Conceptos Clave en Estructuras Metálicas y de Hormigón: Diseño y Normativa

Soluciones Constructivas para la Resistencia de Correas

En las correas, la componente 'Py' origina flexión según el eje débil (Z). Para reducir su influencia, se puede recurrir a una de las siguientes soluciones:

• En cubiertas de chapa metálica unida firmemente a las correas mediante tornillos de rosca-chapa, la propia chapa puede absorber directamente la carga 'Py'.
• Utilizar perfiles con buena rigidez transversal.
• Disponer tirantillas que reduzcan la longitud del vano de la correa según el eje débil.

Pórticos de Alma Llena

Se distinguen según sus uniones y comportamiento:

• Triarticulados: Presentan las mayores solicitaciones y deformaciones, aunque no hay movimiento de la estructura por asientos diferenciales y variaciones de temperatura.
• Biarticulados: Solicitaciones y deformaciones intermedias.
• Biempotrados: Solicitaciones y deformaciones más pequeñas. Sin embargo, las mayores solicitaciones ocurren en la cimentación como consecuencia de los movimientos de la estructura.

Pórticos con Dintel de Celosía (Cercha)

Las uniones entre la cercha y los pilares pueden ser:

• Rígidas: Cercha unida rígidamente a los pilares.
• Biarticuladas: Cercha articulada en los pilares.
• Articulación/Deslizadera: Cercha articulada en un pilar y apoyada mediante deslizadera en el otro.

Marco Normativo del Acero en España

Las principales normativas para estructuras de acero son:

• EN-1993 (Eurocódigo 3: Proyecto de Estructuras de Acero):
  • Su campo de aplicación cubre el proyecto de edificios y obras de ingeniería civil en acero.
  • Es la más completa, ya que contempla las estructuras mixtas de acero y hormigón, a diferencia de otras.
  • Su aplicación directa no es obligatoria en España, pero sirve de base para otras normativas.
• EAE (Instrucción Española del Acero Estructural, 2011):
  • Se basa en la norma EN-1993.
  • Aplicable a todas las estructuras y elementos de acero estructural de edificación e ingeniería civil.
  • En las obras se puede usar, indistintamente, esta instrucción o el DB-SE-A del CTE.
• CTE DB-SE-A (Código Técnico de la Edificación - Documento Básico de Seguridad Estructural - Acero):
  • Se basa en la norma EN-1993.
  • Solo contempla la verificación de la seguridad estructural de los elementos metálicos de acero en la edificación.
  • Aprobado en 2006 por el Ministerio de Vivienda.

Materiales de Cerramiento

Se utilizan en cubiertas y fachadas. Las primeras tienen mayor repercusión en la estructura principal, pues su peso debe ser resistido por ella. Las fachadas no repercuten tanto en la estructura, ya que pueden apoyarse directamente en la cimentación.

Materiales para Cubiertas

Deben cumplir los siguientes requisitos:

• Impermeabilidad
• Larga duración
• Aislamiento térmico
• Peso reducido
• Permitir iluminación natural (si aplica)
• Aislamiento acústico

Materiales para Fachadas

Algunos materiales comunes son:

• Chapa perfilada
• Paneles de hormigón
• Bloques de hormigón

Acciones Térmicas

Es una de las acciones variables que puede sufrir una edificación. Ocurre cuando las estructuras se someten a deformaciones y cambios geométricos debido a variaciones de temperatura en el exterior. Afecta sobre todo a elementos estructurales cuya deformación está impedida, produciendo tensiones. La disposición de juntas de dilatación puede contribuir a disminuir los efectos de las variaciones de temperatura.

Acciones Favorables y Desfavorables

Una acción se considera favorable o desfavorable en función de si actúa de forma positiva o negativa sobre la estabilidad o resistencia de la estructura del edificio, respectivamente. Esto influye en si las cargas se mayoran (desfavorables) o minoran (favorables) en los cálculos de seguridad.

Paneles de Hormigón Celular

Este material es aproximadamente cinco veces menos denso que el hormigón normal. Se obtiene añadiendo polvo fino de aluminio al medio alcalino del hormigón fresco; esto libera gases que producen celdillas de aire, constituyendo la estructura celular característica. Es un excelente aislante térmico y las armaduras embebidas están protegidas contra la corrosión.

Diferencias Principales entre Tipos de Pórticos de Alma Llena

Como se mencionó anteriormente, existen distintos tipos de pórticos de alma llena según sus apoyos:

• Los triarticulados son los que mayores solicitaciones y deformaciones sufren, aunque no se ven afectados por asientos diferenciales ni variaciones de temperatura en cuanto a movimientos internos.
• Los biarticulados sufren solicitaciones y deformaciones intermedias.
• Los biempotrados son los que sufren las menores deformaciones y solicitaciones en la propia estructura, pero, como consecuencia de los movimientos impedidos, la cimentación sufre mayores solicitaciones que en los otros dos casos.

