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SUPERVISIÓN E INSPECCIÓN EN ESTRUCTURAS DE ACERO

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on 27 November 2013

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SUPERVISIÓN E INSPECCIÓN EN ESTRUCTURAS DE ACERO
1. RNE: NORMA TÉCNICA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS
CONSIDERACIONES GENERALES
ACCIONES DE LA SUPERVISIÓN
RNE NORMA E-090 - CAPÍTULO 13
1. DEFINICIÓN DE ACERO ESTRUCTURAL
El término acero estructural se referirá a aquellos elementos de acero de sistemas estructurales de pórticos y reticulados que sean parte esencial para soportar las cargas de diseño.
Se entiende como este tipo de elementos a: vigas, columnas, puntales, bridas, montantes y otros que intervienen en el sistema estructural de los edificios de acero. Para el diseño de secciones dobladas en frío o perfiles plegados se recomienda utilizar las Normas del
American Iron and Steel Institute (AISI)
.
LIMITES DE APLICABILIDAD
2. TIPOS DE CONSTRUCCIÓN
Tres son los tipos de construcciones aceptables bajo los alcances de esta Norma:

Tipo 1
, comúnmente denominado pórtico rígido (pórtico continuo), el cual asume que las conexiones entre vigas y columnas son suficientemente rígidas para mantener sin cambios los ángulos entre elementos que se interceptan.

Tipo 2
, conocido como pórtico simple (no restringido), que asume una condición de apoyo simple en sus extremos mediante conexiones sólo por corte y que se encuentran libres de rotar por cargas de gravedad.

Tipo 3
, denominado pórtico semirrígido (parcialmente restringido) que asume que las conexiones entre elementos poseen cierta capacidad conocida de rotación, que se encuentra entre la conexión rígida del Tipo1 y la conexión simple del Tipo 2.
MATERIAL
Acero Estructural
Designaciones ASTM
Acero no Identificado
Perfiles Pesados
Fundiciones y Piezas Forjadas de Acero
Pernos, Arandelas y Tuercas
Pernos de Anclaje y Varillas Roscadas


