28.6.13

ESTRUCTURAS DE ACERO DE PÓRTICOS CON NUDOS RÍGIDOS

ESTRUCTURAS DE PÓRTICOS CON NUDOS RÍGIDOS
En este tipo de estructuras, los soportes y vigas que concurren en un punto forman un nudo rígido. Es decir, las tangentes a las directrices de las diversas piezas (soportes o vigas), mantienen ángulos invariables después de la deformación.


Este tipo de estructura, tiene la ventaja de que los pórticos pueden resistir los esfuerzos horizontales en la dirección de su plano y para grandes luces suele tener mejor rendimiento que sus equivalentes de nudos articulados o de vigas continuas.
Cuenta con los inconvenientes de que tiene mayor repercusión la existencia de asientos diferenciales, y de que la ejecución y el montaje son mas caros que en los casos anteriores.
A continuación se muestra el esquema de este tipo de estructuras.


Las vigas que llegan a un nudo, de cualquiera de los tipos existentes. siempre han de estar niveladas en su parte superior para facilitar el apoyo del forjado.


Nudo rígido.
Las uniones rígidas con empotramiento perfecto sólo se pueden conseguir si los soportes tienen una gran inercia en relación con el la de la jácena (figura izquierda). En casos normales, una unión rígida va a introducir flexiones en los pilares (fig. centro), donde, para evitar esas deformaciones, harían falta pilares muy fuertes. Si la viga es muy importante, con relación al soporte, con sus esfuerzos de tracción y compresión puede producir deformaciones en las alas y alma del soporte (figura derecha).


Previamente al análisis y propuesta de soluciones a estos problemas vamos a efectuar un ligero recorrido sobre la forma de trabajo de las uniones, especialmente sobre su funcionamiento, transmisión de tensiones y deformaciones.
En el nudo o apoyo rígido se suelda al pilar todo el perímetro de la viga, con lo cual se consiguen coartar los tres posibles movimientos de la viga:
Impedir el desplazamiento horizontal en la dirección de la viga.
Impedir el desplazamiento vertical en la dirección del pilar.
Impedir el giro lateral de la viga (impedir el vuelco).


Los nudos rígidos o empotramientos penalizan al soporte, sometiéndolo a flexión, pero a su vez favorecen a la viga, que la "descargan" de flectores en su vano.
En el empotramiento vemos que el ala superior tira del soporte y la inferior lo empuja (tracciones en la cara superior y compresiones en la cara inferior).
Si las acciones son importantes y el espesor de las alas y el alma del soporte son pequeños, los esfuerzos de tracción y compresión que se producen en la unión pueden deformar el ala del soporte, tal como se indica en el dibujo adjunto, con lo cual el empotramiento no sería perfecto, puesto que la deformación del ala del soporte ha permitido un cierto giro a la jácena.
Para evitar esto, será necesario transmitir el tirón y el empuje de las al (tracción y compresión), mediante rigídizadores, al alma del soporte y al ala posterior, con lo cual los esfuerzos de tracción y de compresión, se reparten entre el ala anterior, el alma y el ala posterior del soporte, tal como se indica en el dibujo siguiente.


Los rigidizadores colocados en la figura anterior evitan que las alas se desplacen, que las alas se doblen hacia el interior (compresiones) o hacia el exterior (tracciones) y evitan el bombeo o abonamiento del alma.
Podría quedar un matiz sin resolver. Si los esfuerzos de tracción y compresión que tiene que absorber el alma del pilar son importantes en relación con su espesor, esta podría deformarse en dicho nudo, tal como se indica en la figura siguiente; de forma que la diagonal a-e se acortase (convirtiéndose en a'-e) y la diagonal d-h se alargara (convirtiéndose en la d-h'). Debido al poco espesor del alma, la diagonal a´-e puede abollarse y se acorta.


Esto se evita colocando rigidizadores en diagonal, a ambos lados del alma, en la dirección de los esfuerzos de compresión.


Las tracciones que puedan producirse en el nudo rígido no son problemáticas, pues el alma las absorberá sin ninguna dificultad.
Es importante recordar que las soluciones aportadas anteriormente, no siempre son necesarias; dependen del tipo de jácena, pilar, cargas, unión, etc.
Si el pilar es grande y la jácena es pequeña, no es necesario ningún rigidizador, puesto que las propias alas y alma del soporte son capaces de absorber los esfuerzos que le lleguen de la jácena.
Si los esfuerzos son importantes es necesario colocar los rigidizadores o conectores de tracción y compresión. Y si son muy importantes conviene colocar también el conector de compresiones inclinado.
Puede ocurrir que sea necesario rigidizar sólo las alas donde se unen el soporte y la jácena, no siendo necesario que la cartela abarque todo el pilar hasta unir ambas alas y alma. En ese caso puede ser suficiente con la colocación de cartelas triangulares, conectando el ala y el alma del soporte, tal como se detalla en el dibujo siguiente.


En los casos en que acometan dos vigas al soporte, una por cada lateral el sistema de rigidización de las alas-alma es similar: conectores de tracciones y de compresiones.


La resistencia a cortante en la zona del alma del soporte comprendida entre las alas comprimida y traccionada de la viga suele ser suficiente. Si no así, deberá reforzarse el alma del soporte, bien mediante una pareja de rigidizadores en diagonal (uno por cada lateral del alma), o bien mediante una chapa de refuerzo, que a su vez aumenta la resistencia de las tres zonas del alma: tracción, compresión y cortante.


En los nudos rígidos se suelda todo el contorno de la viga en su encuentro con el pilar pudiendo, además, existir angulares de apoyo, cartela de rigidización inferior, o bien cartela de rigidización inferior y superior. según el grado de empotramiento que queramos conseguir, tal como se detalla a continuación.




