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TEMA 1

LA NORMATIVA DE ESTRUCTURA METÁLICA Y LOS MATERIALES

1. EL ACERO ESTRUCTURAL. NORMATIVA DE ACERO.

El acero estructural se emplea actualmente como material constitutivo de estructuras de edificios y de obra civil (puentes, etc). La normativa oficial que regula el proyecto y cálculo de estructuras de acero para edificios en España es el Código Técnico de la Edificación (en adelante CTE), en su documento CTE-DB-SE-A (Documento Básico de Seguridad Estructural para estructuras de Acero). Paralelamente se pueden emplear las siguientes normas:

- Instrucción EAE (Estructuras de Acero Estructural), que sirve para proyecto y cálculo de estructuras de acero, tanto para edificación como para obra civil, en España.

- Eurocódigo 3, Normativa Europea de Acero Estructural, a partir de la cual se han redactado el CTE y la EAE.

Por tanto la normativa oficial de acero estructural en España para Edificación es el Código Técnico de la Edificación, si bien se pueden consultar, en los aspectos donde el CTE no esté suficientemente definido, la EAE o el Eurocódigo 3. 2. LOS MATERIALES. Se emplean los siguientes: A) Acero para chapas y perfiles Son productos laminados en caliente (ver norma UNE EN 10025), cuyas características se establecen en la tabla 1, obtenida del CTE-DB-SE-A. También se contemplan perfiles huecos acabados en caliente y secciones huecas de acero estructural conformados en frío. Estos perfiles o secciones huecas se comercializan con sección circular, cuadrangular o rectangular.

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Tabla 1. Características mecánicas mínimas de los aceros UNE EN 10025 (productos laminados en caliente)

Los aceros se designan con la letra “S” (steel, acero en inglés), seguida de un número que indica su límite elástico (fy) expresado en N/mm². El acero más empleado en edificación convencional (vivienda, oficinas…) es el S275; el acero S235 tiene poco uso; el acero S355 se emplea cuando se precisan menores dimensiones de las piezas (menores secciones de pilares, descuelgues menores en vigas) pero es más caro; el uso del acero S450 se da en casos más singulares. Como se observa, el límite elástico se reduce con el aumento del espesor de las chapas, ya que es más difícil garantizar la homogeneidad de las propiedades mecánicas del material con espesores grandes. En edificación rara vez superaremos espesores de 40mm. En cuanto a la designación JR, J0 ó J2, se refiere a la cualidad para comportarse frente a una rotura frágil, asegurándonos que la resistencia a la rotura frágil es superior a la resistencia a la rotura dúctil (es decir, que la estructura rompe de manera dúctil). Una rotura dúctil es más recomendable, pues avisa con grandes deformaciones de la estructura, en contra de una rotura frágil, donde el colapso puede ocasionarse sin una deformación previa aparente. Por otra parte, las roturas de tipo dúctil son fundamentales en estructuras situadas en zonas sísmicas, ya que favorecen la disipación de energía del terremoto, evitando colapsos bruscos del edificio.

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Así, en la tabla 2, obtenida del CTE-DB-SE-A, se observan los espesores máximos que deben tener las chapas en el proyecto de la estructura, en función de la mínima temperatura esperable en el edificio durante su vida útil.

Tabla 2. Espesor máximo (en mm) de chapas

Todos los aceros tienen unas características comunes, necesarias para el cálculo, que son:

• Módulo de elasticidad “E”: 210.000 N/mm² • Módulo de rigidez transversal “G”: 81.000 N/mm² • Coeficiente de Poisson “ν”: 0.3 • Coeficiente de dilatación térmica “α”: 1.2e-5 (ºC)-1 • Densidad “ρ”: 7.850 kg/m3

Los perfiles laminados comerciales se pueden encontrar en prontuarios de estructuras metálicas, donde aparecen todas sus características geométricas y mecánicas. También se pueden consultar en Internet, por ejemplo las de estas dos casas comerciales:

- Constructalia (www.constructalia.com) para perfiles laminados (IPN, HEB, UPN, etc) y perfiles huecos (circulares, cuadrados y rectangulares)

- Condesa (www.condesa.com) para perfiles huecos (circulares, cuadrados y rectangulares). En esta página se encuentran perfiles huecos de grandes dimensiones, mayores que en Constructalia.

Los perfiles más empleados en edificación son los siguientes:

Para pilares:

• Perfiles HEB (o HEM si queremos disminuir aún más la sección del pilar, ya que es un perfil que tiene mayor espesor de alas y alma, aunque el coste en acero será mayor). Normalmente se orientará el pilar con su mayor inercia según el plano de los pórticos de carga del edificio.

• Perfiles doble UPN, formando un cajón cerrado. Igualmente, la máxima inercia del doble UPN se orientará para que la máxima inercia esté contenida en el plano de flexión de los pórticos de carga.

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Figura 1: Perfiles más empleados en pilares

Para vigas: Las que presentan mayor economía para un trabajo a flexión son los perfiles IPE e IPN, ya que, a igualdad de material, concentran la máxima sección resistente en las alas; si nos hace falta más inercia y estamos con limitaciones de canto podemos emplear perfiles HEB, que nos permiten conseguir la misma capacidad a flexión con un canto menor; no obstante, la relación coste/eficacia para el trabajo a flexión es mayor con los HEB que con los IPN o IPE, es decir estamos desaprovechando material. Un aspecto importantísimo a tener en cuenta es el espacio físico, en cuanto a la relación de ancho de viga y ancho de pilar, para unir correctamente ambos elementos. El empleo de perfiles IPN en vigas, al ser más estrechos, posibilitan realizar la unión al pilar más cómodamente, que empleando vigas IPE o HEB.

Figura 2: Perfiles más empleados en vigas Existen otros perfiles que se pueden emplear en estructuras de edificación, como son los perfiles huecos (circulares, cuadrados y rectangulares) y los perfiles y placas conformados (L, LD, U, C, omega, zeta, chapas grecadas…) B) Acero para tornillos, tuercas y arandelas Se emplearán fundamentalmente en nudos atornillados (arranque de pilares en cimentación, nudos de unión atornilladas viga-pilar…). En la tabla 3, obtenida del CTE-DB-SE-A, se resumen las características mecánicas mínimas de estos aceros. En el contexto del CTE, se entiende por tornillo el conjunto tornillo-tuerca-arandela.

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Tabla 3. Características mecánicas de los aceros

de los tornillos, tuercas y arandelas C) Material de aportación Nos referimos al material de aportación de soldaduras, a emplear en uniones soldadas. Según el CTE, el material de aportación (soldadura) será de la misma resistencia o superior que la del metal base (chapas y perfiles a unir).