DEFECTOS EN LAS ESTRUCTURAS MÉTALICAS

UNIDAD I. DEFECTOS EN LAS ESTRUCTURAS MÉTALICAS

Las Estructuras Metálicas constituyen un sistema constructivo muy difundido en varios países, cuyo empleo suele crecer en función de la industrialización alcanzada en la región o país donde se utiliza. Se elige por sus ventajas en plazos de obra, relación coste de mano de obra – coste de materiales, financiación, etc.

Las estructuras metálicas poseen una gran capacidad resistente por el empleo de acero. Esto le confiere la posibilidad de lograr soluciones de gran envergadura, como cubrir grandes luces, cargas importantes. Al ser sus piezas prefabricadas, y con medios de unión de gran flexibilidad, se acortan los plazos de obra significativamente.

La estructura característica es la de entramados con nudos articulados, con vigas simplemente apoyadas o continuas, con complementos singulares de celosía para arriostrar el conjunto.

En algunos casos particulares se emplean esquemas de nudos rígidos, pues la reducción de material conlleva un mayor coste unitario y plazos y controles de ejecución más amplios. Las soluciones de nudos rígidos cada vez van empleándose más conforme la tecnificación avanza, y el empleo de tornillería para uniones, combinados a veces con resinas.

1.1 ANTECEDENTES

Hubo una época en la que el hombre ignoraba todo sobre el metal. Actualmente sabemos que el calor intenso transforma la malaquita en cobre y que la hematites es uno de los principales minerales del hierro; pero durante la edad de piedra, el hombre explotó estos materiales solo con fines decorativos. En el próximo oriente, donde nació la metalurgia hace más de diez mil años, el hombre de la edad de piedra estaba muy próximo a establecer las primeras civilizaciones urbanas. Alrededor del Creciente Fértil, en las colinas del Mediterráneo oriental y del valle de Mesopotamia, había empezado a vivir sedentariamente y a establecer las primeras comunidades agrícolas. Usaba útiles de piedra, de hueso y de madera extremadamente eficaces que servían para lo que estaban hechos. Incluso el cuchillo de acero más finamente afilado, por ejemplo, no es más agudo que un cuchillo de obsidiana, una roca dura de origen volcánico.

En la Edad Media se empleaban elementos de hierro en las naves laterales de las catedrales. Pero, en verdad, comienza a usarse el hierro como elemento estructural en el siglo XVIII; en 1706 se fabrican en Inglaterra las columnas de fundición de hierro para la construcción de la Cámara de los Comunes en Londres.

El desarrollo de la industria de la fabricación de las estructuras metálicas corre paralelo con el desarrollo de la siderurgia, cuyos orígenes se remontan a l siglo XVIII.

El hierro irrumpe en el siglo XIX dando nacimiento a una nueva arquitectura, se erige en protagonista a partir de la Revolución Industrial, llegando a su auge con la producción estandarizada de piezas. Aparece el perfil "doble T" en 1836, reemplazando a la madera y revoluciona la industria de la construcción creando las bases de la fabricación de piezas en serie. Actualmente el uso del acero se asocia a edificios con características singulares ya sea por su diseño como por la magnitud de luces a cubrir, de altura o en construcciones deportivas (estadios) o plantas industriales.

La metalurgia parece a causa de la compleja tecnología requerida, el desarrollo de este oficio se difundió desde la cuna de la civilización por todo el mundo antiguo. El conocimiento de la metalurgia adquirido por los pueblos del próximo oriente no solo se extendió hacia occidente, al continente europeo y desde allí a las islas británicas, sino también hacia el este, hasta el subcontinente indio, y quizás, por alguna ruta desconocida, hacia China y el sudeste de Asia. Sea cual fuere el modo de expansión del metal, su difusión se vio favorecida por el creciente conocimiento del fuego por parte del hombre, ya que descubrieron que el calor producido por la leña en un lugar cerrado era ideal para la fundición y con ello la extracción de los metales, a partir de sus gangas. La fundición, a su vez permitió extraer mayores cantidades de cobre.

1.1.1 Tipos de materiales utilizados en ingeniería.

Los materiales son las sustancias que componen cualquier cosa o producto .Desde el comienzo de la civilización, los materiales junto con la energía han sido utilizados por el hombre para mejorar su nivel de vida. Como los productos están fabricados a base de materiales , estos se encuentran en cualquier parte alrededor nuestro .Los mas comúnmente encontrados son madera , hormigón , ladrillo , acero , plástico , vidrio , caucho , aluminio , cobre y papel . Existen muchos mas tipos de materiales y uno solo tiene que mirar a su alrededor para darse cuenta de ello. Debido al progreso de los programas de investigación y desarrollo, se están creando continuamente nuevos materiales.

