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Escuela Politécnica de Cuenca Arquitectura Técnica

Unidad Temática 12 Lección 45

BLOQUE TEMÁTICO 3 UNIDAD TEMÁTICA 12

LECCION 45 CELOSIAS. PERFILES TUBULARES

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Unidad Temática 12 Lección 45

ÍNDICE: Características………………………………………………………..……1-6 Diseño…………………………………………………………………….6-11 Tipos de tubos……………………………………………….…………..11-17 Uniones de tubos con perfiles laminados……………………...……….17-18 Columnas de perfiles tubulares de acero rellenos de hormigón………18-20 Puentes de ferrocarril de los túneles de Archanda……………………21-22 Naves industriales de perfiles tubulares…………………….…………….22 Polideportivo municipal de Villafranca de los Barros……….……….22-24

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PERFILES TUBULARES CARACTERÍSTICAS GENERALES. Existen diferentes formas de tubos: circulares, elípticos, redondo y cuadrado. El tipo en función del proceso de fabricación es: - Conformados en frío y sin tratamiento térmico posterior suministrados en “negro”, es decir, en el estado obtenido directamente de la laminación. - Conformados en caliente. Su utilización da lugar a estructuras resistentes, que permite al proyectista disponer de un campo más amplio donde trabajar la estética de sus diseños, ligeras y rentables, con un potencial expresivo mayor. La aparición de los perfiles es relativamente reciente, con algunas excepciones. Los circulares aportan gran cantidad de luz natural y grandiosidad al espacio en lugares públicos. Se parecen remotamente a pórticos y su fabricación requiere de dos pasos fundamentales, el curvado del acero y el corte de sus extremos con el correspondiente mecanizado de los contornos de la intersección. SOLDADURA. En estructuras marinas en las que los perfiles empleados son de diámetros y espesores importantes, las soldaduras se realizan preparando los bordes de la barra o barras incidentes en el nudo y soldando con penetración completa. El cordón o barra pasante no se perfora y se deja sin preparar. En estas condiciones, la soldadura propiamente dicha no necesita ser calculada, ya que es de penetración completa. En estructuras a emplear en tierra firme no es normal emplear tubos de tamaños ni espesores grandes, por lo que no se suelen preparar los bordes de las barras incidentes. La soldadura se realiza mediante un cordón en ángulo todo alrededor del perfil.

NOMENCLATURA.

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Se denomina barra principal o barra pasante y diagonal a la que termina en el nudo. La nomenclatura indicada es válida también para tubos rectangulares o cuadrados. Juntas en T o en Y. El axil en la diagonal es equilibrado mediante cortantes y axiles en el cordón.

Juntas en cruz, DT o X. Existen diagonales en prolongación, transmitiéndose el axil de una a otra a través del cordón.

Juntas en K. La mayor parte del esfuerzo de una diagonal es equilibrado por el axil de otra u otras diagonales contenidas en su mismo plano, sin que se introduzcan cortantes en el cordón.

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Juntas mixtas. En parte se comportan como tipo K y en parte como tipo T, Y o X. 50 % K, 50 % T .

DISEÑO. - Estructuras más ligeras y diáfanas. Elementos de mayor longitud y menor número de uniones. - Grandes luces. Cerchas y celosías más transparentes con posibilidad de eliminar los -arriostramientos transversales. - Soportes más esbeltos. Mayores longitudes, menores secciones, que pueden reducirse aún más con el empleo de perfiles rellenos de hormigón. - Soluciones económicas. Uniones directas fáciles de ejecutar, plazos de construcción reducidos y fácil mantenimiento, fruto de diseño correcto y garantía de plazo y precio competitivos. - Capacidad expresiva. Secciones circulares, rectangulares y cuadradas, varios espesores de pared por cada tamaño de perfil, ausencia de aristas vivas, etc. Son elementos que proporcionan posibilidades innovadoras y distintivas a arquitectos e ingenieros. RESISTENCIAS. A compresión: Los elementos tubulares admiten elementos más largos que los perfiles abiertos para una misma carga de compresión centrada y bajo las mismas condiciones. Si se trata de pilares, el relleno de hormigón consigue secciones aún más reducidas. A torsión: Su rigidez es la mayor de todos los perfiles de acero, así como al alabeo y al pandeo lateral. A flexión: Similar al IPN, mejor que el de los perfiles abiertos frente a flexión en dos direcciones por su reparto de material en los ejes de la dirección. A tracción: Utilización de uniones soldadas que permiten el uso completo de la sección resistente a las uniones, al contrario que las atornilladas y las cartelas.

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A fatiga: Su estupenda aplicación y comportamiento ante este efecto se deduce de sus numerosas aplicaciones. Fluido dinámica: Su oposición es mínima, por lo que se puede utilizar perfiles más ligeros y perfectos para intemperie, submarinas, como postes, mástiles, torres y grúas.