La vulnerabilidad de las estructuras suele reflejase a través de patologías que aparecen en las edificaciones, ocasionando múltiples efectos, desde pequeños daños y molestias para sus ocupantes, hasta grandes fallas que pueden causar el colapso de la edificación o parte de ella.
La diversidad de patologías que se manifiestan en las edificaciones es infinita; además de ser un tema muy complejo. Difícilmente se logra determinar con precisión, las causas o motivos de muchas de las manifestaciones que presentan las estructuras; en muchos casos ni siquiera la experiencia de un experto es suficiente para dar una respuesta totalmente certera. Por ejemplo, las causas de aparición de una grieta en una edificación, pueden ser múltiples; algunas veces es posible identificarlas fácilmente, pero otras veces no lo es.
Una manera sencilla de clasificar las patologías que se presentan en las edificaciones, es subdividiéndolas según su causa de origen. De acuerdo a esto, las patologías pueden aparecer por tres motivos: Defectos, Daños o Deterioro.
PATOLOGIAS EN LAS EDIFICACIONES
PATOLOGÍAS EN LAS ESTRUCTURAS
Clasificación general de patologías en las estructuras.
DEFECTOS Y DAÑOS EN LA CONSTRUCCIÓN
ESTRUCTURAS DE ACERO
El acero es considerado uno de los materiales estructurales mas versátiles teniendo en cuenta los aspectos de gran resistencia y ductilidad como resultado de ello se tienen estructuras compuestas por elementos de secciones relativamente esbeltas. Esta característica ha dado lugar a estandarizar la forma de las secciones para optimizar el uso del material de manera económica.
OTRAS SECCIONES
FABRICACIÓN DE TUBOS
ELEMENTOS
COLUMNAS
Las columnas son elementos que trabajan principalmente a carga axial de compresión o esta combinada con flexión. Los perfiles con los que se forman las columnas generalmente son perfiles W, tubo circular, tubo cuadrado, combinación de perfiles C (canales) y a veces una combinación de angulares, Es importante determinar las conexiones de extremo, excentricidades de carga, y en casos de columnas altas la esbeltez, que juega un papel importante en el desempeño del elemento.
VIGAS
Las vigas son elementos horizontales, en algunos casos inclinados e incluso pueden ser verticales, cuya función es transmitir cargas que producen principalmente flexión. Los perfiles mas apropiados para las vigas son los perfiles W, S y C.
ARRIOSTRES
Son elementos diagonal, formando triángulos en la estructura. Los arriostres, trabajan a carga axial de tensión o de compresión, evitando el ladeo de la estructura. Los perfiles mas apropiados para formar los arriostres son perfiles W, S, C, y angulares.
MIEMBROS A TENSIÓN
Los miembros a tensión se encuentran sometidos únicamente a carga axial de tensión. Los perfiles comúnmente usados son perfiles W, S, C, angulares y barras. Es común encontrarlos en armaduras, sistemas de arriostre y en miembros utilizados como tirantes.
CABLES
Son miembros flexibles que pueden ser únicamente sometidos a tensión, consisten en uno o mas grupos de alambres, torones o cuerdas. Un torón esta formado de alambres dispuestos en forma helicoidal al rededor de un alambre central para producir una sección simétrica, de la misma manera un cable es un grupo de torones colocados en forma helicoidal al rededor de un núcleo central que esta compuesto de un corazón de fibras o de otro toron.
SISTEMAS ESTRUCTURALES
MARCOS RÍGIDOS
Están formados por vigas y columnas con uniones rígidas capaces de transmitir momento flector. Las fuerzas verticales y horizontales son resistidas por acción del marco, en el cual las vigas y columnas trabajan a flexión o a flexocompresión. la unión viga-columna puede estar hecha por medio de soldadura o pueden ser uniones pernadas, remachadas o una combinación de soldadura y pernos. Este tipo de marcos puede ser de uno o varios pisos.
MARCOS ARRIOSTRADOS
MARCOS CON MUROS DE CONCRETO O DE MAMPOSTERÍA
Este tipo de estructuras poseen marcos rígidos de acero en una dirección, con cerramiento de la edificación usando muros de concreto usando muros de concreto o muros de mampostería. Es importante determinar si estos muros forman parte del sistema estructural, en cuyo caso son utilizados parcial o totalmente para resistir las fuerzas laterales. En caso contrario tales muros serán tomados como elementos secundarios.
ARMADURAS TRIDIMENSIONALES