Las estructuras con nudos rígidos se utilizan poco en edificios para viviendas, por la dificultad de ejecución y por los problemas de asientos diferenciales. Excepcionalmente se utilizan en edificios, normalmente con mucha altura, en los cuales es imposible su estabilización, ante fuerzas horizontales, mediante el arriostramiento por triangulaciones.
La principal dificultad que hay que resolver cuando se trata de realizar un nudo rígido, es la forma de transmitir las tensiones de tracción, debido a que por superponerse a las tensiones residuales de soldadura, pueden originarse roturas frágiles.
En las siguientes figuras se desarrollan algunos sistemas de materializar en la práctica los nudos correspondientes.
En dichas soluciones se busca, bien pasar un elemento continuo de chapa sin soldaduras en las zonas de momentos flectores negativos máximos, o bien reducir las tensiones de tracción aumentando mucho el canto.
En el caso de que se trate de un nudo o encuentro con pilar de la serie I ó H, aparte de las cartelas de rigidización, debemos colocarle conectores de tracción en la parte superior (a nivel superior de la jácena) y conectores de compresión en la parte inferior, tal como se detalla en las figuras siguientes, para evitar que se doblen las alas del pilar.


Si la jácena IPN es del mismo canto en ambos lados del pilar, tendremos dos opciones: que se adopte la solución con un pilar pasante (pilar continuo) tal como vimos en el detalle anterior, ó bien con una viga pasante (viga continua y pilar cortado) como veremos más adelante.
Si existe importante diferencia entre el canto de ambas jácenas, resolveremos el nudo colocando las cartelas de rigidización de distinto canto o altura, para poderlas unir por su parte inferior mediante el conector de compresión, evitando con ello que se puedan doblar las alas del pilar. En el detalle siguiente se ha materializado esta solución.


Si la diferencia de canto entre ambas jácenas es pequeña, resolvemos el nudo colocando el conector de compresiones ligeramente inclinado, tal como se muestra a continuación.


Cuando los pilares no sean de la serie I ó H, no es necesario colocarle conectores de tracción, ni de compresión, puesto que no existe riesgo de que se doblen las alas de los mismos.
En caso de necesitar que la viga sea continua, cortaremos el pilar y, posteriormente, le colocaremos las cartelas necesarias para reconstruirlo, del modo en que se describe a continuación.


El procedimiento de ejecución de este nudo con viga pasante es el siguiente:
Cortamos el pilar.
Colocamos una cartela en la cabeza del mismo, del ancho necesario.
Colocamos la viga continua
Colocamos otra cartela en la parte superior de la viga, más ancha que el pilar.
Colocamos el pilar de la parte superior.
Entre las cartelas horizontales colocamos unas pletinas verticales que mantienen la forma del pilar, dándole continuidad al mismo.
Una vez completada la ejecución y con toda la soldadura, el nudo está resulto y el pilar reconstruido.
La viga es continua Si pilar fuese más estrecho que la viga, no haría falta colocar las dos cartelas horizontales (debajo y encima de la viga), ya que el pilar apoyaría directamente encima de la viga y se soldaría directamente a ella, reconstruyendo posteriormente el pilar cortado.

26.6.13

TIPOLOGÍA ESTRUCTURAL EN ACERO (II)

4.ESTRUCTURAS CON VIGAS CONTINUAS
En las estructuras con vigas continuas existe una ventaja para las vigas y un inconveniente para los pilares.
Las vigas se calculan como continuas, con lo que disminuyen notablemente sus momentos flectores y, por tanto, su sección y peso, lo que supone una economía importante.
Para que las vigas sean continuas hay que cortar los soportes, lo que implica que, una vez se haya colocada la viga continua sobre el soporte inferior, hay que colocar el soporte superior encima de la viga y se "reconstruye" el trozo de soporte que falta, hasta conseguir la continuidad del mismo. Para ello es necesario suplementarle al nudo cartelas de las mismas dimensiones del soporte inferior cortado, a modo de rigidizadores, para reconstruir la zona que falta. De este modo se consigue dar continuidad al pilar y evitar que el alma de la jácena continua pueda "aplastarse" por el peso del pilar superior. Esta solución es costosa porque necesita mucha mano de obra.
En la figura siguiente se representa de forma esquemática una estructura de este tipo. En el lateral derecho puede observarse la diferencia entre los diagramas de momentos flectores de las 3 vigas independientes y los de la viga continua de 3 tramos, para un mismo tipo de perfil. Gráficamente queda demostrada la conveniencia de la utilización de vigas continuas, en cuanto a su economía.


La utilización de refuerzos en alguna zona de la viga junto con el empleo del cálculo en plasticidad, conducen a un aprovechamiento excelente del material.


Nudo de vigas contínuas
La forma más usual de realizar un apoyo de viga continua, consiste en proyectar el soporte a base de dos perfiles empresillados separados lo suficiente para que las vigas puedan pasar entre ellos con cierta holgura. El
yo se realiza directamente sobre un casquillo de perfil, generalmente soldado a los dos perfiles que constituyen el fuste del soporte: o bien, si la viga es muy importante_ interponiendo entre ella y el casquillo un cuadradillo o un trozo de barra redonda. con lo cual conseguimos que se cumpla de manera más perfecta la hipótesis de apoyo puntual.
En la siguiente figura se indica cual puede ser la disposición de un nudo de este tipo. Para que el montaje de esta unión sea fácilmente realizable. Es preciso que la separación interior entre los dos perfiles componentes del soporte sea lo suficientemente amplia. Puede ser conveniente colocar el par de presillas de cabeza en obra, después de montada la viga.


Normalmente los pilares se solapan o empalman en la parte superior de los forjados. Si por alguna razón no puede adoptarse esta solución, porque sea necesario que el pilar solape en la parte inferior del forjado, o dentro del
mismo y, en ese caso, molesten las placas de cabeza y base, puede adoptarse la disposición que se indica en la siguiente figura que, en cierto modo es de más difícil realización.
Esencialmente la diferencia consiste en que, en lugar de colocar placas de cabeza y de base, unimos ambos soportes mediante cartelas o chapas metálicas verticales, soldadas por la parte exterior de las alas de los perfiles UPN que conforman los pilares, para darle continuidad a los mismos. Si existe diferencia entre anchos de soportes, es necesario intercalar pletinas ara igualar dichas dimensiones, tal como se detalla a continuación.


