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Proyecto bsico: Juntas de dilatacin en edificios de acero SS017a-ES-EU

Proyecto bsico: Juntas de dilatacin en edificios de acero

Este documento proporciona una gua para el diseo bsico de las juntas de dilatacin en edificios de acero.

ndice

1. Contexto 2

2. Efectos de la variacin de temperatura 3

3. Tratamiento de las juntas de dilatacin 5

4. Referencias 9

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1. Contexto El funcionamiento de un edificio est influenciado por varios factores fsicos, cuyos efectos no se pueden cuantificar fcilmente.

Cambios de temperatura y expansin trmica Asentamiento diferencial de la cimentacin Fluencia y contraccin durante el secado del hormign Vibraciones En edificios pequeos y construcciones en general, estos factores, usualmente, se pueden ignorar. Para una construccin a mayor escala o en circunstancias especiales, deben adoptarse uno o varios de los siguientes componentes para tener en cuenta la dilatacin relativa entre las diferentes partes de la estructura:

Juntas de dilatacin: estas juntas permiten que haya desplazamientos, con el fin de limitar las fuerzas originadas por temperatura, en edificios de gran longitud. Su especificacin depende del intervalo de temperatura y del coeficiente de expansin trmica de los materiales (vase la Seccin 2).

Juntas de construccin: estas juntas controlan la contraccin del secado de los forjados de hormign y losas en el suelo.

Juntas de separacin: estas juntas garantizan el comportamiento separado de las partes del edificio que tienen una altura u orientacin estructural diferente.

Juntas de compactacin: estas juntas son dispositivos especficos que mitigan los efectos del asentamiento diferencial que se pueden producir a causa de las variaciones en los sustratos inferiores sobre los que se ubica el edificio.

Las flechas indican las fuerzas de compresin donde est limitada la expansin.

Figura 1.1 Efectos de expansin limitada en un edificio largo

1

1

1 = junta de separacin

Figura 1.2 Separacin de un edificio en bloques

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El diseo integral de los edificios, debe tener en cuenta la ubicacin de las juntas, en especial su influencia sobre el comportamiento y anlisis de la estructural en conjunto.

Las juntas individuales deben ser especificadas, y tener en consideracin la magnitud prevista de los desplazamientos horizontales y/o verticales.

La colocacin del arriostramiento vertical y horizontal y su diseo deben ser compatibles con las posiciones de la junta. Las posiciones del arriostramiento no deben inhibir las dilatacins de las juntas. Cada parte diferente del edificio debe ser arriostrado adecuadamente.

Todos las dems partes del edificio y sus equipos (por ejemplo, una transportadora), deben tener en cuenta las posiciones de las juntas y sus desplazamientos previstos.

Las juntas de expansin y las juntas de construccin son el tipo de junta ms comn de junta de dilatacin, y se describen a continuacin ms detalladamente. Los dems tipos de junta de dilatacin requieren generalmente un diseo especfico y estn fueran del propsito de este documento.

2. Efectos de la variacin de temperatura EN 1991-1-5 ofrece principios y normas para el clculo de las acciones trmicas en edificios, puentes, otras estructuras y sus elementos estructurales [1].

Los valores de la temperatura del aire mxima a la sombra Tmax y la temperatura del aire mnima a la sombra Tmin se especifican en el Anexo Nacional segn EN 1991-1-5.

En las estructuras de acero con un coeficiente de expansin trmica lineal = 12x10-6 por C (segn EN 1993-1-1 3.2.6 [2]), los efectos de las variaciones de la temperatura pueden ser significativos.

A la hora de evaluar la variacin de la temperatura, es importante distinguir entre las estructuras de acero internas y externas. Las estructuras de acero externas pueden estar sujetas a una variacin mucho mayor que las internas.

Las estructuras externas pueden estar expuestas a un intervalo de temperatura de -23C a + 35C, en relacin a la temperatura con la que se construyen. La expansin/contraccin libre a estas temperaturas es de -3 mm / + 0,4 mm por metro de longitud del edificio. En la prctica, la expansin total est parcialmente limitada, y las dilataciones reales sern ligeramente inferiores.

Las dilataciones originadas por los cambios de temperatura pueden producir lo siguiente:

Daos en los apoyos, incluido agrietamiento o incluso inestabilidad de los muros que soportan vigas o celosas largas.