Es un sistema de barras en el espacio, unidas entre si por sus extremos con articulaciones, de manera que forman una estructura espacial rígida. Sus elementos están dispuestos de manera que las cargas se aplican en los nudos o juntas y teóricamente solo producen tensión o compresión axiales en los miembros.
TECHOS O CUBIERTAS
Es muy común encontrar cubiertas con armaduras de acero o simplemente de vigas inclinadas, como elementos que soporten las cargas del techo. Las armaduras o vigas generalmente están conectadas entre si por medio de tensores formando un diafragma horizontal y frecuentemente descansan sobre muros de mampostería con columnas de concreto. en otros casos se apoyan en estructuras principales de acero. Sobre las armaduras o vigas inclinadas descansan las costaneras que son las que reciben la cubierta (que pueden ser laminas metálicas, fibrocemento, elementos de concreto, etc.) y la carga viva.
GRADAS
Son un arreglo de vigas inclinadas que van de un piso inferior al piso superior, sobre los que se apoyan los peldaños (de acero, de madera o de concreto). cuando están apoyadas sobre el suelo están fijadas a un cimiento de concreto y generalmente están apoyadas en vigas en el nivel superior unidas por medio de pernos o soldadura
Al igual que los marcos rígidos, los marcos arriostrados estan formados por vigas y columnas, teniendo adicionalmente elementos en diagonal formando triangulos en la esructura. Los nudos pueden ser articulados. Los arriostres, miembros diagonales, trabajan a carga axial de tension o de compresion, evitando el ladeo de la estructura. La colocacion de los elementos diagonales puede ser en X, K ó V como se muestra a continuacion.
Un caso frecuente de marcos arriostrados se muestra en la siguiente figura en donde los elementos en diagonal están situados en el plano inclinado del techo (formando diafragma) y en la dirección perpendicular al marco rígido formando diafragmas verticales. Los elementos en diagonal están diseñados para que resistan las fuerzas laterales por medio de tensión axial y son llamados comúnmente tensores.
ARMADURAS
Una armadura esta formada por un grupo de miembros (también llamados barras) que forman uno o mas triángulos, en un solo plano, y están dispuestos de manera que las cargas externas se aplican en los unos o juntas y teóricamente solo producen tensión o compresión axiales en los miembros.
ENTREPISOS
La utilización de elementos de acero combinados con otros materiales, tales como concreto, madera, etc., para la construcción de entrepisos, es de uso bastante frecuente. Generalmente los entrepisos están formados con un sistema de vigas de carga apoyadas sobre columnas, paredes, armaduras, etc., sobre las que se apoya una serie de vigas de menor dimensión, llamadas viguetas o vigas secundarias. Como vigas secundarias pueden usarse joists que son vigas de alma abierta. Sobre estos elementos descansa el piso que puede ser de tablones de madera, losetas prefabricadas de concreto o una losa de concreto o una losa de concreto fundida en el lugar.
DESCRIPCIÓN DE FALLAS: COLUMNAS
DESCRIPCIÓN DE FALLAS: UNIÓN VIGA - COLUMNA
DESCRIPCIÓN DE FALLAS: ARRIOSTRES
DESCRIPCIÓN DE FALLAS: VIGAS
DESCRIPCIÓN DE FALLAS: ARMADURAS
DESCRIPCIÓN DE FALLAS: GRADAS
DESCRIPCIÓN DE FALLAS: CABLES
DEFECTOS
son aquellas relacionadas con las características intrínsecas de la estructura, son los efectos que surgen en la edificación producto de un mal diseño, una errada configuración estructural, una construcción mal elaborada, o un empleo de materiales deficientes o inapropiados para la obra. Para evitar los defectos en las edificaciones, es necesaria la intervención de personal capacitado y honrado durante la elaboración y ejecución del proyecto. Es decir, estas patologías deben ser evitadas, controladas y corregidas por personas expertas.
DEFECTOS
DISEÑO
MATERIALES
CONSTRUCCIÓN
DAÑOS
son las que se manifiestan durante y/o luego de la incidencia de una fuerza o agente externo a la edificación. Los daños pueden ser producto de la ocurrencia de un evento natural, como un sismo, una inundación, un derrumbe, entre otros. Pero también pueden aparecer daños en las estructuras causados por el uso inadecuado de las mismas, por ejemplo el caso en el que la edificación es obligada a soportar un peso superior al que fue concebido inicialmente (sobrecarga). Los daños muchas veces son inevitables, pero se pueden disminuir; no podemos impedir que ocurra un evento natural, pero sí podemos hacer que éste no se convierta en un desastre. Se deben concebir estructuras menos vulnerables, evitando los defectos en el diseño, materiales y construcción.