También puede resolverse tal como se indica en la figura siguiente. Se efectúa el empalme de pilares, con placa de base y de cabeza, en la parte inferior del forjado. Esta solución conlleva el riesgo de que, al hormigónar el forjado, se hormigónen también parcialmente las placas de base, impidiendo la posterior colocación del pilar superior. Para evitarlo existen dos soluciones: colocar el pilar superior antes de hormigónar el forjado o bien proteger dichas placas para evitar que al hormigónar se queden recubiertas de hormigón.


Existe otra solución consistente en desdoblar el perfil de la jácena en dos equivalentes y pasar uno de ellos por cada lado del soporte, apoyados sobre casquillos (trozos de perfil metálico IPN), a modo de mésulas. Esta solución, que como las anteriores tampoco transmite momentos al soporte, tiene el inconveniente de que el rendimiento del material empleado es algo menor, lo que redunda en un coste algo más elevado. Tiene la ventaja, además de las constructivas, de reducir el canto de las jácenas, puesto que se colocan dos en vez de una sola.
En la figura siguiente se detalla este tipo de unión, en alzado y en planta.


También pueden solucionarse los nudos de vigas continuas con un perfil I que pase junto al soporte, por tino sólo de sus lados, en donde se resuelve el apoyo en él. Es quizás el sistema más sencillo, pero introduce en el soporte un momento flector igual al producto de la reacción por la distancia hasta el eje que, aunque es pequeño, deberá tenerse en cuenta al dimensionar el soporte.
En la figura siguiente se materializa este tipo de apoyo. Posiblemente fuese conveniente colocar el soporte al revés, orientado con la máxima inercia hacia el lateral de apoyo de la jácena INP.

25.6.13

ESPAÑOLETA

Españoleta. Los herrajes de la carpintería
2 Quicio. Quicialera
3 Pivote. Gorrón. Tejuelo. Rangua
4 Tranca. Talanquera. Trenca. Alamud. Aldaba
5 Aldabilla. Tarabilla. Colanilla. Trinquete
6 Picaporte. Nariz. Grapón
7 Golpete
8 Retenida. Compás
9 Bisagra. Fija. Charnela. Charneta. Alguaza. Pasador. Espiga. Pala
10 Gozne. Gonce. Pernio. Puerca
11 Golfo. Chaveta. Gobio
12 Tirador. Manija. Manilla. Manigueta
13 Pestillo. Cajetín. Cerradero. Resbalón. Golpe y llave
14 Fiador
15 Españoleta
16 Falleba. Cambrón. Armella. Cachaba
17 Cremona. Uñero

1 Las carpinterías que cierran los huecos plantearon un problema difícil a la construcción: introducir en la obra, sólida y trabada, unos elementos de otro orden que debían ser fácilmente practicables, tenían que poder cerrarse para proteger y abrirse para comunicar, y todo ello con la mayor facilidad para poder ser mil veces repetido. Al parecer el problema debió ser muy serio y el mecanismo parece que fracasó con frecuencia, o por lo menos así parece sugerirlo la cantidad de expresiones de uso común que se asocian al fallo de la practicabilidad de las carpinterías. Veremos algunas de esas expresiones más adelante.
2 Los primeros sistemas para conseguir que un tablero girara sobre uno de sus lados abriendo y cerrando la puerta o ventana consistieron en prolongar el larguero correspondiente e introducirlo por arriba y por abajo en sendos agujeros practicados en el umbral y en el dintel. Esos agujeros se llamaban quicios o quicialeras. No nos sorprenderá, pues, comprobar las terribles consecuencias de “sacar de quicio” algo a alguien. También es evidente que una persona “desquiciada” no puede funcionar correctamente. El quicial pasó a ser el larguero que sobresale del tablero, y por el momento dejaremos aquí su evolución, que trataremos con los elementos móviles de la carpintería, dentro del capítulo titulado Fayanca.
3 En este apartado estudiaremos únicamente los herrajes de esas carpinterías. Empezaremos por el herraje que sustituyó al quicial: una escuadra metálica que se clava al larguero y al montante inferior de una puerta y que, cerca de su ángulo, lleva una pequeño cono, el pivote o gorrón, que entra en un agujero del suelo, el tejuelo o rangua. El Torroja explica perfectamente el mecanismo cuando define el pivote: «herraje para el giro de puertas muy pesadas que, en forma de escuadra o estribo, abraza el montante quizial y con un pezón o saliente que, introducido en la rangua empotrada en el umbral, permite dicho giro».
4 Ya tenemos un tablero capaz de girar sobre uno de sus lados; ahora se trata de conseguir que se quede cerrado aunque se ejerzan violentos esfuerzos desde fuera. Para ello la primera solución es la tranca, *talanquera o *trenca: la estaca que asegura puertas y ventanas pasando por detrás de la hoja y empotrándose en las jambas. A veces es una barra de hierro, y en ese caso se le llamaba alamud o aldaba, aunque esta última voz se ha hecho más común para nombrar el llamador.