Fallos de uniones Fuerzas internas importantes en estructuras estticamente indeterminadas

2.1 Diseo de edificios industriales tpicos de acero En los edificios industriales tpicos de acero, la estabilidad en el sentido transversal se obtiene mediante una accin de prticos y en el sentido longitudinal mediante un arriostramiento vertical.

Se deben considerar dos casos de diseo:

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En los prticos, la expansin debe considerarse mediante clculo, En el arriostramiento vertical en el sentido longitudinal, debe tenerse en cuenta la

interaccin entre la expansin y el diseo del arriostramiento vertical.

Generalmente, una parte de la elongacin de los componentes estructurales en el sentido longitudinal se puede absorber por el deslizamiento en las juntas.

Sin embargo, deben colocarse juntas de expansin cuando el diferencial de temperatura sea importante (estructuras externas o construccin no aislada). De lo contrario, los deslizamientos en las juntas sern insuficientes para absorber toda la expansin trmica. La longitud del edificio por encima de la cual se utilizan juntas de expansin vara de acuerdo al pas. Por ejemplo, en Francia (que tiene un clima continental), se recomienda utilizar juntas de expansin para longitudes superiores a 50 m, es decir un edificio con una longitud de 100 m con arriostramiento a la mitad. En el Reino Unido, con un clima ms templado y tradiciones de construccin diferentes, las juntas de expansin slo se recomiendan en edificios con una longitud superior a 150 m. Incluso por encima de esta longitud, los consejos de la industria confirman que las juntas de expansin pueden omitirse si los elementos grandes, por ejemplo aleros, vigas y soportes de gra, estn diseados para soportar esfuerzos debidos a expansin restringida.

Posicin del arriostramiento vertical: No se recomienda ubicar sistemas de arriostramiento vertical en los extremos del edificio, a menos que haya una junta de dilatacin intermedia. Esta disposicin inhibira la expansin de los elementos longitudinales, y podra producirse fuerzas elevadas tanto en elementos estructurales como en las juntas, ubicadas en los lados largos.

Para edificios largos, se recomienda montar slo un arriostramiento vertical en el punto central de los lados largos, lo que permitira la expansin hacia los extremos en las dos direcciones.

Figura 2.1 Distribuciones de arriostramiento NO recomendadas

< 50m to 75m < 50 m to 75m

(1)

(2)

Leyenda:

1 Arriostramiento permanente 2 Posible arriostramiento provisional para ofrecer estabilidad al montaje. Cuando sea necesario

empezar el montaje del edificio por un extremo, ser importante realizar un arriostramiento temporal para estabilizar los dos primeros prticos que se montarn. Este arriostramiento temporal debe retirarse.

Figura 2.2 Disposiciones recomendadas de arriostramiento Pgina 4


2.2 Casos particulares Elementos de construccin

En ocasiones, los componentes de los elementos fabricados, pueden tener temperaturas muy diferentes, por ejemplo cuando el elemento de construccin se compone de cuerdas situadas fuera del edificio y de cuerdas interiores.

Durante el diseo, es necesario tener en cuenta las fuerzas producidas en las cuerdas o presillas, debidas a estas diferencias de temperatura.

Fase de montaje De forma similar, si el montaje de la estructura se realiza en condiciones climticas excepcionalmente fras o calurosas, debe realizarse un ajuste de los componentes para que la construccin vuelva a su posicin de equilibrio, cuando la temperatura vuelva a su valor normal.

Casos de incendio Es posible que tambin sea necesario garantizar la expansin libre de la estructura de acero en caso de incendio, con el fin de ofrecer una mejor estabilidad a los componentes de la estructura.

3. Tratamiento de las juntas de dilatacin La funcin principal de las juntas de dilatacin es absorber los efectos de la expansin trmica durante la vida til del diseo. Sin embargo, si es necesario tambin pueden actuar como otros tipos de junta:

Juntas de construccin: Juntas de compactacin: El diseo de las juntas de dilatacin debe tener en cuenta lo siguiente:

Arquitectura del edificio Geometra local y global Fuerzas o reacciones transferidas a travs de la junta Desplazamientos especificados y notaciones en una o ms direcciones. En la mayora de las estructuras de acero, la junta de dilatacin divide el edificio en dos bloques. Es posible adoptar varios mtodos en la ubicacin de la junta, segn se indica en las secciones 3.1 a 3.3.