En ingeniería se habla convencionalmente de cinco tipos de materiales:

1. Metales y sus aleaciones. Hasta mediados del siglo X, fueron los materiales de uso masivo para proyectos de ingeniería; y aunque hoy vienen ser desplazados de muchos campos de aplicación por otros materiales, continúan siendo una alternativa muy importante en la selección de materiales.

Los metales se pueden clasifican en:

 Ferrosos: Son aquello que contiene hierro como elemento base, pueden llevar pequeñas porciones de otros. Tipos de minerales de hierro: Magnetita Limonita Siderita Hematites Pureza: 75% 50% 70% 60%. Su temperatura de fusión va desde los 1360ºC hasta los 1425ªC y uno de sus principales problemas es la corrosión.

 No ferrosos: Por lo regular tienen menor resistencia a la tensión y dureza que los metales ferrosos, sin embargo su resistencia a la corrosión es superior. Su costo es alto en comparación a los materiales ferrosos pero con el aumento de su demanda y las nuevas técnicas de extracción y refinamiento se han logrado abatir considerablemente los costos, con lo que su competitividad ha crecido notablemente en los últimos años. Los metales no ferrosos son utilizados en la manufactura como elementos complementarios de los metales ferrosos, también son muy útiles como materiales puros o aleados los que por sus propiedades físicas y de ingeniería cubren determinadas exigencias o condiciones de trabajo, por ejemplo el bronce (cobre, plomo, estaño) y el latón (cobre zinc).

Alguno de los metales de uso corriente son: Hierro (Fe) el cual al igual que la mayoría de los metales no se utiliza solo, sino combinado con otro elemento denominado aleante y que para el caso del hierro es el carbono, formando el compuesto (aleación) conocido como acero; el oro (Au) y la plata (Ag), así como el Cromo, el Níquel, el Vanadio y el Titanio, son algunos ejemplos.

2. Cerámicos. Son compuestos químicos con contenidos de elementos metálicos (Al, Fe, Zn, etc.) y no metálicos (Si, O, N, C). Algunos de los usualmente conocidos son: ladrillo, vidrio, porcelana, alúmina.

Los materiales cerámicos están fabricados por productos inorgánicos (no contienen carbono) de alto punto de fusión.

En Electrotecnia se emplean los materiales cerámicos como aislantes, cuando son necesarias especiales condiciones de resistencia mecánica, de resistencia térmica, etc., junto con las cualidades específicamente dieléctricas. Todos los materiales cerámicos empleados en Electrotecnia tienen una resistencia excepcional al calor, a los cambios de temperatura y a la humedad. No son atacados por los álcalis ni por los ácidos, aun en fuerte concentración, excepción hecha del ácido fluorhídrico.

3. Polímeros. Son esencialmente moléculas orgánicas (C e H), organizadas en cadenas gigantes con elevados pesos moleculares. Algunos de los más utilizados son el polietileno (bolsas de la basura), cloruro de polivinilo (empleado en algunas telas sintéticas), y el polietilenterftalato PET (como recipiente de gaseosas y bebidas).

Se pueden clasificar en:

 Termoplásticos. Son materiales rígidos a temperatura ambiente, pero se vuelven blandos y moldeables al elevar la temperatura, por lo que se pueden fundir y moldear varias veces, sin que por ello cambie sus propiedades, esto los hace reciclables. Son termoplásticos debido a que sus cadenas, sean lineales o ramificadas, no están unidas, o sea, presentan entre sus cadenas “fuerzas” intermoleculares, que se debilitan con un aumento en la temperatura, provocándose el reblandecimiento. Están presentes en el poliestireno, el polietileno; la seda, la lana, el algodón (fibras naturales), el poliéster y la poliamida (fibras sintéticas).

 Termofijos. Son materiales rígidos, frágiles y con cierta resistencia térmica. Una vez que son moldeados no se pueden volver a cambiar en la que a forma respecta, porque no se ablandan cuando se calientan, volviéndolos esto no reciclables. Son termoestables porque sus cadenas están interconectadas por medio de ramificaciones que son más cortas que las cadenas principales. La energía calórica es la principal responsable del entrecruzamiento que da una forma permanente a este tipo de plásticos y es por esto que no pueden volver a procesarse. Los encontramos en la baquelita, el PVC y el plexiglás.

 Elastómeros. Pueden ser estirados entre un 500% y un 1.000% y aun así volver a su longitud original sin haber sufrido rotura alguna. Al fin y al cabo, la elongación es el cambio de forma que sufre un polímero cuando es sometido a tensión; es la capacidad de estiramiento sin que se rompa.

4. Semiconductores. Son materiales que se comportan como aislantes eléctricos, pero que al cambiarles algunas condiciones

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