5 Las versiones más sencillas de esos pasadores de cierre son la aldabilla, «una pequeña pieza de madera o de hierro que se sujeta por el centro, de manera que pueda girar, en los marcos de las puertas o ventanas, para sujetarlas cerradas» (MM). Es lo mismo que la tarabilla, un zoquetillo de madera que gira sobre un clavo central, mientras que en la colanilla el movimiento es de desplazamiento: «pasadorcillo con que se cierran y aseguran puertas y ventanas» (RAE). En Andalucía se la llama también trinquete, según el diccionario.
6 Todos estos elementos permitían manipular la puerta desde dentro, pero para que pudiese ser accionada también desde fuera tuvieron que llegar los picaportes: «dispositivo que sirve para mantener cerrada una puerta; consiste en una pieza alargada de hierro sujeta a la puerta por uno de sus extremos por una varilla que pasa al otro lado de la puerta y en la que se inserta la manivela con que se acciona desde ese lado; la pieza principal se mantiene en la posición debida mediante una grapa clavada en la puerta, dentro de la cual esa pieza puede moverse para encajar en otra pieza en forma de nariz clavada en el marco, o salir de ella». Esta definición tan completa de María Moliner incluye otras acepciones de uso frecuente: una, reduccionista, pues llama picaporte sólo al herraje con que se acciona el mecanismo desde el otro lado de la puerta; la segunda está justificada por la composición de la voz, pica-porte, y la confunde con la aldaba: «pieza de metal que se coloca en las puertas para golpear con ella para llamar». El diccionario citado define también la nariz, «hierro en forma de nariz donde encaja el picaporte o el pestillo», y el *grapón, «pieza de hierro de forma de grapa dentro de la cual se mueve el picaporte con que se cierran las puertas».
7 Otro problema es sujetar la ventana o puerta abierta para evitar que golpee. La tradición nos ofrece una gran variedad de herrajes, pero el diccionario de la RAE sólo incluye una voz: el golpete, «palanca de metal con un diente, fija en la pared, que sirve para mantener abierta una hoja de puerta o ventana». Sin embargo, los mecanismos son muy variados. Unos se fijan a la fachada, y entre ellos los hay muy cortos, que únicamente sujetan la hoja cuando está completamente abierta, mientras que otros son unos ganchos de cierta longitud que permiten posiciones intermedias. Otros mecanismos, más raros en España, se fijan a la hoja y tienen unas perforaciones o dientes para sujetarse momentáneamente al marco de modo que hacen posibles diversas aberturas.
8 Los países anglosajones tienen una rica variedad de diseños de elementos de este tipo, y todos ellos se pueden englobar también dentro del nombre genérico de retenidas, probablemente más apropiado que el académico golpete, que puede confundirse con los actuales mecanismos de golpe que veremos más adelante. En nuestros días la voz más utilizada es compás, un mecanismo formado por dos varillas articuladas que se abre con la hoja y limita el ángulo de giro de ésta. La ventaja del compás es que se aloja en el juego de marco y hoja, y queda oculto cuando la ventana está cerrada.


9 Pero volvamos al giro de la hoja; hoy ya no existe el quicial y apenas se conoce la rangua en la construcción rural castellana. Los mecanismos de giro son ahora siempre las bisagras, fijas, charnelas, charnetas o, incluso, alguazas (frecuente en Aragón). Respecto al término bisagra María Moliner ofrece la siguiente definición: «pieza formada por dos planchas metálicas articuladas entre sí con que se sujetan dos piezas o dos partes de una cosa, que, a su vez, deben ir articuladas; por ejemplo, una puerta o ventana y su marco». Generalmente la articulación se logra alrededor de una varilla central que se llama pasador o espiga, y cada uno de los dos elementos articulados son las palas.


10 Gozne se usa como sinónimo de bisagra pero creo que sería más exacto reservar esta voz para la «combinación de dos anillos enlazados, o de una espiga y un tejuelo, para formar el eje de giro de una puerta» (T). En efecto, gozne viene de gonce, ya en desuso, y ésta del latín gomphus, de una voz griega para clavo. Disponiendo de tantas voces para bisagra, debería reservarse el gozne para la articulación que tiene un clavo, vástago o espiga que se introduce en una anilla o tejuelo fijo en la hoja. Cuando el gozne es muy grande se llama también pernio, pero el Torroja precisa que en este último la espiga es solidaria con la pala que está fija a la parte inmóvil, generalmente el quicial. En ese caso a la otra pala se la llama puerca, vaya usted a saber por qué. Quizás porque se introduce en su interior el vástago de la espiga. ¡Señor, qué lenguaje!


11 Cuando las puertas o ventanas son anchas y pesadas, las palas que fijan la puerta se alargan para anclarlas con mayor eficacia: son los golfos, que se convierten en verdaderas armaduras de la hoja. Aunque sólo sea para evidenciar las dificultades históricas de estos mecanismos, podemos recordar dos piececillas más que han pasado al lenguaje común. Una es de todos conocida, la chaveta, del italiano chiavetta, diminutivo de chiave (llave); para asegurarse de que un pasador, como la espiga de la bisagra, nunca se saldrá de su sitio se puede usar esta chaveta: «clavo o pasador que se pasa por un orificio hecho en el extremo de un eje, una varilla, una espiga, un pernio, etc., para que no se salgan las cosas metidas en ellos o para que no se salgan ellos del sitio en que se meten» (T). Este clavo o pasador generalmente está dividido en dos ramas, que se separan después de colocado: ahora entendemos las consecuencias de “perder la chaveta”. Nos hemos quedado sin un elemento clave de la carpintería, algo tan sencillo como una pequeña horquilla y que, sin embargo, es el depositario de la seguridad de la bisagra y de la hoja. Unas cuantas bisagras sin chaveta y ya tenemos la frase popular. Mucho menos conocido es el gobio: «la aguja o alfiler de hierro forjado que se clava a un montante de puerta y alrededor del cual gira la hoja de un gozne» (T). La voz gobio se asocia a una raíz italiana que significa jorobado. Es de suponer que nombra objetos doblados sobre sí mismos hasta tomar forma de gancho. La otra acepción de gobio señala una grapa que une sillares (véase Llave).
12 En el larguero opuesto al de fijas deberá existir algún mecanismo de cierre de esas hojas que giran sobre las bisagras. Primero será necesario poder abrir la hoja; para ello se dispone del tirador, «herraje que permite tirar de una puerta, cajón, etc.». Si tiene una forma adecuada para ser asido con toda la mano, se llama manija, manilla o manigueta. Algunos diccionarios incluyen manecilla o manillar, pero no son adecuados ni los reconoce la RAE.
13 La manija o tirador suele accionar un pestillo, «cerrojo pequeño o pasador plano con que se asegura cerrada una puerta, una tapa, etc.» (MM). Los pestillos quedan fijados contra el marco porque se alojan dentro de un cajetín o cerradero, que puede ser de chapa o simplemente una hendidura abierta en el propio marco. El pestillo puede tener el extremo saliente en forma de plano inclinado y estar apoyado por un muelle, de manera que al golpear la puerta contra el marco el pestillo se desplace primero hacia dentro y luego hacia fuera quedando sujeto contra el marco. Esto es un mecanismo de resbalón, que se utiliza sobre todo en las puertas. Los modernos mecanismos de golpe y llave son una forma de evolución de este resbalón y permiten además asegurar el cierre contra intrusos.
14 Llega un momento en la evolución de las carpinterías de ventana que además de poder cerrar y abrir con facilidad girando sobre esa eficaz bisagra o pernio, el confort exige un cierre hermético: es, pues, necesario poder comprimir la hoja contra el marco para impedir la entrada de la lluvia o el viento. Para conseguir esa presión sólo parece haber dos recursos: el más simple es el plano inclinado, esto es, algún tipo de pasador o fiador entra en un agujero de la jamba o en una horquilla fija al marco. Si el plano de contacto es inclinado, de manera que cuanto más se pasa el fiador más se comprime la hoja contra el marco, el problema parece resuelto. A pesar de su aparente simplicidad, es un mecanismo de difícil control y que puede bloquearse. Quizás por eso no inspiró los mejores cierres de la cerrajería clásica.


