Apoyos Especiales de Vigas: Acero Laminado y Estructuras Metálicas, Apuntes de Métodos Matemáticos

¡Descarga Apoyos Especiales de Vigas: Acero Laminado y Estructuras Metálicas y más Apuntes en PDF de Métodos Matemáticos solo en Docsity! UNIVERSIDAD DE OVIEDO ESCUELA POLITÉCNICA DE MIERES PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE OBRAS DE ESTRUCTURA METÁLICA DPTO. DE CONSTRUCCIÓN E INGENIERÍA DE FABRICACIÓN ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN Francisco José Suárez Domínguez/ Juan José Del Coz Díaz Alfonso Lozano Martínez-Luengas/ Ángel Martín Rodríguez Fernando López Gayarre/ Felipe Pedro Álvarez Rabanal Mar Alonso Martínez Francisco José Suárez Domínguez (Dr. Ingeniero Industrial) Juan José Del Coz Díaz (Dr. Ingeniero Industrial) Alfonso Lozano Martínez-Luengas (Dr. Ingeniero Industrial) Ángel Martín Rodríguez (Dr. Ingeniero Industrial) Fernando López Gayarre (Dr. Ingeniero Industrial) Felipe Pedro Álvarez Rabanal (Dr. Ingeniero Industrial) Mar Alonso Martínez (Dra. Ingeniera Industrial) UNIVERSIDAD DE OVIEDO DPTO. DE CONSTRUCCIÓN E INGENIERÍA DE FABRICACIÓN ÁREA DE INGENIERIA DE LA CONSTRUCCIÓN VERSIÓN 1.0 JULIO 2012 III 8.3. El cordón de soldadura 74 8.4. Clasificación de los cordones de soldadura 75 8.5. Prescripciones Normativas para uniones de fuerza 77 8.6. Recomendaciones para la ejecución de cordones 80 9. Tipología de uniones entre elementos estructurales 84 9.1. Uniones flexibles de vigas a columnas 84 9.2. Uniones de viga a viga 86 9.3. Uniones de vigas continuas sobre pilar 87 9.4. Uniones pilar a pilar 87 9.5. Uniones rígidas de vigas a columnas 88 9.6. Unión de pilares a zapata 90 9.7. Unión de vigas trianguladas 90 9.8. Apoyos especiales de vigas 91 IV ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   1    1. Introducción Las Estructuras Metálicas constituyen un sistema constructivo muy difundido en varios países, cuyo empleo suele crecer en función de la industrialización alcanzada en la región o país donde se utiliza. Se lo elige por sus ventajas en plazos de obra, relación coste de mano de obra – coste de materiales, financiación, etc. Las estructuras metálicas poseen una gran capacidad resistente por el empleo de acero. Esto le confiere la posibilidad de lograr soluciones de gran envergadura, como cubrir grandes luces, cargas importantes. Al ser sus piezas prefabricadas, y con medios de unión de gran flexibilidad, se acortan los plazos de obra significativamente. 1.1. El acero Los aceros laminados –también denominados aceros estructurales–, generalmente utilizados para la construcción de estructuras metálicas, son derivados de aleaciones del hierro y carbono. Se producen a partir del arrabio (o hierro en bruto obtenido por la reducción del mineral de hierro en hornos altos) al que se le somete a una serie de tratamientos físico-químicos que le modifican tanto su composición química, como sus propiedades físicas, obteniéndose así diferentes calidades de aceros. A partir de estos, por laminación (ya sea en caliente o en frío), se producen piezas en forma de prisma de sección transversal uniforme, cuya sección puede adoptar diferentes perfiles, desde el simple perfil rectangular (chapas y pletinas) hasta secciones elaboradas en forma de I, de H, de U, de T , angulares, raíles, etc. Las calidades de los aceros laminados (y por tanto, sus propiedades) están normalizadas en todos los países, si bien no de la misma manera. En España estas calidades se rigen (año 2006) por la Norma UNE 36010. El acero como material reúne una serie de cualidades que lo hacen muy apropiado para construir estructuras de tipos muy variados. Posee una elevada resistencia mecánica que permite adoptar menores secciones para los elementos resistentes. Como ejemplo, el acero S275JR es el acero ordinario en perfiles y chapas, tiene un límite elástico fyk=275 MPa = 2806 kg/cm2 y un límite de rotura fu=430 MPa= 4387 kg/cm2. El diagrama tensión-deformación de un acero se muestra en la figura 1. En ordenadas se representan las tensiones (σ) o cociente entre la fuerza aplicada P y la sección inicial de la probeta; en abscisas, los alargamientos unitarios (ε), o cociente entre el alargamiento total y la longitud inicial. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   4    Tabla I. Resistencia de los aceros en función del espesor. 1.2. Características generales de las estructuras metálicas 1.2.1. Ventajas De las propiedades descritas del acero, se derivan las características principales de las estructuras construidas con este material: • Debido a su elevada resistencia específica posibilita la construcción de estructuras en general más ligeras, lo que se traduce en cargas de peso propio menores transmitidas a la cimentación. Ello provoca además, cimentaciones más económicas. • Pueden lograrse grandes luces con menos peso por unidad de área y menos altura. • En edificios altos (a partir de 10 a 12 plantas) las cargas debidas al peso propio de la estructura, si es de hormigón, empiezan a ser importantes, y además, las secciones requeridas de pilares y muros ocupan una fracción del espacio disponible no desdeñable que puede afectar al desarrollo de las funcionalidades. • Por tratarse de estructuras más flexibles, en general absorben mejor las deformaciones diferenciales, con independencia de su orígen. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   5    Desde el punto de vista constructivo: • Fabricación industrializada de los elementos constructivos en taller, con un buen control de la ejecución y sin ser afectados por distintas circunstancias como las climatológicas. • El proceso de montaje en obra es muy rápido y exige poco espacio para las maniobras de elevación y fijación. Todo esto permite una más sencilla organización de la obra y se reducen las demoras debidas al mal tiempo. El montaje exige un personal reducido, si bien especializado. • Las modificaciones y ampliaciones de las estructuras, incluso en pleno funcionamiento de las industrias, resultan factibles y más fáciles de llevar a cabo. • Facilidad de transporte y economía en el mismo. • Los materiales conservan siempre un cierto valor intrínseco, lo que no sucede con el hormigón armado. Son reciclables, buen comportamiento frente al medio ambiente. 1.2.2. Inconvenientes En contrapartida a las características anteriores, hay que indicar que: • La estructura metálica, en general ligera y flexible, es muy sensible a las acciones horizontales, y adquiere una gran importancia el estudio de los arriostramientos necesarios. • Los elementos estructurales y sus componentes pueden presentar fenómenos de inestabilidad a diversas escalas (pandeo global, pandeo local, abolladura del alma, etc.). • En estructuras metálicas, formadas por elementos prefabricados, es muy importante el estudio adecuado de las uniones entre elementos, cuya solución debe responder a las hipótesis asumidas en el modelo de la estructura, asegurando la continuidad necesaria y una transmisión segura de esfuerzos. Desde el punto de vista constructivo: • Los trabajos de taller son más caros por exigir una mano de obra especializada y cualificada. Lo mismo puede decirse de los operarios que realizan el montaje en obra de las estructuras, fundamentalmente soldadores. • Los elementos constructivos tiene una resistencia al fuego baja. La resistencia del acero disminuye rápidamente al aumentar la temperatura y se ve reducida a la mitad al alcanzar unos 600oC. Este efecto se agrava al ser el acero un buen conductor térmico, lo que produce un rápido calentamiento del mismo. Además, hay que tener en cuenta las importantes dilataciones que se producen y los empujes que por esta causa pueden originarse si las mismas están impedidas. Para mejorar la resistencia al fuego de los elementos estructurales metálicos se emplean revestimientos con materiales refractarios (revestimientos de hormigón, ladrillos, mampostería, sustancias proyectables, paneles ligeros de fibras minerales) u otras soluciones (pinturas intumescentes ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   6    -que se expanden hasta 50 veces su espesor ante la acción del calor-, circulación de agua -sólo en perfiles huecos-). • Mal comportamiento ante la corrosión, especialmente en industrias químicas con ambientes agresivos, pero también cuando está a la intemperie (dependiendo el ataque de la climatología y la situación geográfica). En general, esto lleva aparejado la necesidad de utilizar recubrimientos protectores de las superficies: pintura (imprimación con minio de plomo más una o dos capas de esmalte), metalización (en elementos no estructurales), galvanizado con zinc.     1.3. Productos laminados en caliente Se sirven en longitudes de 10, 12 y 14 metros. Se clasifican atendiendo a la forma de la sección transversal. Las dimensiones están normalizadas. Todo producto laminado está marcado con las siglas del fabricante y el símbolo de la clase de acero (Figura 3). Figura 2. Designación de los perfiles de acero estructural. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   9    (a) (b) Figura 7. Sección de un perfil laminado tipo L y LD. Perfil T Rango de variación T40.5-T100.11 (Figura 8) Figura 8. Sección de un perfil laminado T. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   10    Redondo Rango: Ø 6 a Ø 60 mm (Figura 9) Figura 9. Sección de un perfil Redondo. Cuadrado Rango: 6 a 60 mm (Figura 10) Figura 10. Sección de un perfil Cuadrado. Chapas ≠5, 6, 8, 10, 12, 15, 18, 20, 22, 24, 25, 27, 30, 35, 40, 45, 50 y ≠60 mm (Figura 11) Figura 11. Sección de Chapa.   1.4. Productos conformados (laminación) en frío Generados a partir de chapa: placas (onduladas, grecadas, nervada, etc), perfiles conformados huecos (redondo, cuadrado, rectangular) o abiertos (L, U, Z, etc). Estos productos no se suelen usar en los elementos resistentes principales de la estructura.   ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   11    2. Historia del hierro y del acero en estructuras 2.1. Evolución de los metales férricos 2.1.1. Hierro de forja El hierro se conoce y se ha utilizado durante más de tres mil años, pero hasta el desarrollo del alto horno en torno al 1500 DC no pudo producirse en forma fundida. En China, el hierro fundido se remonta a épocas mucho más tempranas, pero en el mundo occidental no se conoce hasta mucho después de la invención del alto horno. Existe alguna evidencia de que los romanos sabían producir fundición pero, si lo hacían, el conocimiento de ello ciertamente se ha perdido. Antes del horno alto, el hierro se extraía del mineral mediante reducción química en hornos sencillos o chimeneas. Inevitablemente, la escala de la operación era pequeña y el proceso bastante laborioso, ya que el hierro llegaba en una forma pastosa dura, alejada del estado líquido, que seguidamente se refinaba y conformaba mediante forja. En esencia, esto era el hierro de forja (Figura 12). Figura 12. Hierro de forja. 2.1.2. Hierro fundido o colado En el siglo XVI, el hierro fundido o colado era difícil de producir a gran escala antes del paso del carbón vegetal al coque como combustible. Con el carbón, el tamaño práctico del horno estaba limitado por la trituración del combustible, el peso de la carga del mineral y, por ello, el tamaño del horno. Abraham Darby es reconocido generalmente como el padre de la fundición con coque y, aunque ésta se produjo en 1709, su aplicación industrial no se generalizó hasta 1750, en Gran Bretaña, y bastante después en el resto de Europa (Figura 13). ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   14    2.2. Logros alcanzados con hierro y acero estructurales Para observar los logros estructurales alcanzados con el hierro y el acero en los últimos 250 años, es conveniente clasificarlos en relación con el periodo, o época, en los que predominaron cada uno de los tres metales férricos. Inevitablemente, estos periodos se solapan y resulta significativo que en cada caso fue necesario mucho tiempo (hasta 50 años) para que los descubrimientos fueran utilizados comercialmente. Aproximadamente, los periodos son los siguientes: • Periodo de la fundición 1780-1850 (Columnas hasta 1900) • Periodo del hierro forjado 1850-1900 • Periodo del acero 1880 – Actualidad Estas fechas reflejan la situación en Gran Bretaña, donde la siderurgia estuvo más desarrollada que en cualquier otro lugar en la primera mitad del siglo XIX. En Francia no hubo ningún periodo verdaderamente perteneciente al acero, mientras que en EEUU tanto la fundición como el hierro forjado se utilizaban comparativamente menos antes de mediados del siglo XIX, después de lo cual se produjo una explosión positiva de su aplicación. Por otra parte, el acero se hizo popular más o menos al mismo tiempo en Europa y en América. En la Figura 16 se hace hincapié en lo corto que fue el periodo total del uso estructural del hierro y el acero en relación con el conocimiento humano del hierro. Figura 16. 3000 años del uso del hierro y del acero. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   15    2.3. El periodo de la fundición Debido a su disponibilidad en el mercado, se introducen nuevos materiales por su economía o para resolver problemas específicos. 2.3.1. Puentes de fundición en arco Los primeros puentes de fundición eran todos formas en arco en las que ésta simplemente sustituía la albañilería, siendo sus ventajas una considerable reducción de peso y del empuje horizontal, la economía y la rapidez de ejecución. El primer puente de fundición de cualquier magnitud fue el famoso puente de Coalbrookdale, realizado en 1779, con una luz de unos 33 metros (Figura 17.); una estructura llena de aparentes contradicciones con mezcla de detalles de carpintería y albañilería, pero que todavía hoy sigue orgullosamente en pie. Figura 17. Puente de Coalbrookdale, realizado en 1779. A la construcción de este puente siguió una completa sucesión de puentes en arco de fundición en Gran Bretaña, como el Wear Bridge de Thomas Wilson de 1792-6, con pletinas de hierro forjado reforzando las dovelas de fundición y una luz de 72 metros (Figura 18). Figura 18. Wear Bridge , realizado entre 1792-1796. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   16    El clímax, pero de ningún modo el último puente de fundición, fue quizá el Mythe Bridge de Telford en Tewkesbury (1823-26) con una luz de sólo 52 metros pero ligerísimo y con una estructura totalmente lógica. (Figura 19). Figura 18. Myther Bridge , realizado entre 1823-1826. En otros lugares de Europa los puentes en arco de fundición fueron escasos hasta bien entrado el siglo XIX, con un número de diseños que superan ampliamente el número de realizaciones. Le Pont des Arts de París (Figura 19), construido en 1801-3 por Cessart, fue quizá el más famoso pero, lamentablemente, ha sido hoy sustituido por una reproducción soldada no del todo convincente. En aquel tiempo, también en Rusia se construyeron algunos puentes de fundición en arco. Figura 19. Le Pont des Arts de París , realizado entre 1801-1803. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   19    2.3.3. Combinación de fundición y hierro forjado en la construcción No todo el hierro en el “periodo del hierro” era fundido. Una parte de él era una combinación de fundición y hierro forjado y otra era simplemente hierro forjado. Existe poca evidencia de que se utilizara acero en aplicaciones estructurales en este periodo. En Gran Bretaña, la fundición se utilizaba a veces combinada con madera, como en el Nuevo Muelle del Tabaco de 1811-14 o con hierro forjado, como en la cubierta de 1837 de la Estación de Euston (Figura 22). Figura 22. Cubierta de la Estación de Euston (1837). Después de 1840, la escala de la construcción en hierro y la proporción de hierro forjado/fundición en las estructuras mixtas se incrementó substancialmente. La Palm House en Kew de 1844- 47 (Figura 23.), de Richard Turner y Decimus Burton, marcó un avance en los primeros invernaderos e incorpora probablemente los primeros perfiles en I laminados del mundo. Figura 23. Palm House en Kew de 1844-1847. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   20    Las cubiertas de hierro forjado de vanos crecientes sobre columnas de fundición proliferaron tanto en los astilleros navales como en las estaciones de tren, culminando en la cubierta de Turner con una luz de 47 metros en Lime Street, Liverpool de 1849 (Figura 24). Figura 23. Cubierta de la EstaciónLime Street-Liverpool de 1849. En Francia se construyeron algunos forjados y cubiertas de hierro pudelado altamente innovadores antes de la Revolución, como la cubierta de 21 metros de luz de Victor Luis en 1786 en el Teatro del Palais Royal de París (Figura 24.). Figura 24.Cubierta Victor Luis de hierro forjado con vano de 21 metros, 1786. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   21    En esta cubierta, como en el puente de Coalbrookdale, la lógica estructural no está del todo clara. Sin embargo, el sistema de forjado de perfiles planos de hierro forjado en arco realizado por M. Ango en los años 1780 (Figura 25.) es claramente comprensible y los derivados de este sistema se siguieron utilizando hasta que fueron sustituidos por algunos sistemas ”ignífugos”, todavía basados en hierro forjado, a finales de los años 1840. La fundición tuvo un gran impacto en Francia en los años 1830 y posteriores, destacando la gran cubierta de hierro de 1837- 38 en la Catedral de Chartres y la Biblioteca de Ste. Geneviève de 1843-50 (Figura 26.), pero el hierro forjado seguía manteniendo su predominio. Figura 25. Viga de losa en hierro forjado de Ango, hacia 1780. Figura 26. Biblioteca de Ste. Geneviève de 1843-1850. La construcción mixta se extendió bastante en Rusia. En San Petersburgo, se realizó una forma de vigueta de plancha remachada, en 1838, para la reparación del Palacio de Invierno después del incendio de 1837. Este desarrollo se produjo justo diez años antes del desarrollo independiente de las vigas de hierro forjado remachado en Gran Bretaña. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   24    2.4. El periodo del hierro forjado (1850-1900) 2.4.1. El hierro en los puentes El periodo del hierro forjado fue, en sus principios, el de la viga de hierro remachada, que data de finales de la década de los cuarenta del siglo pasado, aunque ya entonces este material se había introducido con firmeza en la construcción mixta. Vistas desde la distancia, las vigas de hierro forjado deben su nacimiento, en parte, a las dudas acerca de la seguridad de la fundición a flexión, y a la exitosa experiencia de su utilización en los barcos de hierro. Sin lugar a dudas, la mayor contribución singular, no sólo al desarrollo de las vigas remachadas, sino al establecimiento general del hierro forjado como material dominante del periodo, fue el diseño y construcción del Britannia Bridge (Figura 29.)y de los puentes tubulares de Conway (Figura 30). Figura 29. Britannia Bridge (1852). Figura 30. Puente tubular de Conway. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   25    Las figuras clave fueron Robert Stephenson, ingeniero en Chester and Holyhead Railway; William Fairbairn, el hombre práctico con experiencia en barcos de hierro; e Eaton Hodgkinson, el teórico y experimentador. En el año 1845, enfrentados con la entonces aparentemente imposible tarea de hacer pasar trenes sobre los Estrechos de Menai, en un momento en que los agentes encargados del transporte daban la espalda a los puentes de arco y colgantes, por haberse revelado estos inadecuados para cargas de ferrocarril, desarrollaron una nueva forma estructural, la viga en cajón, y efectuaron su demostración a una escala suficiente para que los trenes pasaran por su interior (diapositiva 6). Sin embargo, no fueron los puentes lo importante, sino los conocimientos derivados del extenso programa de investigación y ensayos que los hizo posibles. Estos tres hombres despejaron la creencia inicial de que el hierro forjado era más débil a compresión que a tracción, demostraron que un tubo rectangular era más resistente a la flexión que uno circular u oval, aislaron el problema del pandeo de planchas y mostraron cómo contrarrestar este comportamiento con alas celulares y rigidizadores de alma. Así, estos tres hombres y sus ayudantes establecieron el hierro forjado remachado como un material calculable para vigas de magnitud casi ilimitada. Más aún, demostraron las ventajas de la continuidad de las vigas, incluso para cargas permanentes (basándose en el trabajo teórico de Francia) y probaron que la resistencia de los remaches dependía tanto de la sujeción como de la acción de la espiga. La amplitud de los ensayos de materiales y modelos para estos puentes fue prodigiosa. La rapidez del trabajo fue casi tan notable como los resultados. El problema de cruzar los estrechos de Menai se planteó a principios de 1845, el puente de Conway se abrió en diciembre de 1848 y el puente de Britannia en marzo de 1850. En ambos casos, los trabajos de los elementos de apoyo se iniciaron en la primavera de 1846, mucho antes de que todos los problemas de las estructuras en vano se hubieran resuelto. Otros puentes de hierro forjado más pequeños del mismo periodo, con almas de compresión celulares fueron, al parecer, derivados de este desarrollo básico. Es preciso señalar que, de manera concurrente con este importante trabajo de innovación, Stephenson fue el responsable de gran cantidad de otras construcciones de ferrocarriles, incluido el puente de Alto Nivel de Newcastle de seis vanos, con arcos con tirantes de fundición, de 1846-49 (Figura 31.), y el mal concebido Dee Bridge en Chester, basado en vigas de cerchas de fundición, que colapsó desastrosamente en 1847 poco después de inaugurarse. La presión que se ejercía sobre los líderes de la ingeniería en aquel momento es difícil de imaginar y no sorprende que, en ocasiones, las relaciones se hicieran tensas, como ocurrió entre Stephenson y Fairbairn. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   26    Figura 31. Puente de Alto Nivel de Newcastle, con arcos con tirantes de fundición, de 1846-1849. La evolución de las vigas compuestas actuales, desde aquellas vigas con almas de compresión celulares, se produjo en gran medida en los años 1850. En la Figura 32 se muestran algunos de los pasos de esta transformación. Figura 32. Ejemplos de transición de alas de compresión celular a vigas de chapa remachadas. La racionalización de las vigas de celosía y su evaluación estructural también se produjo en los años 1850. Muchas de estas formas se derivaron de la construcción en madera en EEUU, pero dieron al remachado y al hierro forjado un alcance enorme. El puente Britannia ha sido criticado por el derroche de material en comparación con una estructura equivalente con lados cerchados abiertos, pero esto no es justo si consideramos lo poco que se sabía sobre la verdadera acción de la cercha a mediados de los años 1840. En las figuras 33.a. y b se encuentran formas de cercha matemáticamente racionales de aquel periodo. Existían numerosas variaciones sobre estas formas. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   29    2.4.2. El hierro forjado en los edificios En los edificios, el panorama del uso del hierro fue más modesto, por lo general, siendo su utilización más destacable en forjados, tanto en Gran Bretaña como en otros países europeos. Casi con total seguridad, el desarrollo de estos sistemas de forjado en Francia, a finales de los años 1840 y principios de los 50, fue lo que dio impulso al desarrollo comercial de las viguetas laminadas, independientemente de si se laminaron las primeras allí o en Gran Bretaña. El tamaño de los perfiles de las viguetas se incrementó de forma gradual, pero hasta el advenimiento del acero licuado las dimensiones estaban limitadas por los problemas que entrañaba el manipular grandes cantidades de hierro forjado. La fundición siguió utilizándose para columnas hasta mucho después de 1850. En EEUU apareció la moda de las fachadas de fundición, que duró varias décadas. Bogardus y Badger (Figura 37) fueron los dos grandes promotores. Internamente, las estructuras varían, estando representados el hierro, la albañilería y la madera. Figura 37. Edificios de fachadas de Fundicion de Bogardus y Badger. Aparte de estas aplicaciones útiles, a menudo ocultas, del hierro en edificios tradicionales, en muchos países se construyeron algunas estructuras de edificios espectaculares, principalmente cubiertas de gran luz. Más frecuentemente, pero sin ser exclusivas, se utilizaban en las estaciones de ferrocarril. Cabe hacer mención de la cúpula nervada de hierro de la sala de lectura del British Museum (Figura 38) (1854- 57), los arcos de 73 metros de hierro forjado de la estación de St Pancras (Figura 39) (1868) y la cúpula del Albert Hall (1867-71). Estos edificios rivalizaban en Francia, por ejemplo con la Biblioteca Nacional (1868), Les Halles (Figura 40.) (1854-68) y el mercado municipal Bon Marché (1867-78); y en EEUU con la cúpula del Capitolio en Washington (1856-64).     ÁR E Figura 38. S Fig EA DE ING GRA PROCEDIM JECUCIÓN ala de lect ura 39. Esta Figura 40. ENIERÍA D DO EN INGE IENTOS D DE ESTRU 30  ura del Briti ción de St Les Halles E LA CONS NIERÍA CIV E CONSTRU CTURAS ME sh Museum Pancras, 18 1854-1868). TRUCCIÓN IL CCIÓN TÁLICAS ,1854-1857 68. . ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   31    En todo este periodo la estabilidad de la mayoría de los edificios, en particular los de más de una planta, dependía de muros de albañilería, tanto si sus suelos o cubiertas eran o no de acero. El camino hacia la estructura totalmente de hierro o acero es incierto. A menudo se dice que el Home Insurance Building (Figura 41) de Chicago de 1884-85 fue el primer edificio alto con estructura completa de acero inició una evolución continuada. Figura 41. Home Insurance Building de Chicago de 1884-1885. El primer ejemplo de una estructura con uniones rígidas fue quizá el Boat Store de cuatro plantas de Godfrey Greene en Sheerness, de 1858-60 (Figura 42). El Great Exhibition Building de Londres, de 1851, y la fábrica de chocolate Menier en las afueras de París, de 1870-71, también se les atribuye el ser los primeros, pero ambos están dotados arriostramientos en cruz de S. Andrés y, de cualquier modo, no parecen tener una influencia directa sobre la construcción actual en acero de varias plantas. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   34    En la Figura 47 se exhibe cómo aumentó la proporción de acero Martin- Siemens hasta copar el mercado en 1920. Figura 47. Aumento del dominio del acero Martín-Siemens en Gran Bretaña durante el período entre 1880 y 1920 (J.F. Clarke). El mayor estímulo para el cambio al acero procedió de la industria de la construcción naval. El Lloyds Register admitía planchas de acero de 4/5 del espesor de hierro forjado y, en 1908, insistió en que todo el acero para la construcción naval debía producirse mediante el proceso Martin-Siemens. En los puentes, el periodo del acero se caracterizó por un incremento de luces y alturas. La iniciativa se desplazó de Gran Bretaña a EEUU, donde la necesidad de puentes más importantes era mayor en aquel momento. Todos los grandes puentes colgantes hasta 1945 (Golden Gate, George Washington, Transbay, etc.) se construyeron en acero remachado con cables trenzados de alambres de acero de alta resistencia (Figura 48). Figura 48. Puente de Golden Gate. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   35    En edificios, el rascacielos creció en acero y en América. Las cubiertas de gran luz, tanto en Francia como en EEUU, también aumentaron de escala con el acero. Primero se construyeron las grandes estructuras de arco de tres rótulas en las estaciones de ferrocarril de Filadelfia de 1893 (luces de 79 y 91 metros) (Figura 49) seguidas por la Galerie des Machines para la Exposición de París en 1889, con una luz de 111 metros (Figura 50), más del 50% de St Pancras. Estas luces, a su vez, pasaron a ser minúsculas comparadas con las de las cúpulas en los estadios deportivos en la posguerra. El vano de la Louisiana Superdome (Figura 51) de 1975, con 207 metros, es más de tres veces y media el del Albert Hall. Figura 49. Estación de Ferrocarril de Filadelfia, 1893. Figura 50. Galerie des Machines para la Exposición de París en 1889. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   36    Figura 51 .Louisiana Superdome de 1975. La principal innovación en la técnica del acero fue la introducción de la soldadura, hacia 1930, aunque puedan existir ejemplos anteriores. En la actualidad, los remaches están tan muertos y enterrados como el hierro forjado. Hoy la soldadura y los pernos dominan la construcción en acero (Figura 52). (a) (b) (c) Figura 52 .Uniones por roblones (a), soldadura (b) y pernos (c). En todos los terrenos, las innovaciones tienden a adaptarse a nuevas necesidades y esto parece ser especialmente cierto en el caso de los puentes. Desde la Segunda Guerra Mundial, la mayor parte de los nuevos conceptos en puentes colgantes, especialmente los relativos al diseño aerodinámico y ahorro de peso, se ha producido en Gran Bretaña, mientras que Alemania ha liderado el campo del diseño de puentes atirantados. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   39    3. Procedimientos de fabricación de la estructura metálica 3.1. Organización del taller Los fabricantes de estructuras van desde pequeñas empresas generalistas hasta grandes fábricas especializadas que disponen de distintos equipos. En todo caso, la fabricación debe organizarse siempre de modo que el material circule por el taller en un solo sentido desde que entra hasta que sale. Un diagrama de circulación, como el de la Figura 53, muestra las principales actividades de un taller moderno; las actividades concretas de la fabricación de una estructura sencilla también se pueden organizar mediante un diagrama de circulación. La mayor parte de los talleres están dotados de puentes grúas móviles, a veces con control a distancia desde el suelo. En talleres grandes son comunes los sistemas de cintas transportadoras. Se reducen así mucho los costes de acarreo (Figura 54). Se deben prever instalaciones especiales para almacenar materiales inflamables, e instalarse tuberías para gas y oxígeno. Las áreas de soldadura requieren un elevado suministro de energía eléctrica y pantallas para proteger la vista contra la luz ultravioleta. Ciertas operaciones, como el desbastado mecánico y el corte por arco, causan mucho polvo y ruido. Por lo tanto, siempre que sea posible, deben separarse de las demás zonas de trabajo. EXPEDICIÓN ALMACENEMBALAJE CONTROL ENSAYOS INSPECCIÓN FINAL 1ER CONTROL DE PRODUCTO TERMINADO PINTURA Y OTROS ACABADOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS MONTAJE DEFINITIVO SO LD A D U R A ALMACEN MATERIALES AUXILIARESENSAMBLADOS PREPARACIÓN DE MATERIALES TRAZADO PARQUE DE MATERIALES SIN ELABORAR Figura 53. Esquema general de un taller de calderería. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   40    Figura 54. Talleres de fabricación de estructuras metálicas. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   41    3.2. Manipulación y preparación de materiales El material se almacena temporalmente de modo que sea fácil identificarlo y moverlo. Algunas empresas apilan el material de modo que se facilite el acceso y traslado con grúas con cadenas y ganchos. En otras se maneja el material con mucha automatización, mediante grúas y transportadores de izado magnético; en la Figura 55, por ejemplo, se ve una grúa móvil magnética Goliath capaz de izar chapas y perfiles. Los datos de dimensión, longitud, peso y calidad del acero perteneciente a una marca de identificación se registran por medios informáticos. Figura 55. Grúa de izado. Si es necesario, se granalla el acero (Figura 56), ya sea a mano o mecánicamente. Algunas instalaciones automatizadas pueden detectar las medidas de los elementos. Puede seguir la pintura con pistola (a mano o automática), pero en función del programa de producción; por ejemplo, si hay que soldar, se debe pintar posteriormente. Figura 56. Granallado. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   44    3.6. Cizallas, guillotinas y punzonado Los perfiles pequeños de reducido espesor se pueden cortar con cizalla. Las chapas de hasta 25 mm de espesor se pueden cortar con guillotina, pero la fuerte presión de contacto de la hoja inferior suele deformar la chapa y por tanto sólo puede hacerse si lo permite la especificación (Figura 60). Sin embargo, las punzonadoras modernas que funcionan a gran velocidad deforman menos el material. Es mucho más rápido punzonar el acero que taladrarlo, y por lo tanto menos costoso; pero el punzonado se reduce generalmente a las estructuras de poco espesor con carga predominantemente estática o elementos secundarios, salvo que las uniones sean con tornillería de alta resistencia o los taladros se escarien a mayor diámetro. El máximo espesor al que se puede aplicar el punzonado depende de la clase y calidad del material (Figura 61). Figura 60. Guillotina-Cizalladora. Figura 61. Punzonadora. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   45    3.7. Oxicorte de chapa El biselado y oxicorte de chapas es práctica general en muchos talleres. El oxígeno y el propano se suelen guardar a granel en depósitos exteriores y alimentan al taller por tuberías. El equipo para cortar a la llama va desde el soplete manual hasta multilanzas con control numérico (diapositiva 13). Para cortar chapas anchas se disponen varios cabezas a fin de asegurar la misma temperatura a cada lado, evitándose así la deformación. Se puede dotar incluso el tren de corte de tres sopletes para producir cantos con doble bisel. Figura 62. Oxicorte. Las máquinas de una sola cabeza pueden operar dirigidas por un cabezal óptico, siguiendo un perfil trazado en papel a escala 1:10 o tamaño natural. El perfilado lo suelen realizar máquinas con control numérico que también pueden marcar la posición de los agujeros y estampar marcas de identificación. Si no se considera esencial la precisión de los bordes, hay otros métodos con mayor velocidad de corte, como corte con plasma bajo agua o bajo polvo inerte. El corte con láser empieza a introducirse, pero por ahora se reduce a chapas finas; no obstante, la poca precisión del borde resultante lo hace inadecuado para ciertas aplicaciones. El fabricante debe estar al tanto de que el oxicorte siempre causa contracción, por las mismas razones que el soldeo. El oxicorte simétrico de las chapas reduce la distorsión. El mecanizado de un solo lado produce deformación debido la tensión residual. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   46    3.8. Prensado y conformado Para el fabricante moderno, la aplicación más importante del prensado y conformado de chapas es aumentar la gama disponible de perfiles laminados. Un buen ejemplo es la viga artesa trapezoidal con la que se rigidizan tableros de puente (diapositiva 14). Otro ejemplo son las secciones tubulares de dimensiones mayores que las normalizadas (Figura 63). Figura 63. Prensado y conformado. 3.9. Métodos de soldeo Son tres los procesos de soldeo más utilizados en los talleres modernos: • Soldeo manual con arco para piezas auxiliares y ciertas soldaduras de perfiles y posicionales (Figura 64); Figura 64. Soldeo manual con arco. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   49    (a) (b) Figura 67. Construcción de vigas armadas. 3.13. Operaciones de mecanizado Casi todos los talleres disponen de cepilladoras, fresadoras radiales y máquinas para mecanizar la superficie de la chapa (Figura 68). Las asperezas de los bordes de la chapa, a menudo debidas al oxicorte, se suprimen cepillándolas. Los bordes de las piezas se cepillan para conseguir una escuadra mejor que la que produce la sierra. El eje de la pieza se alinea con la cabeza de corte mediante métodos de rayo láser óptico. Sólo es necesario mecanizar las superficies de apoyo especiales, y a veces, la placa de asiento de los pilares sobre el forjado. Figura 68. Operaciones de mecanizado. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   50    3.14. Tolerancias de fabricación Los talleres modernos regulan con precisión las dimensiones de las piezas fabricadas y no tienen dificultad para cortar el material laminado a su tamaño. El mayor problema estriba en la inexactitud de los perfiles y planchas que sirve la acería. Las Euronormas (EN) y las normas ISO establecen las tolerancias dimensionales de los perfiles, chapas y pletinas, perfiles huecos y angulares laminados. Las alas de los tramos de viga en los puntos de unión críticos se enderezan con plegadora. Como se ha dicho, reducir la distorsión debida a la soldadura es un factor importante para producir con precisión perfiles soldados. Los detalles y las uniones han de proyectarse de modo que se respeten las tolerancias dentro de los límites de la buena ejecución. 3.15. Premontaje en el taller A veces es preciso comprobar las correctas dimensiones del producto premontando una parte de la estructura en el taller (Figura 69). Es probable que lo requieran las partes de la estructura de un puente, en especial las destinadas al extranjero, o que pertenezcan a instalaciones complejas. El premontaje es caro y debe evitarse si es posible incorporando al proyecto medios de ajuste en obra y con perfecta control de las medidas. Figura 69. Premontaje en taller. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   51    3.16. Inspección y control de calidad El control de calidad debe empezar en el proyecto y seguir durante la elaboración de los planos y el acopio de materiales; el mantenimiento de la calidad en todo el proceso de producción depende mucho de los detalles de fabricación y de los materiales que se acopien (Figura 70). Los fabricantes grandes tienen un control de calidad propio que crea y mantiene un manual de Calidad describiendo el método de trabajo en todo el proceso de fabricación. El departamento de control de calidad se integra con la dirección del taller para asegurar que todos los trabajadores poseen la formación que exige el trabajo y los soldadores la homologación para ejecutar los procedimientos de soldadura prescritos. Es necesario realizar revisiones periódicas que aseguren que: • Todos los materiales coinciden con los especificados. • Se examine el material por si hubiese hojas o defectos de laminación. • Los electrodos de soldadura sean identificables. • Los electrodos de soldar se almacenen en las condiciones exigidas. • Se sigan los procedimiento de soldadura. • Se inspeccionen las soldaduras mientras se ejecutan. • Se han implantado procedimientos correctos para apretar los tornillos de alta resistencia • Las marcas de identificación son claras y visibles. • Todo el equipo se conserva en perfecto estado. Debe mantenerse siempre un enlace estrecho entre el personal de control de calidad y el de delineación. Figura 70. Inspección y control de calidad. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   54    4.1.2. Estimación de necesidades La Figura 71 es un ejemplo de organigrama para el caso extremo de un proyecto de montaje de una estructura de acero de gran tonelaje. El gráfico es aplicable a una plantilla de montaje directo de unas 125 personas. Figura 71. Organigrama de necesidades de montaje. 4.1.3. Instalaciones básicas y condiciones de la obra La empresa de montaje debe disponer de los servicios básicos en la obra para su personal, incluyendo oficina adecuada, servicios sanitarios y áreas de almacén. También debe asegurarse que la obra tenga los suministros necesarios para el montaje, tales como electricidad, gas, aire comprimido, etc. Estas instalaciones y suministros deben cumplir las siguientes requisitos: 1. Estar situados, en lo posible, próximos al lugar de trabajo, con fácil acceso a la obra sin estorbar de ningún modo el progreso del trabajo; 2. Estar bien construidas cumpliendo al menos los mínimos requisitos legales; 3. Tener medios de comunicación; 4. Ser mantenidos en buen estado durante todo el trabajo y retirarlos a la finalización. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   55    4.1.4. Mano de obra directa Para programar correctamente el proceso de montaje y prever exactamente el plazo de terminación y los costes, es esencial calcular los recursos humanos directos necesarios. La mano de obra se calcula normalmente sobre el número de horas-hombre necesario para montar la construcción metálica. Se logra una estimación suficiente desglosando el peso del montaje por unidades (pilares, vigas, riostras, forjados, etc.) y asignándoles distintos valores por peso (en horas) con arreglo a la experiencia anterior. Para un cálculo más exacto, se puede valorar cada actividad, además de en términos de tiempo, en cuanto al personal necesario para ejecutarla. El producto de multiplicar el tiempo (en horas) por el número de trabajadores por equipo, arroja las horas- hombre de cada actividad, que sumadas, dan las horas-hombre directas que requiere la ejecución de todo el trabajo. 4.1.5. Grúas, herramientas y otros equipos Una vez decidido el proceso de montaje, se pueden definir las herramientas y equipos necesarios para ejecutarlo, ello debe incluir: • Grúas de varios tipos. • Equipo de transporte. • Equipo especial para el montaje, tales como tornapuntas, etc. • Cabrestantes (eléctricos y neumáticos). • Equipo para tornillería, como llaves dinamométricas, de trinquete, torsiométricas, etc... • Equipo para soldar, incluyendo mangueras, sopletes y estufas. • Compresores de aire. • Grupos electrógenos. • Gatos hidráulicos. • Instrumentos de medición, como taquímetros, niveles, cintas, y equipos láser. • Equipos varios, como poleas, vigas separadoras, etc.. • Cables, eslingas, grilletes, etc.. • Herramientas para manipulación. El elemento más pesado, el que vaya a montarse más alto, o la pieza que requiera la máxima capacidad de izado (radio y peso) marca la capacidad máxima de la grúa que se utilice. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   56    4.2. Procedimientos de montaje 4.2.1. Recepción, descarga y manipulación del material de construcción La logística es una parte muy importante del proceso de montaje y debe tenerse siempre presente. Los fabricantes tienen la fuerte tendencia a enviar los elementos de construcción en el mismo orden que los fabrican; esto está bien si se fabrican en el mismo orden que se montan. A este fin se requiere un plan detallado de los procesos de fabricación y montaje. Es preciso, por tanto, preparar un programa de entregas coordinado con la capacidad del equipo de montaje. Generalmente hay en la obra un lugar para acopiar el material, cuando los envíos no se puedan coordinar exactamente. De ser posible, debe organizarse un plan de entregas “a tiempo justo” de los elementos más pesados para evitar las costosas maniobras de descarga y manipulación intermedias (Figura 72). Se separarán enseguida los materiales que lleguen dañados y haya que reparar o devolver, y se informará al director del proyecto para que pueda valorar el efecto que pudiera tener en el programa de construcción. Figura 72. Recepción y descarga del material. En la manipulación de los elementos individuales, debe tenerse en cuenta que: • las piezas con marcas de referencia distintas no deben mezclarse ni embalarlas juntas. • deben indicarse los puntos de izado en las piezas mayores o más pesadas, incluso cuando sea posible la situación del centro de gravedad. • todas las piezas que sean fáciles de dañar deben estar debidamente protegidas durante el transporte y la manipulación. • las piezas en acopio han de estar elevadas del suelo, protegidas contra la humedad y el polvo con durmientes o cuñas. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   59    4.2.3. Armado y montaje El montaje de la estructura de acero puede empezar cuando las placas de asiento (o los suplementos) estén situados. El principal objetivo durante el montaje es mantener estable la estructura en todo momento. El derrumbe de una estructura durante el montaje se debe a menudo al desconocimiento de los requisitos de estabilidad. Es posible que los esfuerzos se inviertan durante el montaje, y cada inversión, por muy temporal que sea, debe preverse en el proyecto. Deben resolverse las cuestiones relativas al orden de montaje y su efecto sobre la estabilidad. El autor del proyecto debe disponer los vanos arriostrados de modo que sean las primeros en montarse. Es esencial que la estructura esté siempre arriostrada y aplomada y nivel mientras avanza el montaje (Figura 74). Prearmar conjuntos es un modo de reducir la cantidad de trabajo a hacer a alturas elevadas. Sin embargo, varios factores afectan la viabilidad y economía de armar un conjunto en el suelo. El primero es el peso del conjunto resultante, más las útiles para izarlo; otro es el grado al que se puede rigidizar el conjunto temporalmente sin aumentar demasiado su peso. El volumen del conjunto es otro factor relevante pues debe evitarse dañar el brazo de la grúa. A menudo se precisa hacer un croquis del brazo y el conjunto prearmado en el punto de máxima altura para verificar su factibilidad. Prearmar un conjunto sólo vale la pena si se puede izar y fijar con facilidad razonable. El objeto es evitar operaciones en altura que se puedan hacer más fácilmente en tierra; tener que aflojar los tornillos y volver a apretarlos para quitar el alabeo, le quita mucho atractivo al prearmado. Muchas piezas de acero llegan a la obra pintadas. Las eslingas de acero estropean la pintura al manipularlas; el daño debe reducirse con protecciones de madera, que además evitan que la carga se deslice al izarla y que las eslingas, de cadena o cable, se dañen al doblarse sobre cantos vivos. Las protecciones contra el deslizamiento son aún más necesarias si la posición final de la pieza no es horizontal. Ha de procurarse siempre disponer la eslinga de modo que la pieza cuelgue en el mismo ángulo que va a tener una vez montada. Las piezas se suelen manejar a mano mientras se izan mediante un cable ligero unido a un extremo. Este cable solamente dirige el giro de la pieza, no es para ponerla a nivel. Cuando se izan piezas grandes y pesadas en posición horizontal para ponerlas en vertical, se necesitan tirantes provisionales que eviten los movimientos incontrolados en la maniobra de aproximación a la posición vertical. En ciertas situaciones pueden necesitarse dejar los rigidizadores provisionales después de montar una pieza hasta que se hagan las uniones definitivas. La necesidad de rigidez temporal debe preverse en el plan de montaje, para tener suficientes rigidizadores y medios de elevación y no ocurran retrasos por falta de medios para montar el siguiente conjunto. Cuando haya de izarse una pieza muy complicada o pesada, es más fácil y seguro fabricar mordazas especiales para este fin. Un pequeño esfuerzo extra en delineación y en el taller puede ahorrar mucho tiempo y dinero en la obra. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   60    Figura 74. Secuencia de montaje de estructura. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   61    4.2.4. Uniones atornilladas en la obra Antes de hacer uniones atornillada debe comprobarse que: • los tornillos, tuercas y arandelas se pongan exactamente como indican los planos. • los tornillos, tuercas y arandelas estén limpios y en buen estado. • las piezas que se van a unir estén limpias y sin defectos. No debe permitirse escariar los taladros con soplete puesto que las uniones resultan inaceptables y se daña la pintura. En las uniones con alas inclinadas deberán ponerse arandelas acuñadas bajo la tuerca, el tornillo, o ambos. En el caso de taladros con el eje vertical, los tornillos deben introducirse por arriba y ponerse la tuerca por debajo. Cuando se especifique, debe evitarse que las tuercas se aflojen poniendo otra tuerca, o con una tuerca o arandela especial. Tornillos ordinarios Los tornillos de cabeza hexagonal y las tuercas se fabrican normalmente en varios tamaños y resistencias a la tracción. Antes se acostumbraba a poner arandelas bajo las tuercas, pero ahora suelen omitirse. Los grados de resistencia más comunes de los tornillos estructurales son 4,6 y 8,8, el primero para fines generales y el segundo cuando se aplican cargas mayores. Normalmente los tornillos se aprietan con llave a mano, en taladros con 2 mm de holgura para tornillos de diámetro de hasta 24 mm, y con holgura de 3 mm en diámetros de más de 24 mm. Cuando la posición debe ser exacta, y para evitar que se muevan las piezas unidas, se ponen tornillos hechos a máquina con precisión, en taladros escariados. Estos tornillos exigen trabajar con exactitud y su colocación es costosa. Si se requiere rigidez, es normal poner tornillos HSFG (de alta resistencia) pretensados. Tornillos de alta resistencia (HSFG) En las uniones con tornillos HSFG, el esfuerzo cortante se transmite entre las piezas unidas por fricción. La fuerza de fricción procede del apriete de los tornillos, realizado de manera controlada para crear una tensión específica en la espiga. Los tornillos se colocan en taladros con holgura, así que puede no haber efecto portante en la transmisión de la carga. Para aprovechar el efecto de fricción, se necesitan tornillos de alta resistencia a la tracción de modo que se logre el par de apriete adecuado con tornillos de tamaño moderado. La tensión inducida en los tornillos al pretensarlos es igual, o cercana, a la de prueba. Existen tornillos HSFG de dos grados de resistencia, calidad general (equivalente a 8,8) y calidad superior (equivalente a 10,9). Las tuercas están calculadas para desarrollar la máxima resistencia del tornillo. Se ponen arandelas reforzadas bajo la pieza que va a girar en el apriete. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   64    5. Control de calidad 5.1. Manual de garantía de calidad El manual de garantía de calidad define los procedimientos adecuados que garanticen que el producto terminado cumple la especificación. El personal a cargo del montaje debe ser informado de las variables que influyen en la calidad del conjunto para que puedan controlarlas. 5.2. Programa de control de la calidad El programa de control de calidad es el que se redacta en particular para el trabajo en cuestión. Se funda en lo siguiente: • el manual de garantía de calidad. • el contrato general del proyecto. • las normas generales aplicables al proyecto. • las normas, procedimientos y especificaciones del fabricante. El programa de control de calidad contendrá lo siguiente: • la organización de la obra (respecto al control de calidad). • los procedimientos (escritos). • el programa de inspección. 5.3. Programa de inspección El programa de inspección se basa en el plan de montaje y se complementa con la redacción de procedimientos y puntos de inspección. Su fin es asegurar un buen grado de ejecución. Puede comprender lo siguiente: • Números de referencia de los procedimientos de trabajo. • Numeración de las correcciones. • Procedimientos escritos para: - soldadura - tratamiento térmico - ensayos no destructivos - alineación y aplomado - tolerancias - unión con tornillos de alta resistencia ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   65    6. Seguridad en el montaje El montaje de una estructura es, por su propia naturaleza, una tarea con cierto grado de riesgo. El trabajo se realiza en altura, y mientras no llegue a cierto punto, no hay nada adonde fijar una plataforma para trabajar con seguridad. De hecho, se dice con verdad que la colocación de una plataforma es tan arriesgado como el montaje mismo; una posible solución es acceder por plataformas móviles, si la situación del suelo lo permite. El objeto del procedimiento de seguridad es asegurar que se haga todo lo posible para eliminar el riesgo de accidentes. Para alcanzar este objetivo han de tomarse las siguientes medidas: 1. Informar del procedimiento de seguridad a todos a los que afecta su cumplimiento, por ejemplo, repartiendo resúmenes o dando cursillos. En la práctica, el mejor modo de mantener el interés por la seguridad es vigilar continuamente las zonas peligrosas de la obra (zonas prohibidas, andamiaje, máquinas, etc.), ver que se observen las debidas restricciones e informar de los posibles riesgos al encargado. 