DAÑOS
SOBRECARGAS
SISMOS
FUEGO
DESLIZAMIENTO DE TIERRA
SUSTANCIAS QUÍMICAS
DETERIORO
Las obras generalmente se diseñan para que funcionen durante una vida útil, pero con el transcurrir del tiempo, la estructura va presentando manifestaciones que deben ser atendidas con prontitud. La exposición al medio ambiente, los ciclos continuos de lluvia y sol, el contacto con sustancias químicas presentes en el agua, en el aire, en el entorno; hacen que la estructura se debilite continuamente. Por esta razón es de vital importancia para las edificaciones, un adecuado y permanente mantenimiento, que ayuda a prevenir el deterioro normal e inevitable causado por el tiempo.

DETERIORO
EXPOSICIÓN AMBIENTAL
VARIACIÓN DE TEMPERATURA
CORROSIÓN DEL ACERO
TRANSCURRIR DEL TIEMPO
Verificar que los materiales que se reciben en obra son almacenados y manipulados adecuadamente.

Verificar que los materiales son nuevos, sin daños y no presentan deformaciones. Rechazar todo material que no cumpla las especificaciones.
Verificar que todo el acero se almacene aislado del suelo y cubierto para evitar que su contacto con el agua.

Verificar que el material que va a ser soldado esté libre de materiales que puedan dañar la adherencia de la soldadura.
Verificar que los electrodos utilizados sean los apropiados de acuerdo a las especificaciones o al tipo de material a soldar.

Mantener inspección constante durante el proceso de soldadura y rechazar toda aquella que presente exceso de carbón o que no se ejecute conforme a lo especificado.
No permitir la unión definitiva de los elementos hasta tanto se haya verificado su horizontalidad, verticalidad e inclinación, de acuerdo al proyecto.

Verificar la colocación de arandelas en las uniones apernadas, sobre todo si están sometidas a esfuerzos dinámicos o vibraciones, además, que se hallan colocado cupillas, contratuercas o cualquier otro procedimiento que permita el aseguramiento del perno.
Verificar que las vigas metálicas, columnas, cartelas u elemento de acero que no quedará embutido en concreto, sea pintado de acuerdo con lo establecido en las especificaciones.

Verificar que las columnas y las vigas metálicas se fabriquen, ensamblen y se coloquen de acuerdo a lo establecido en los planos, asegurándose de que se han usado los anclajes apropiados y el tipo de material especificado.
Verificar que durante el proceso de fabricación e instalación, los miembros metálicos no sean sometidos a deformaciones por malos manejos o sobrecargas.

Rechazar cualquier elemento de acero que visualmente presente defectos en su alineamiento, grietas o cualquier signo de deformación después de haber sido cortado y preparado para su instalación.
Verificar que todo el óxido, escamas o materiales extraños sean removidos antes de aplicar cualquier capa de pintura y/o anticorrosivo.

Verificar que los andamios sean los apropiados y ofrezcan seguridad a los trabajadores, y que se empleen grúas y demás elementos de carga apropiados para las cargas que se van a movilizar.
COLAPSO DE ESTRUCTURAS DE GALPONES POR ACCIÓN DEL VIENTO
ACCIÓN DEL FUEGO EN LAS ESTRUCTURAS DE ACERO
COLAPSO DE ESTRUCTURAS DE GALPONES POR ACCIÓN DEL VIENTO
Los tipos de fallas observados produjeron en algunos casos daños parciales y en muchos llevaron a la destrucción total de la construcción. Se obtuvieron muchas fotografías de construcciones completamente destruidas, a tal grado que las imágenes no lograban reflejar el mecanismo de falla producido. Del análisis de los tipos de fallas observados y de la repetición de los mismos en muchas estructuras, se desprende que existen falencias comunes que deberían ser corregidas. Estas falencias pueden resumirse en:
Planteo estructural inapropiado para resistir las acciones de viento. Esto se observa a partir de la ausencia total de sistemas de contraviento que sean apropiados para resistir y distribuir los esfuerzos debidos al viento, observándose en cambio elementos para resistir acciones gravitatorias, como es el tensor en los arcos, lo que indica una falta de comprensión del funcionamiento de la estructura y de la trayectoria de los esfuerzos hacia la fundación.
Uso de materiales inapropiados, como por ejemplo la combinación de aceros para hormigón armado no aptos con uniones soldadas.
Dimensiones insuficientes de elementos estructurales, esbelteces excesivas, como por ejemplo columnas, arcos, correas y fundaciones.
Ejecución inadecuada de detalles constructivos: separación excesiva de fijaciones, falta de arandelas, ubicación de uniones en zonas de esfuerzos máximos.
DESCRIPCIÓN DE FALLAS
GRACIAS!!!
MSc Ing. Ricardo Oviedo.
MONTAJE
CONTROL DE CALIDAD
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