15 El mecanismo más brillante es el que utiliza el segundo de los recursos: la torsión; y tiene un nombre curioso: españoleta. Se trata de una varilla fija a la hoja capaz de girar sobre sí misma dentro de esas fijaciones perforadas. En sus extremos tiene unos ganchos que se pueden introducir en unas horquillas clavadas al marco. La forma de esos ganchos es tal que resulta fácil introducirlos dentro de la horquilla, pero al ir girando el redondo vertical la zona del gancho que toca a la horquilla se acerca cada vez más a ella comprimiendo fuerte y progresivamente la hoja contra el marco. Al final del giro todo el redondo vertical ha quedado torsionado y la elasticidad del material hace que la presión entre hoja y marco sea duradera y eficaz. Corominas considera que es una voz catalana que pasó a Italia y desde allí consiguió difusión universal.
16 Lo cierto es que muchos diccionarios de otras lenguas reconocen esta voz, espagnolette, mientras la Real Academia sólo recoge como españoleta un antiguo baile. Según su diccionario este maravilloso invento se llama también falleba, voz hoy muy poco utilizada y que ha tomado un sentido más general, que engloba los diversos sistemas de cerramiento y fijación de la hoja. En el lenguaje del oficio cada parte de la españoleta tiene un nombre: las fijaciones del redondo a la hoja son los cambrones, y los ganchos extremos
que se introducen en las horquillas o armellas fijas al marco son las cachabas.


17 A pesar de su claridad funcional la españoleta está en desuso y ha sido sustituida por un mecanismo conocido como cremona: «cerradura formada por dos pletinas dentadas que se mueven en sentido opuesto al hacer girar entre ellas una rueda con dientes, con la que ambas pletinas entran en sus respectivas armellas» (T). Su ventaja es que se puede empotrar en los largueros de la hoja y reducir los elementos vistos a la manija o el uñero que manipula las varillas.


18 En la actualidad la técnica es mucho más compleja y permite sofisticadas manipulaciones; sin embargo el lenguaje es cada vez más escaso. Existen herrajes sofisticados para las ventanas oscilobatientes, o para elevar las hojas correderas a fin de conseguir una mayor estanquidad, ya que caen con todo su peso presionando las guarniciones, pero apenas tenemos nombres ni para los nuevos ni para los viejos mecanismos.

Ignacio Paricio

20.6.13

TIPOLOGÍA ESTRUCTURAL EN ACERO

INTRODUCCION: ESQUEMAS ESTRUCTURALES
Las estructuras metálicas para edificios están formadas fundamentalmente por:
Pilares o soportes, que apoyan sobre la cimentación.
Vigas o jácenas, que cargan sobre los soportes.
Forjados, que transmiten sus cargas a las vigas.
Arrostramientos y correas de atado, para evitar desplazamientos y deformaciones.
Algunas vigas pueden transmitir su reacción por uno o por sus dos extremos, no a un pilar, sino a otra jácena. Esta unión se denomina "brochal".
También puede ocurrir que algún soporte no llegue a la cimentación, bien porque esté colgado, bien porque descanse en un elemento en flexión (viga), denominándose "pilar apoyado sobre jácena" o "pilar apeado".
Las diversas formas en que pueden quedar enlazados las vigas y los soportes dan lugar a diferentes tipos de estructuras:
Estructuras totalmente isostáticas.
Estructuras con vigas continuas.
Estructuras de pórticos con nudos rígidos.
Estructuras especiales.
En el esquema se relacionan los diferentes elementos que constituyen la planta de estructura metálica de un edificio.
Todo el contorno de la planta, patios, huecos y escalera deben quedar unidos mediante jácenas o correas de arriostramiento.
Si las viguetas de forjado son de acero, no necesitaremos correas de atado, puesto que podemos soldar las viguetas de los extremos a los pilares, cumpliendo con ello ambas funciones: soportar carga y arriostramiento.