APLICACIONES DEL TUBO A LA CELOSÍA. GENERALIDADES. El advenimiento de la soldadura ha hecho posible la utilización de determinados perfiles, tales como el tubo, que hasta entonces estaban relegados a ser elementos secundarios, ya que los remaches y tornillos únicamente se pueden utilizar en uniones planas. Las construcciones tubulares presentan ventajas, como: ligereza; facilidad de transporte; menos superficie a proteger frente a la corrosión; soldaduras directas sin cartelas u otros elementos que amplían el peso de la estructura; posibilidad de construir estructuras espaciales con uniones simples asegurando la convergencia en el centro del nudote todas las barras; construcciones más airosas y de aspecto estético más agradable, etc. El tubo, como perfil, posee la misma inercia en todos los sentidos, y además a igualdad de sección tiene mayor radio de giro mínimo, lo que es muy favorable en piezas comprimidas. La sección anular presenta, frente a las de los restantes perfiles, una resistencia muy superior a la torsión, pero es menos apta para momentos de flexión . Su mayor inconveniente estriba en que su precios es más costoso. Los tubos que se utilizan en construcción metálica, pueden ser: Tubos con soldadura longitudinal. Tubos sin soldadura. Las uniones generalmente empleadas para resolver los nudos de las celosías, se efectúan enlazando las barras por soldadura, previa preparación de los extremos de las piezas de la celosía del alma. Este tipo de ensamble se denomina en “boca de lobo”. (Fig. V. F. 1)

UNIONES.

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El tipo de soldadura a emplear depende de la relación d/D (Fig. V. F. 1). Así, cuando d/D< 1/3, pueden utilizarse cordones de ángulo; para los restantes casos se debe verificar una preparación de bordes para todos los cordones. Cuando las piezas de relleno que concurren al nudo se penetran (Fig. V. F. 2. a), se consiguen mejores resultados dando dos cortes a la barra comprimida. Si ambas barras están traccionadas o comprimidas se incorpora en el nudo una chapa que se suelda directamente a ambas barras (Fig. v. F. 2. b).

Con esfuerzos importantes puede ser insuficiente la sección de soldadura si se realiza la unión directa; en este caso, el nudo se resuelve rasgando dos generatrices y colocando una cartela de enlace con las diagonales (Fig. V. F. 3. a). Los ensambles directos pueden originar una ovalización del cordón como consecuencia de una excesiva localización de tensiones. Se previene de este fenómeno rigidizando el tubo con cartelas transversales (Fig. V. F. 3. b), o incluso hormigonándolo interiormente.

Aunque en general debe mantenerse la intersección de los ejes de las barras en el eje del nudo, a veces se descentra ligeramente el encuentro de las diagonales con objeto de conseguir cierta penetración mutua ( Fig. V. F. 4). El descentramiento debe dirigirse hacia el interior de la viga, y no superar a la mitad de radio de la sección del cordón. Una disposición bastante usual consiste en emplear como cordones perfiles normales o en cajón, ya que presentan mayor resistencia a la flexión. Las disposiciones más utilizadas se indican en las figura V. f (5 y 6), en las que, con objeto de repartir mejor las fuerzas de barra de celosía del alma, se colocan rigidizadores en el perfil; e incluso si los cordones planos de soldadura resultan insuficientes, debe reforzarse la unión con una cartela soldada en prolongación del alma del perfil.

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Si los cordones son de medio perfil, el ensamble más sencillo (Fig. V. F. 7) consiste en rasgar dos generatrices del tubo para soldarlo directamente al alma.

Cuando las diagonales se cruzan, como sucede en algunos arriostramientos, el ensamble en “boca de lobo” sólo se admite si las barras tienen igual sección (Fig. V. F. 8). No es recomendable el aplastamiento de los extremos de una o de las barras en su punto de cruce, por disminuir sensiblemente el momento de inercia (Fig. V. f. 9). En los cálculos debe considerarse como longitud de pandeo la que tiene la diagonal, sin estimar el posible beneficio que represente la intersección con la otra barra. Para empalmar los tubos, si son de igual diámetro, se efectúan juntas a tope, disponiendo un manguito interior que recoja el cordón de raíz (Fig. v. F. 10).

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Si los tubos son de secciones diferentes. El enlace se ejecuta entallando y estrechando el tubo grande, o colocando una placa a ambas piezas (Fig. V. F. 11).

Pueden despreciarse las excentricidades que permanezcan dentro de los límites siguientes: • 0,55 d0 ≤ e ≤ 0,25 d0 • 0,55 h0 ≤ e ≤ 0,25 h0 Siendo e la excentricidad, d0 el diámetro del cordón y h0 la altura del cordón en el plano de la viga de celosía.

Excentricidad de los nudos.

VENTAJAS. Se caracterizan mayormente por sus ventajas: 9

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Salva mayores luces. Permite elementos más largos en la estructura. Menores uniones. Reducción de cartelas, riostras y rigidizadores. Aligeramiento del peso. Mayor resistencia al fuego. Relleno de hormigón que permite los metros cuadrados útiles por planta. Mejores condiciones de mantenimiento. Estructuras diáfanas, esbeltas e innovadoras. Solución económica. Óptima relación radio giro/peso, lo que los hace ideales para trabajar a compresión. Mínima relación superficie expuesta/peso que disminuye los problemas de corrosión y abarata su protección (pintura). Aceptable relación módulo resistente/peso, lo que les permite ser empleados como piezas flectadas. Bajo coeficiente eólico y baja resistencia al oleaje (estructuras marinas). En estructuras marinas, boyancia importante, necesaria para las maniobras de montaje. Aspecto estético más agradable que los perfiles abiertos, lo que ha conducido a su empleo en estructuras “de prestigio” (estadios, exposiciones…).

PROPIEDADES MECÁNICAS. Colada para productos de espesor T ≤ 40 mm, según EN 10219 y T ≥ 120 según EN 10210.

Para tamaños de T/D < 15 (sección circular) y (B+H)/2T