3.1 Doble prtico en el emplazamiento de la junta de dilatacin.

El prtico o la viga principal se duplica en los dos lados de la junta de dilatacin, segn se muestra en la Figura 3.1.

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< 50 m < 50 m < 50 m < 50 m

50 < L < 200 m

(1)

Leyenda:

1 junta de dilatacin Nota: la longitud de dilatacin de 50 m es adecuada para los climas continentales; es posible alcanzar los 75 m para climas ms templados.

Figura 3.1 Ubicacin tpica de los arriostramientos en un edificio largo

Se incluyen correas con mnsulas con una separacin suficiente para acomodar la dilatacin especificada.

2

1

3

1

2

3

Con abrazadera Sin abrazadera Leyenda:

1 Distancia entre los ejes de las estructuras aporticadas 2 Contraccin mxima 3 Lnea central de la junta de dilatacin Nota: Es recomendable que las abrazaderas tengan correas conformadas en fro de espesor delgado. Pueden omitirse cuando se utilizan correas laminadas en caliente de mayor espesor.

Figura 3.2 Estructuras aporticadas dobles en la junta de dilatacin

Ventajas Capacidad para absorber los desplazamientos horizontales y verticales importantes, Uso de uniones y juntas convencionales entre los elementos de la estructura, Capacidad para separara las dos partes del edificio para el estado lmite de resistencia al

fuego. Se puede levantar rpidamente un muro cortafuegos junto a la junta de dilatacin.

Soluciones recomendadas en zonas ssmicas (en este caso la junta debe satisfacer las normas de diseo para zonas ssmicas en relacin con el espacio entre los bloques.

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Inconvenientes: Modificacin del reticulado del edificio, Duplicacin de los trabajos de cimentacin, Requiere un prtico adicional Consecuencias importantes del diseo de las juntas que se utilizarn para cerramientos,

cubiertas y sellado

Costes elevados. Al igual que en todas las juntas de dilatacin, es importante disear cuidadosamente los cerramientos y las cubiertas para evitar la entrada del agua y maximizar la estanqueidad.

3.2 Unin con agujeros acanalados

21

Con abrazadera

2

1

Sin abrazadera

Leyenda: 1 Junta de dilatacin 2 Mxima dilatacin

Figura 3.3 Uniones con agujeros acanalados

Ventajas economa de material fabricacin sencilla bajos costes Posibilidad de insertar una placa de acero inoxidable entre las dos chapas de P.T.F.E

(p. ej. Tefln y entre los dos componentes de la estructura para garantizar un mejor deslizamiento.

Inconvenientes: Desplazamientos muy pequeos Ajuste delicado en la posicin inicial del tornillo en el orificio acanalado, No recomendado para zonas ssmicas. Pgina 7


Al igual que en todas las juntas de dilatacin, es importante disear cuidadosamente los cerramientos y las cubiertas para evitar la entrada del agua y maximizar la estanqueidad.

3.3 Uso de apoyos especiales Si se transmiten cargas elevadas en toda la junta de dilatacin, es posible utilizar varios tipos de apoyos estructurales especiales.

Estos apoyos se describen en la normativa europea EN 1337 [3].

A continuacin se describen dos tipos comunes de apoyos.

3.3.1 Apoyos elastomricos Estos sistemas de apoyo, compuestos de elastmero laminado grueso (placas reforzadas de acero pegadas entre capas de elastmero), permiten los desplazamientos horizontales a travs de la deformacin de la capa elastomrica en un paralelogramo.

El grosor del elastmero se calcula segn la carga vertical y los requisitos de rotacin y desplazamientos horizontales.

Cuando los desplazamientos horizontales son importantes, es posible aadir una placa de apoyo en P.T.F.E (p. ej. Tefln y una placa de acero inoxidable para garantizar un mejor deslizamiento.

1

2

3

4

5

Leyenda: 1 Placa de acero 2 Elastmero duro 3 Placa de acero inoxidable 4 Chapa de P.T.F.E (p. ej. Tefln) 5 Elastmero laminado

Figura 3.4 Apoyo elastomrico

Ventajas Capacidad para absorber la rotacin y los pequeos desplazamientos verticales

(asentamiento diferencial de las columnas) en el soporte de la viga.