1.ENLACE VIGA-SOPORTE. FORMA DE TRABAJO
Se pueden clasificar en dos grandes grupos:
apoyos rígidos
apoyos articulados o flexibles
La forma de trabajo de la jácena, en su unión con el soporte, depende del tipo de enlace.
El apoyo rígido impide el giro del extremo de la viga, por lo tanto trabaja a tracción la parte alta de la viga y a compresión la parte inferior de la misma.
El apoyo articulado o flexible permite el giro del extremo de la viga por lo que la parte alta de la misma trabaja a compresión y su parte inferior lo hace a tracción, tal como puede observarse en las figuras siguientes.


ESTRUCTURAS TOTALMENTE ISOSTÁTICAS (NUDOS ARTICULADOS)
Es el tipo de construcción más utilizado, puesto que tiene mayor rendimiento tanto en taller como en montaje en obra, por consiguiente resulta el de menor costo por kg. de acero en estructura terminada.
En este tipo de estructura, los soportes están sometidos fundamentalmente a compresión y las vigas se articulan sobre ellos, no importando cual sea su dirección en el plano horizontal, por lo que este tipo es de la mayor flexibilidad en lo que se refiere a las necesidades arquitectónicas.
El esquema siguiente representa una estructura con nudos articulados.


Los soportes de las diversas plantas. por su forma de enlace, pueden considerarse como articulados unos con otros en la base.
La estructura así concebida es un mecanismo, por lo que para oponerse a los esfuerzos horizontales producidos por sismos, viento u otras causas, de disponerse unos elementos estructurales capaces de resistir solicitaciones. Para ello se utilizan diagonales (arriostramientos), tal como veremos más adelante.
Nudo articulado
Para efectuar un apoyo articulado de una viga en un soporte, ha de adoptarse una disposición que impida el movimiento de la viga en dirección del eje del soporte, o sea impedir su desplazamiento vertical, permitiendo, sin embargo, un giro en sentido longitudinal de la viga. lo suficientemente grande para conseguir que el momento flector que pueda inducirse en la unión sea despreciable.
Esos nudos articulados. apoyos flexibles o uniones simples, los podernos conseguir por cualquier procedimiento que facilite el giro de la sección extrema de la viga al tiempo que impide las traslaciones verticales u horizontales.
1º- Soldando directamente el alma de la viga. Para que la unión pueda ser considerada flexible la longitud de los cordones de soldadura no debe ser.
mayor que los 2/3 de la altura del alma. tal como se detalla en las figuras siguientes


Una solución muy buena, variante de la anterior, es la indicada en la figura siguiente. Consiste en cortar las 2 alas de la jácena en forma de chaflán, con lo cual al flectar la jácena no transmite momentos al pilar, puesto que sus alas no llegan a él.
Una vez soldados los 2/3 del alma, se elimina el angular de apoyo y queda un buen nudo con jácena articulada.


2°- Apoyando o soldando la viga sobre un angular soldado al soporte. Para impedir el vuelco de la viga se colocan pequeños angulares en la parte alta del alma, por ambos laterales de la viga. soldados sólo al pilar. El giro se produce por deformación del ala libre del angular. Para evitar movimientos verticales hacia arriba, se puede colocar un angular encima del ala superior de la viga, soldado sólo al pilar. Ver figuras siguientes.




3°.- Uniendo el alma de la viga con el soporte, mediante angulares soldados sólo en los extremos de las alas. La flexibilidad de la unión se confía a la deformación de los angulares en sus partes libres de soldadura. Obsérvese que en la unión de angular y soporte sólo se ha soldado los bordes verticales de los angulares, dejando libre su extremo superior e inferior, tal como se detalla en las siguientes figuras.
El angular de montaje es provisional. Una vez colocada la jácena, dicho angular se elimina.




4° Efectuando una unión similar a la anterior, pero uniendo los angulares al soporte por medio de tornillos que garantizan el giro de la viga, al ser la unión menos rígida que la soldadura y poder trabajar los tornillos a tracción.


En todos los casos la reacción de la viga produce un cierto momento flector en el soporte, producto de la distancia entre el punto de apoyo de la jácena y el eje del alma del soporte (descentramiento de la carga).


Para reducirlo, una posible solución consiste en colocar la viga contra el alma del soporte, tal como se detalla en las siguientes figuras, disminuyendo así el brazo de palanca.


3.FORMAS DE REDUCIR EL MOMENTO AL MÍNIMO EN ESTOS NUDOS
En los casos de soportes de un solo perfil, ya hemos visto procedimientos para reducir los momentos en los nudos (soldar sólo 2/3 del alto del alma de la jácena, efectuar la unión de la jácena sobre el alma del soporte, etc.).
Si se trata de soportes formados por dos perfiles separados, puede evitarse todo momento flector, por descentramiento de la carga, mediante la disposición de viga pasante, tal como se indica a continuación.
Esencialmente consiste en que la viga sea continua, pasante por el espacio que queda entre los dos perfiles del pilar, apoyada sobre un trozo de casquillo IPN que va soldado por la parte interior de los dos perfiles del pilar.
En la primera perspectiva de las insertadas a continuación se detalla una viga pasante en un pilar de última planta. Los soportes formados por 2 UPN empresilladas con las alas hacia el exterior.
En la segunda perspectiva el pilar está ubicado en una planta intermedia, formado por 2 UPN empresilladas, con las alas hacia el interior.




La opción de viga pasante es muy buena porque favorece tanto a la viga como al soporte. La viga, al ser pasante, se calcula como continua, con menores momentos flectores. El pilar, excepto los de medianera o esquina, recibe carga por ambos lados, por tanto puede considerarse que sólo recibe carga axil, por compensación de cargas.
Solución de viga pasante en apoyo con el pilar.