2. Que haya en la obra el equipo necesario y que se conserve en buen estado. Este equipo va desde cascos y cinturones, a escaleras, plataformas de trabajo y herramientas correctamente escogidas. 3. Organizar el trabajo de modo que se haga lo menos posible en altura. El peligro se reduce como sigue: • mediante la técnica de conjuntos prearmados. • fijando escaleras y plataformas de trabajo a la construcción de acero antes de elevarla a su sitio. • disponiendo cuanto antes pasarelas de acceso horizontales. • instalando escaleras o montacargas temporales cuando sea oportuno. 4. Que todos los equipos portátiles, como bombonas de gas y aparatos de soldar, estén firmemente sujetos mientras se trabaja con ellos. Se tendrá cuidado de que no haya materiales inflamables debajo de donde pudieran caer chispas. 5. Y final y fundamentalmente, redactar el proyecto pensando en la seguridad, como sigue: • Situando los empalmes de modo que las uniones sean simples, teniendo en cuenta que habrán de hacerse en altura. • Incorporando en lo posible mordazas y uniones para izar piezas pesadas o complejas en los conjuntos armados que se van a unir. • Considerando en la fase de proyecto incorporar mordazas, ménsulas o taladros en la fabricación para facilitar la fijación de cinturones y redes de seguridad y plataformas de trabajo. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   66    7. Uniones Las estructuras metálicas están constituidas por diferentes tipos de elementos estructurales que deben unirse entre ellos de manera adecuada, según criterios de rigidez y resistencia. Los encuentros entre los elementos constructivos se denominan nudos, y pueden resolverse utilizando distintos tipos de uniones. Los principales tipos, ilustrados en la Figura 75 para un caso de pórtico bidimensional de varias plantas, son: • Los que se producen cuando tiene lugar un cambio de dirección, por ejemplo en las uniones viga-pilar, viga-viga y uniones entre barras en las cerchas. • Los que se requieren para asegurar tamaños manejables de la estructura de acero a efectos de transporte y montaje; los pilares, por ejemplo, se suelen empalmar cada dos o tres pisos. • Los que se producen cuando tiene lugar un cambio de componente, lo que incluye la unión de la estructura de acero a otras piezas del edificio, como pueden ser bases del pilar, uniones a núcleos de hormigón y uniones con paredes, forjados y cubiertas. Figura 75. Tipos de uniones. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   69    7.1.3. Según su función estructural Podemos encontrarnos con: • Unión resistente, cuya misión es transmitir entre piezas un esfuerzo calculado • Unión de atado, la que sólo fija la posición de las piezas, sin transmitir esfuerzos 7.1.4. Atendiendo al tipo de elementos unidos En este caso, podemos tener (Figura 79): • Viga a viga (ej. enlace de un brochal a la jácena que lo soporta) • Viga a pilar • Empalme de pilares (ej. plantas consecutivas) • Base de pilares Figura 79. Uniones según el tipo de elementos a unir. 7.1.5. Según el grado de rigidez de la unión Pueden existir: • Rígidas: mantiene invariables los ángulos relativos entre las barras en la unión, independientemente del valor de la carga aplicada • Flexibles: permite el giro libre de las barras unidas (articulación). El EC3 las designa como uniones nominalmente articuladas • Semirrígidas/semiflexibles: unión que no cumple los requisitos para ser considerada rígida ni flexible. De hecho, ninguna unión es perfectamente rígida o flexible. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   70    8. Uniones por soldadura Las estructuras se forman mediante conjuntos de chapas o perfiles unidos entre sí con enlaces capaces de soportar los esfuerzos que se transmiten entre las piezas. El objeto principal de la unión es el de asegurar la mejor continuidad de las piezas, continuidad que será más perfecta cuanto más uniforme sea la transmisión del esfuerzo. La transmisión de esfuerzos en las uniones se hace en muchas ocasiones de modo indirecto, ya que para pasar el esfuerzo de una pieza a otra se la obliga previamente a desviarse de su trayectoria normal. En el caso de soldadura a tope, la transmisión es directa. 8.1. Diferentes tipos de uniones Se llama soldadura a la unión de dos piezas metálicas de igual o parecida composición, de forma que la unión quede rígida y estanca. Esto se consigue bien por el efecto de fusión que proporciona la aportación de calor, bien por la aportación de otro metal de enlace o por la combinación de ambos efectos. Existen cerca de cuarenta sistemas de soldar, pero el más importante para las estructuras metálicas es el sistema de soldadura por fusión. En las soldaduras por fusión el calor proporcionado funde los extremos de las piezas y al solidificar se produce la unión. Existen diferentes tipos de soldadura por fusión, pero los más utilizados son dos: • Soldadura autógena • Soldadura por arco eléctrico, que es la que se utiliza en estructuras metálicas. 8.1.1. Soldadura autógena En la soldadura autógena el calor lo proporciona una llama producida por la combustión de una mezcla de acetileno y oxígeno, en la proporción 1:1, que se hace arder a la salida de una boquilla. La temperatura alcanzada en la llama es de unos 1300° C. El calor producido funde los extremos a unir, con lo que se obtiene, después de la solidificación, un enlace homogéneo. Aunque este tipo de soldadura todavía se utiliza en los talleres mecánicos, no es correcta su utilización en uniones sometidas a esfuerzos, ya que por efecto de la temperatura se provocan unas tensiones residuales muy elevadas, siendo en general más lenta y cara que la soldadura por arco. De todas formas, cuando el soplete oxiacetilénico se utiliza en la soldadura de piezas, se le suele completar con un alambre de material de aportación que se funde al mismo tiempo que los bordes de las piezas, formando en conjunto el cordón de soldadura. El tamaño de la boquilla del soplete es aproximadamente igual que el espesor de las chapas a unir. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   71    8.1.2. Soldadura por arco eléctrico La soldadura por arco se basa en que si a dos conductores en contacto se les somete a una diferencia de potencial, establecemos entre ambos una corriente. Si posteriormente se les separa, provocamos una chispa, cuyo efecto es ionizar el gas o el aire que la rodea, permitiendo así el paso de la corriente, a pesar de no estar los conductores en contacto. Con esto lo que hacemos es crear entre ellos un arco eléctrico por transformación de la energía eléctrica en energía luminosa y calorífica. El calor provocado por el arco no sólo es intenso, sino que además está muy localizado, lo que resulta ideal para la operación de soldar. Las temperaturas alcanzadas son del orden de 3500°C. En el circuito eléctrico formado por los electrodos y el arco, la intensidad de corriente depende de la tensión y de la resistencia del circuito. Si los electrodos se acercan o se separan variará la resistencia y la intensidad y, por lo tanto, la energía se transformará en calor, con lo que la soldadura no será uniforme. Desde el punto de vista práctico quiere decir que para obtener soldaduras uniformes es imprescindible mantener constante la separación de los electrodos durante el proceso del soldeo. Los procedimientos de soldadura en arco pueden agruparse en tres: • Con electrodos de carbono. • Con electrodos de tungsteno en atmósfera de hidrógeno (soldadura al hidrógeno atómico). • Soldadura con electrodo metálico. a). Soldadura con electrodo de carbono. No se utiliza en la estructura metálica. El arco salta entre un electrodo de carbón y la pieza a soldar. Se complementa con metal de aportación. b). Soldadura con electrodo de tungsteno. El arco salta entre dos electrodos de tungsteno en atmósfera de hidrógeno. El calor del arco disocia las moléculas de hidrógeno, que vuelven a soldarse al contacto con las piezas a soldar, desprendiendo una gran cantidad de calor. Este calor funde las piezas y permite que se efectúe la soldadura en ausencia del oxígeno y el nitrógeno del aire. c). Soldadura con electrodo metálico revestido. Es el procedimiento de unión normalmente utilizado en la construcción metálica, pudiendo afirmarse sin titubeos que el gran desarrollo de la construcción metálica actual se debe en gran parte a este sistema. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   74    8.3. El cordón de soldadura El cordón de soldadura tiene tres partes bien diferenciadas (Figura 81). Figura 81. Partes del cordón de soldadura. a). Zona de soldadura: Es la zona central, que está formada fundamentalmente por el metal de aportación. b). Zona de penetración. Es la parte de las piezas que ha sido fundida por los electrodos. La mayor o menor profundidad de esta zona define la penetración de la soldadura. Una soldadura de poca penetración es una soldadura generalmente defectuosa. c). Zona de transición. Es la más próxima a la zona de penetración. Esta zona, aunque no ha sufrido la fusión, sí ha soportado altas temperaturas, que la han proporcionado un tratamiento térmico con posibles consecuencias desfavorables, provocando tensiones internas. Las dimensiones fundamentales que sirven para determinar un cordón de soldadura son la garganta y la longitud (Figura 82). La garganta (a) es la altura del máximo triángulo isósceles cuyos lados iguales están contenidos en las caras de las dos piezas a unir y es inscribible en la sección transversal de la soldadura. Se llama longitud eficaz (l) a la longitud real de la soldadura menos los cráteres extremos. Se admite que la longitud de cada cráter es igual a la garganta. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   75    Figura 82. Dimensiones fundamentales de una soldadura. 8.4. Clasificación de los cordones de soldadura Los cordones de soldadura se pueden clasificar: • Por la posición geométrica de las piezas a unir. Soldaduras a tope (Figura 83) Soldaduras en ángulo (Figura 84) • Por la posición del cordón de soldadura respecto al esfuerzo (Figura 85) Cordón frontal Cordón lateral Cordón oblicuo • Por la posición del cordón de soldadura durante la operación de soldar (Figura 86) Cordón plano (se designa con H) Cordón horizontal u horizontal en ángulo (se designa por C). Cordón vertical (se designa con V) Cordón en techo o en techo y en ángulo (se designa con T) ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   76    Figura 83. Soldaduras a tope. Figura 84. Soldaduras en ángulo. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   79    TABLA 2 Valores límite de la garganta de una soldadura en ángulo en una unión de fuerza Espesor de la pieza (mm) Garganta a Valor máximo (mm) Valor mínimo (mm) 4.0- 4.2 2.5 2.5 4.3- 4.9 3 2.5 5.0- 5.6 3.5 2.5 5.7- 6.3 4 2.5 6.4- 7.0 4.5 2.5 7.1- 7.7 5 3 7.8- 8.4 5.5 3 8.5- 9.1 6 3.5 9.2- 9.9 6.5 3.5 10.0-10.6 7 4 10.7-11.3 7.5 4 11.4-12.0 8 4 12.1-12.7 8.5 4.5 12.8-13.4 9 4.5 13.5-14.1 9.5 5 14.2-15.5 10 5 15.6-16.9 11 5.5 17.0-18.3 12 5.5 18.4-19.7 13 6 19.8-21.2 14 6 21.3-22.6 15 6.5 22.7-24.0 16 6.5 24.1-25.4 17 7 25.5-26.8 18 7 26.9-28.2 19 7.5 28.3-31.1 31.2- 33.9 34.0-36.0 20 22 24 7.5 8 8 ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   80    Exceptuando los casos de uniones sometidas a cargas dinámicas, o estructuras expuestas a la intemperie o ambientes agresivos, o temperaturas inferiores a 0°C, o bien en uniones estancas, las uniones longitudinales de dos piezas podrán realizarse mediante soldaduras discontinuas. Las uniones discontinuas pueden ser correspondientes o alternadas (Figura 90). Figura 90. Uniones longitudinales discontinuas. En estos casos, los valores límites recomendados por la normativa para l y s son los siguientes: Valor mínimo: l ≥ 15a l ≥ 40 mm Valor máximo: s ≤ 15e. Para barras comprimidas. s ≤ 25e. Para barras a tracción. s ≤ 300 mm. En todo caso. siendo e el espesor mínimo de los perfiles unidos. 8.6. Recomendaciones para la ejecución de cordones Durante el soldeo proporcionamos calor que se propaga a lo largo y ancho de las piezas, produciéndose: a) Un enfriamiento más o menos rápido de las partes de las piezas en las que la temperatura ha superado la del punto crítico del acero. b) Contracciones de las zonas calentadas al enfriarse posteriormente. La velocidad de enfriamiento de la pieza tiene un efecto importante sobre la modificación de la estructura cristalina del metal, lo cual se traduce en una modificación de sus características mecánicas y, en especial, en un aumento de su fragilidad. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   81    Las contracciones, si operasen sobre piezas con libertad de movimiento, sólo proporcionarían deformaciones, pero como las piezas tendrán ligaduras, nos aparecerán, además, tensiones internas, que serán mayores a medida que la producción de calor sea mayor o, lo que es equivalente, a medida que las piezas sean más gruesas. Las deformaciones que nos aparecen pueden dividirse en deformaciones lineales y deformaciones angulares. Podemos eliminar estas deformaciones y tensiones internas si seguimos las siguientes indicaciones: Soldaduras de cordones múltiples Se recomienda que una soldadura de varios cordones se realice depositando éstos en el orden de la Figura 91. El último cordón conviene que sea ancho para que la superficie de la soldadura sea lisa. Figura 91. Recomendaciones para la ejecución de soldaduras de cordones múltiples. Soldaduras continuas Cuando la longitud de la soldadura no sea superior a 500 mm se recomienda que cada cordón se empiece por un extremo y se siga hasta el otro sin interrupción en la misma dirección. Cuando la longitud está comprendida entre 500 y 1000 mm se recomienda empezar por el centro de cada dirección. Los cordones de soldadura de longitud superior a 1000 mm es conveniente hacerlos en «paso de peregrino», sistema del cual se dan diversas soluciones en las Figuras 92 y 93. Figura 92. Soluciones para un sólo soldador. Figura 93. Soluciones para dos soldadores trabajando al tiempo. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   84    9. Tipología de uniones entre elementos estructurales Sin duda, la parte de uniones es la que tiene un tratamiento menos importante en la normativa española, tanto desde el punto de vista de cálculo como desde el de especificaciones de ejecución. Sin embargo, es en el diseño y cálculo de las uniones donde se muestra de forma más notoria la calidad del proyectista de estructuras metálicas. En la actualidad se tiende a realizar las uniones mediante soldadura debido a su sencillez, estanqueidad y compacidad de las mismas, así como a la eliminación de elementos intermedios. Sin embargo, en algunas ocasiones no es posible obtener mediante soldadura de piezas aparatos de unión que reflejen de manera real las hipótesis de cálculo, por lo que es necesario recurrir a los tornillos, bulones u otros elementos más sofisticados, tales como los apoyos de neopreno o los constituidos por resortes, amortiguadores, etc. El número de nudos posible en las estructuras metálicas es grande y resulta difícil su clasificación. En general, se podrían dividir las uniones de nudo en flexibles y rígidas, según que desde el punto de vista de cálculo no puedan transmitir un momento apreciable o sí lo transmitan. Las uniones también se pueden clasificar según los elementos que unan, por combinación de ambos conceptos, de la siguiente forma: 9.1. Uniones flexibles de vigas a columnas - Unión sobre apoyo no rigidizado (Figura 97) - Unión sobre apoyo rigidizado (Figura 98) - Unión directa de alma (Figura 99) - Unión de alma mediante angulares (Figura 100) Figura 97. Unión sobre apoyo no rigidizado. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   85    Figura 98. Unión sobre apoyo rigidizado. Figura 99. Unión directa de alma. Figura 100. Unión de alma mediante angulares. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   86    9.2. Uniones de viga a viga - Apoyos (Figuras 101 y 102) - Uniones continuas (Figura 103) Figura 10. Apoyo. Figura 102 Apoyo. Figura 103 Unión continúa. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   89    Figura 109. Nudo inclinado acartelado. Figura 110. Unión directa de viga a columna. Figura 111. Unión directa de viga a columna. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   90    9.6. Unión de pilares a zapata (Figura 112) Figura 112. Unión de pilar a zapata. 9.7. Unión de vigas trianguladas - Nudos a tope (Figura 113) - Nudos por solape (Figura 114) - Nudos con cartelas (Figura 115) Figura 113. Nudo a tope. Figura 114. Nudo por solape. ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN GRADO EN INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN EJECUCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS   91    Figura 115. Nudo con cartela. 9.8. Apoyos especiales de vigas - Placa de asiento (Figura 116) - Rodillos (Figura 117) - Apoyos de neopreno (Figura 118) Figura 116. Placa de asiento. Figura 117. Rodillo.