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Inconvenientes: Diseo costoso de la columna de apoyo Diseo y ejecucin difciles 3.3.2 Apoyos de caja Estos apoyos pueden amortiguar las oscilaciones y vibraciones del interior de la estructura. Segn se muestra en la Figura 3.5, un apoyo de caja puede permitir un deslizamiento unidireccional o multidireccional, as como rotacin en el apoyo. Segn el diseo, los apoyos de caja estn compuestos de una base de apoyo, un amortiguador de compresin, un pistn (con gua si se impide el movimiento en una direccin) y una placa de deslizamiento.

1 2 3 4 5 6 7

Leyenda: 1 Cua de gua de acero 2 Placa de acero superior 3 Chapa de acero inoxidable 4 Chapa de P.T.F.E (p. ej. Tefln) 5 Pistn de acero 6 Pastilla elastomrica 7 Caja de acero

Figura 3.5 Apoyo elastomrico

Ventajas Diseo para puentes y estructuras de construccin que soportan cargas muy elevadas. Inconvenientes: Costes elevados. Se utiliza rara vez en edificios debido a su costes elevados y cargas relativamente bajas.

4. Referencias 1 EN 1991-1-5: Eurocdigo 1: Acciones sobre estructuras Parte 1-5: Acciones generales

Acciones trmicas

2 EN 1993-1-1: Eurocdigo 3 : Proyecto de estructuras de acero Parte 1.1 : Reglas generales y reglas para edificacin.

3 EN 1337: Apoyos estructurales (en 11 partes) Pgina 9


Registro de calidad TTULO DEL RECURSO Proyecto bsico: Juntas de dilatacin en edificios de acero

Referencia(s)

DOCUMENTO ORIGINAL

Nombre Compaa Fecha

Creado por Valrie LEMAIRE CTICM 9/12/2005

Contenido tcnico revisado por Alain BUREAU CTICM 9/12/2005

Contenido editorial revisado por

Contenido tcnico respaldado por los siguientes socios de STEEL:

1. Reino Unido G W Owen SCI 2/03/06

2. Francia A Buread CTICM 2/03/06

3. Suecia A Bolsn SBI 2/03/06

4. Alemania C Mller RWTH 2/03/06

5. Espaa J Chica Laven 2/03/06

Recurso aprobado por el Coordinador tcnico

G W Owen SCI 9/06/06

DOCUMENTO TRADUCIDO

Traduccin realizada y revisada por: eTeams International Ltd. 10/05/06

Recurso de traduccin aprobado por: F Rey Labein 24/05/06

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1. ContextoLas flechas indican las fuerzas de compresin donde est limitada la expansin.Figura1.1 Efectos de expansin limitada en un edificio largo1 = junta de separacinFigura1.2 Separacin de un edificio en bloques

2. Efectos de la variacin de temperatura2.1 Diseo de edificios industriales tpicos de acero Posicin del arriostramiento vertical:Figura2.1 Distribuciones de arriostramiento NO recomendadasFigura2.2 Disposiciones recomendadas de arriostramiento

2.2 Casos particulares

3. Tratamiento de las juntas de dilatacin3.1 Doble prtico en el emplazamiento de la junta de dilatacin.Leyenda:1 junta de dilatacinFigura3.1 Ubicacin tpica de los arriostramientos en un edificio largoFigura3.2 Estructuras aporticadas dobles en la junta de dilatacinVentajasInconvenientes:

3.2 Unin con agujeros acanaladosFigura3.3 Uniones con agujeros acanaladosVentajasInconvenientes:

3.3 Uso de apoyos especiales3.3.1 Apoyos elastomricosFigura3.4 Apoyo elastomricoVentajasInconvenientes:

3.3.2 Apoyos de cajaFigura3.5 Apoyo elastomricoVentajasInconvenientes:

4. Referencias1 EN 1991-1-5: Eurocdigo 1: Acciones sobre estructuras Parte 1-5: Acciones generales Acciones trmicas2 EN 1993-1-1: Eurocdigo 3 : Proyecto de estructuras de acero Parte 1.1 : Reglas generales y reglas para edificacin.3 EN 1337: Apoyos estructurales (en 11 partes)

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