Es importante que las presillas existentes junto a la viga pasante, tanto la superior como la inferior, no estén en contacto con ella, para evitar que al flectar la viga pueda transmitir esfuerzos al pilar, fundamentalmente flexiones.
Si el apoyo de la viga pasante se efectúa sobre una superficie horizontal, tal como ocurre cuando se apoya sobre el ala superior de un trozo de perfil IPN, que es lo habitual, puede ocurrir que la viga pasante flecte más de un lateral que del otro, con lo cual está transmitiendo sobre dicho apoyo horizontal, una tendencia al giro del mismo, transmitiendo al pilar una cierta flexión.
Para evitarlo, es necesario que el apoyo de la viga pasante sea puntual, para lo cual, se suelda un trocito de redondo longitudinalmente encima de la mini-viga que hemos introducido dentro del pilar, y la viga pasante apoyará encima del redondo, con lo que se considera simplemente apoyada.
Cuando los apoyos de la jácena son puntuales y todas las cargas que soporta la jácena se transmiten verticalmente a dicho apoyo, y especialmente si las cargas son importantes, es necesario colocar en la jácena cartelas de rigidización verticales, uniendo alas y alma, para evitar abollamientos, tal como se observa en la siguiente Perspectiva, correspondiente a una viga pasante, con apoyo puntual.

19.6.13

MEDIOS DE UNIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS (II)

UNIÓN MEDIANTE SOLDADURA
Soldadura es el sistema de enlace con el que conseguimos una mayor continuidad en la distribución de las tensiones, ya que las uniones soldadas forman líneas continuas.
Se distinguen dos grupos fundamentales de soldadura:
Por compresión: En que las piezas, previamente fundidas, se unen por contacto o por presión.
por fusión: En la que el espacio comprendido entre las dos piezas a soldar, se cierra, una vez producida la fusión, con un material de aporte.
Procedimiento I: Soldeo electrónico manual, por arco descubierto, con electrodo fusible revestido.
Consiste en provocar un arco eléctrico entre el electrodo y las piezas que queremos soldar (fig. 1). Tanto el electrodo como las piezas comienzan a fundirse depositándose en la junta que se trata de soldar un cordón del material fundido del electrodo, que recibe el nombre de cordón de soldadura (fig. 2).


Procedimiento II: Soldeo eléctrico semiautomático o automático por arco en atmósfera gaseosa con alambre-electrodo fusible. (Fig. 5).


La atmósfera gaseosa de protección, se consigue mediante un chorro de gas argón o helio concéntrico con el electrodo y el arco.
Con electrodo fusible, constituye un procedimiento de soldeo automático, ya que el alambre electrodo se aporta continuamente a la junta, en donde se funden protegido por la atmósfera inerte.
Procedimiento III: Soldeo eléctrico automático, por arco sumergido, con a alambre-electrodo fusible desnudo. El alambre-electrodo se aporta continuamente según va avanzando. El fundente necesario para una buena soldadura, se distribuye en forma de polvos mediante un tubo. Es un procedimiento económico en trabajos en serie y con cordones largos.


Procedimiento IV: Soldeo eléctrico por resistencia. Puede ser:
Soldadura a tope de penetración completa


Soldadura por puntos


Soldadura a tope de penetración parcial


El cordón de soldadura. Clasificación de cordones.
La forma y el espesor de los cordones de soldadura dependerá de las piezas que tengamos que unir y de las tensiones que la soldadura haya de transmitir. En primer lugar habrá que distinguir entre soldaduras a tope (fig. 7) y soldadura en ángulo (fig. 8)


Soldadura a tope es aquella en la que el metal de aportación se dispone en la prolongación de una de las piezas u ocupa toda la superficie de contacto.
A tope en piezas, en prolongación, de igual sección (fig. 20).
A tope en piezas, en prolongación, de diferente sección (fig. 21).
A tope en T (fig. 22).
A tope en L (fig. 23).


Soldadura en ángulo, es aquella en la que el metal de aportación se sitúa en el ángulo formado por las dos piezas a unir, siendo, en general, su sección, distinta que las de ambas piezas que une.
En rincón (fig. 25). En esquina (fig. 27) En la ranura (fig. 28).
En solape (fig.26).


Por su forma: El cordón de soldadura puede ser: normal o cóncavo (fig. 9), plano (fig. 10) y aligerado o convexo (fig. 11).


su ejecución: Puede ser cordón continuo (fig. 12) cordón discontinuo (fig. 13) o por puntos (fig. 14)


Por su posición: Con respecto al soldador puede ser:
Cordón plano (fig. 15)que está situado en un plano horizontal y se ejecuta desde arriba.
Cordón horizontal (fig. 16) de dirección horizontal y situado en plano vertical. Se llama también de cornisa.
Cordón de ángulo horizontal (fig. 17) situado en la intersección de un plano horizontal y otro vertical; el cordón va sobre el plano horizontal.
Cordón vertical (fig. 18) de dirección vertical o próxima a ella.
Cordón de techo (fig. 19) que está situado horizontalmente pero por encima de la cabeza del operario, siendo el más difícil de realizar.


Preparación de los bordes.
Bordes escuadrados o naturales (fig. 13): Se emplean para piezas de pequeño espesor dentro de los siguientes límites:
6,5 mm. Soldeo manual y electrodo normal.
10 mm. Soldeo manual y electrodo de gran penetración.
16 mm. Soldeo automático.
Preparación de bordes en V: Puede ser V simétrica (fig 14 a) o asimétrica (fig. 14 b). Se emplea para unir piezas de espesor hasta 20 mm. Con soldeo por una cara y cordón de toma de raíz por la otra.
Preparación de bordes en U: Pueden ser simétrica (fig. 15 a) o asimétrica (fig. 16 b) o irregular (fig. 16 c). Une piezas de espesores entre 15 y 40 mm. Y el soldeo se ejecuta por las dos caras. Cuando solamente una cara es accesible, el soldeo se realiza con ayuda de chapa dorsal en la cara inaccesible y separando más las piezas. En las figuras 17 y 18, vemos las preparaciones de bordes escuadrados y en V. Las separaciones g que con las dos caras accesibles están entre 1 y 3.5 mm. Pasan a ser del tipo de los 7 mm.