Nota: El texto original incluía la pregunta "INDICAR LAS PRINCIPALES DIFERENCIAS ENTRE LOS PÓRTICOS DE ALMA LLENA Y UNIONES RÍGIDAS". Esta pregunta parece comparar un tipo de pórtico (alma llena) con un tipo de unión (rígida), lo cual es conceptualmente distinto. Los pórticos de alma llena pueden tener uniones rígidas, articuladas o semi-rígidas. Las diferencias clave radican en el comportamiento estructural derivado de las condiciones de contorno (apoyos y uniones).

Unión Acartelada: Definición y Justificación de su Uso

Una cartela es un refuerzo que consiste en soldar una placa de acero a un perfil, generalmente de forma perpendicular a su alma y/o alas, para aumentar la sección en una zona específica (normalmente en nudos o apoyos).

Se usan para:

• Mejorar la estática del perfil (aumentar su resistencia y rigidez) en la zona de la unión.
• Permitir la reducción del tamaño (canto) del perfil en la zona recta (vano), ya que al aumentar la sección resistente en la parte de la unión (zona de máximos esfuerzos), no hace falta que el resto del perfil esté sobredimensionado.
• Optimizar el coste del material (al reducir el perfil base), aunque puede aumentar los costes de mano de obra (fabricación y montaje).

Resiliencia del Acero

La resiliencia es una medida de la resistencia del material a la rotura frágil, es decir, su capacidad para absorber energía antes de fracturarse, especialmente a bajas temperaturas o bajo cargas de impacto. Se utiliza para seleccionar el tipo de acero adecuado según los requerimientos de la estructura:

• Aceros S235/S275/S355 JR (o J0): Calidad ordinaria, resiliencia ensayada a 20°C (JR) o 0°C (J0).
• Aceros S235/S275/S355 J2: Mayor resiliencia, ensayada a -20°C. Adecuados para estructuras con mayor riesgo de rotura frágil o mejor soldabilidad.
• Aceros S235/S275/S355 K2: Aún mayor resiliencia, ensayada a -20°C con mayor energía absorbida.

(Nota: El texto original usaba Δ0, ΔR, Δ2, que no son designaciones estándar. Se han sustituido por las designaciones comunes según EN 10025).

Método de las Bielas y Tirantes

Es un modelo de análisis de fuerzas basado en idealizar zonas de una estructura de hormigón (zonas D o de discontinuidad) como un sistema de elementos simples: bielas (elementos comprimidos de hormigón) y tirantes (elementos traccionados, generalmente armaduras de acero).

Este método permite determinar el esfuerzo de tracción que soporta la armadura (por ejemplo, en la parte inferior de una zapata o en zonas de nudos complejos), pudiendo, gracias al valor de la fuerza en los tirantes, calcular la cantidad de acero necesaria.

Verificaciones en Estado Límite Último (ELU)

Las verificaciones en ELU aseguran que la estructura no colapse bajo las combinaciones de acciones más desfavorables. Se consideran diferentes situaciones de proyecto:

Situaciones Persistentes o Transitorias:

• Todas las acciones permanentes (G) con su valor de cálculo.
• Pretensado (P) con su valor de cálculo.
• Una acción variable (Qk1) como acción principal, con su valor de cálculo.
• El resto de acciones variables (Qki, i>1) con su valor de cálculo de combinación (ψ0i * Qki).

(Se deben realizar análisis adoptando cada acción variable como principal una tras otra).

Situaciones Extraordinarias o Accidentales:

• Todas las acciones permanentes (G) con su valor de cálculo.
• Pretensado (P) con su valor de cálculo.
• La acción accidental (Ad) considerada, con su valor de cálculo.
• La acción variable principal (si existe) con su valor frecuente (ψ11 * Qk1).
• El resto de acciones variables (Qki) con su valor cuasi-permanente (ψ2i * Qki).

(Se deben analizar las diferentes acciones accidentales posibles una tras otra).

Clases de Secciones de Acero según CTE / Eurocódigo 3

La clasificación de las secciones transversales de acero se basa en su capacidad para desarrollar y mantener su resistencia plástica bajo compresión y flexión, limitada por el fenómeno de la abolladura local.

• Clase 1 (Plástica): Pueden formar una rótula plástica con capacidad de rotación suficiente para permitir la redistribución de momentos en la estructura. Alcanzan y mantienen el momento plástico (Mpl).
• Clase 2 (Compacta): Pueden alcanzar el momento plástico (Mpl), pero tienen una capacidad de rotación limitada debido a la abolladura local. No permiten una redistribución completa de momentos.
• Clase 3 (Semicompacta): La fibra más comprimida alcanza el límite elástico (fy), pero la abolladura local impide el desarrollo del momento plástico completo. El momento resistente se basa en el límite elástico (Mel).
• Clase 4 (Esbelta): La abolladura local de uno o más elementos comprimidos (o parcialmente comprimidos) ocurre antes de alcanzar el límite elástico en la fibra más comprimida. El cálculo requiere considerar secciones efectivas para tener en cuenta la reducción de resistencia por abolladura.