, con la especificacin de la cualificacin profesional. Elementos de seguridad y proteccin personal. Aspecto importante es la comprobacin de las cotas de replanteo, niveles,

alineaciones y aplomos, ya que las dimensiones, en este tipo de estructuras, serealizan por milmetros, lo que supone un muy bajo margen de error permitido.

Debe asegurarse, por algn medio (tornillos, unin de atado, etc. ), la sujecin

provisional de los elementos durante el montaje. No comenzando la unin definitivahasta que no se haya comprobado, con precisin, la exacta colocacin de los elementos.

Es aconsejable que las uniones soldadas estn realizadas, en su mayor parte, entaller y realizar en obra uniones ms fciles de controlar, como son las uniones contornillos de alta resistencia.

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BIBLIOGRAFA:

ACIES. Sesin tcnica n 4. Forjados de chapa colaborante.

Tratado de construccin. 7 edicin.

Heinrich SchmittAndreas Heene

Las Estructuras Metlicas en los Edificios.E.U. Arquitectura tcnica SevillaNBE - EA - 95

Construccin de Estructuras. Metalica.

TECTONICA 9. Acero ILa Construccin en las Estructuras

Juan Manuel del Rio Zuloaga.

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