Defectos de los cordones. Normativa.
1.Deficiencia de penetración.
2.Mordedura.
3.Desbordamiento.
4.Poros superficiales o picaduras.
5.Grietas de contracción.
6.Falta de penetración interna.
7.Defectos de unión entre las capas
por inclusión de escorias.
8.Oclusiones gaseosas.
9.Grietas en 1ª capa.
10.Depósitos de escorias.

Defectos superficiales.
Mordeduras: Es un rebaje o canal en el metal base que está contiguo al cordón de soldadura. Este defecto es muy habitual y es producido por un incorrecto manejo del electrodo. En la radiografía se acusa como una sombra oscura de contorno difuso en los bordes de la soldadura.
− Picaduras: Es un rebaje o canal en el cordón de la soldadura, se produce por un incorrecto manejo del electrodo. En las radiografías se acusa como una sombra oscura de contorno difuso.
− Desbordamientos: Parte del material de aportación desborda el cordón, quedando fuera y sin fusionar con el material base.
Son defectos longitudinales, no puntuales.


Recomendaciones para la ejecución de cordones
En la ejecución de la soldadura debemos tener presente una serie de consideraciones:
Las piezas que vayan a unirse se fijarán entre sí, de manera que se asegure su inmovilidad durante el soldeo. Normalmente esta fijación se consigue con puntos de soldadura que deben ser los menos posibles.
La superficie a soldar será regular y lo más lisa posible.
La posición del electrodo con respecto al cordón de soldadura sigue, normalmente la dirección de la bisectriz a las caras que contienen al cordón de soldadura, según vemos en la figura 19.


Toda soldadura experimenta, durante su enfriamiento, contracciones longitudinales y transversales (fig. 20). Estas contracciones son tanto mayor cuanto mayor es el número de pasadas hechas con un determinado electrodo. Asimismo aumenta con la sección de soldadura.


También influye en la magnitud de la contracción el número, forma y orden del depósito en los cordones.
Cuando el cordón es continuo y su longitud no es mayor de 500 mm., se empieza por un extremo y se sigue hasta el otro (fig. 22).
Si la longitud está comprendida entre 500 mm y 1 m. Se comienza desde el centro hasta terminar en los extremos(fig. 23).


Si son de mayor longitud se realizan a “paso de peregrino” (fig. 24) en que cada cordón termina donde comenzó el anterior.
Si hay soldaduras planas que se cruzan (fig. 25) se empieza por las transversales.
Si son soldaduras en ángulo se sigue el orden que se indica en la figura 26.


TIPOS DE ENSAMBLES
Tanto los ensambles de encuentro como los de cruce o ángulo, se realizan, siempre que sea posible, soldando directamente las piezas.
Si se trata del encuentro de un perfil L con un perfil T la unión directa (fig. 6) resulta dificultosa, por lo que es mejor poner 2L y la unión es más sencilla y simétrica (fig. 7).


Si en el alma de la T no caben los cordones de soldadura, se puede ampliar soldando una capa como se indica en la fig. 8.
Cuando se trata del cruce de los angulares con otros dos angulares (fig. 9), se puede poner placa de nudo como en la figura, pero se aprovechan mejor las ventajas de la soldadura disponiendo las piezas en tubo y soldándolas directamente (fig. 10) aunque, si las tensiones de tracción son grandes, no siempre es posible esta ultima solución.


Un caso que se presenta corrientemente es el ensamble de cruce de dos perfiles I, uno soporte continuo y otro carrera continua en que uno pasa (Fig. 11) y el otro asegura su continuidad con chapas. Si es preciso dar mayor rigidez se puede conseguir con cartelas soldadas a soporte y carrera que aseguran la indeformabilidad del ángulo (fig. 12).

TIPOS DE EMPALMES
No es corriente que se produzcan empalmes, ya que las longitudes normalmente utilizadas en perfiles de estructura, se encuentran con facilidad.
Si el empalme se produce en taller se hará con soldadura a tope pues en la sección soldada se puede garantizar la misma resistencia que en el material.
Si el empalme se va a realizar en obra y las piezas están solicitadas a tracción, solo se empleará la soldadura a tope cuando la solicitación sea pequeña. En los demás casos la unión se realizará con cubrejuntas buscando siempre simetría de trabajo.
Figura 13 Empalme de hierros planos a tope.
Figura 14 Empalme de hierros planos con doble cubrejuntas.
Figura 15 Empalme de dos L con dos cubrejuntas.
Si las piezas están solicitadas a compresión el empalme podría ser a tope pero, para garantizar un reparto uniforme, la unión se hace intercalando una placa situada normalmente al eje de las piezas.
Figura 16 Empalme de dos L.
Figura 17 Empalme de dos I iguales.
Figura 18 Empalme de dos I desiguales.


TIPOS DE ACOPLAMIENTO
La utilidad mayor del acoplamiento está en las piezas solicitadas a compresión (barras de sistemas reticulares, soportes de edificios, etc). Veamos algunos ejemplos.
Acoplamiento de los angulares (fig. 20). Acoplamiento de dos UPN (fig. 21) en cajón cerrado. Acoplamiento de dos UPN (fig. 22) con presillas. Acoplamiento de dos UPN (fig. 23) con palastros. Acoplamiento de IPN con dos UPN (fig. 24).


Acoplamiento de perfil I y placabandas (fig. 25) que aumenta el módulo resistente; cuando las platabandas se utilizan de refuerzo y no van a lo largo de toda la viga, se deben aligerar en los extremos (fig. 26).
Acoplamiento de dos T y palastro (fig. 27). Acoplamiento de tres palastros (fig. 28). Acoplamiento de dos I (fig. 29).


La sección de la figura 29 se usa como viga trabajando a torsión.
También para resolver huecos en edificios (ventanas, etc) suele ser necesario disponer dos vigas acopladas para soportar el peso del muro (fig. 30). Este acoplamiento se suele realizar sin recurrir a la soldadura, con tornillos metidos en tubos que hacen de separadores (fig. 31).