Estructura en Acero.
Mediante procesos metalúrgicos, el metal se suaviza y se convierte en un material trabajable, y su facilidad de moldura a temperaturas altas, sin lugar a dudas su característica más peculiar.
Desarrollo en la fabricación de las estructuras metalúrgicas En Colombia.
a. Los
protagonistas.
- La industria
Sider rgica. El desarrollo de la industria de la fabricación de las
estructuras metálicas corre paralelo con el desarrollo de la siderurgia en el
país cuyos orígenes se remontan a las últimas décadas del siglo XVIII, cuando
el virrey Caballero .La venida de un grupo de técnicos alemanes para prospectar
los yacimientos de mineral de hierro existentes en la región de Pacho
(Cundinamarca) y establecer allá primera "ferrer a" del país ,
la cual, en 1835, ya contaba con una capacidad de producir 3.5 toneladas
diarias de hierro colado. A pesar de la inestabilidad política y las vicisitudes
económicas de los gobiernos de esa época, se mantiene el desarrollo de las
actividades relacionas con la minería y la transformación del mineral hierro.
Hacia mediados del Siglo XIX, la Ferrera de Pacho ya ha consolidado su
producción a 3.5 toneladas diarias y se han establecido varias instalaciones
competidoras.
(Antioquia)
Las
aplicaciones iniciales al campo de las estructuras de acero, de las cuales hay
muy limitado registro histórico restringidas por la abundancia de maderas en el
país y por la relativa facilidad de importar piezas fabricadas en el extranjero
lo cual permite la solución eficaz de los problemas. El uso estructural del
hierro, y posteriormente del acero, se inicia en forma de herrajes para
estructuras de madera y para puentes colgantes. A pesar de la
industrialización, gracias a los técnicos.
La falta de
suficiente tecnología para competir con productos importados y la dificultad en
comercializar, transportar el producto final a su destino, en la post-guerra de
los años, cuando se reorganiza la sociedad mundial, comenzando a sentirse el
enorme peso de la dependencia de mercados extranjeros, la legislatura de la
poca establece las primeras leyes para incentivar el sector. En 1931 se crea el
primer Arancel de Aduandas y se aprueba la ley por la cual el estado asume las
funciones de prospectar, fomentar y organizar la industria.
Acero.
Los dos componentes principales del acero se encuentran en abundancia en la naturaleza, lo que favorece su producción a gran escala. Esta variedad y disponibilidad lo hace apto para numerosos usos como la construcción de maquinaria, herramientas, edificios y obras públicas contribuyendo al desarrollo tecnológico de las sociedades industrializadas.4 A pesar de su densidad (7850 kg/m³ de densidad en comparación a los 2700 kg/m³ del aluminio, por ejemplo) el acero es utilizado en todos los sectores de la industria, incluso en el aeronáutico, ya que las piezas con mayores solicitaciones (ya sea a impacto o fatiga) sólo pueden aguantar con un material como el acero.
HISTORIA.
Se desconoce la fecha exacta en que se descubrió la técnica
para obtener hierro a
partir de la fusión de minerales. Sin embargo, los primeros restos arqueológicos de
utensilios de hierro datan del 3000 a. C. y fueron descubiertos en Egipto, aunque
hay vestigios de adornos anteriores.
El hierro para uso industrial fue descubierto hacia el año
1500 a. C., en Mezamor y el monte Ararat,
en Armenia.12 La tecnología del
hierro se mantuvo mucho tiempo en secreto, difundiéndose extensamente hacia el
año 1200 a. C.
Los métodos antiguos para la fabricación del acero
consistían en obtener hierro dulce en el horno, con carbón
vegetal y tiro de aire, con una posterior expulsión de las escorias por martilleo y carburación
del hierro dulce para cementarlo. Luego se perfeccionó la cementación fundiendo
el acero cementado en crisoles de arcilla y en Sheffield (inglaterra) se obtuvieron, a partir de 1740, aceros de crisol.
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| Vemos como la tecnología avanza y con esto nos permite observar grandes obras arquitectónicas peculiares de este material, así como los procesos que conlleva ya que hoy en día es más factible su uso y transporte. |
CLASIFICACIÓN DEL ACERO.
Según el modo de fabricación
acero eléctrico
acero fundido
acero calmado
acero efervescente
acero fritado
Según el modo de trabajarlo
acero moldeado
acero Laminado.
Según la composición y la estructura
aceros ordinarios
aceros aleados o especiales
Los aceros aleados o especiales contienen otros elementos,
además de carbono, que modifican sus propiedades. Éstos se clasifican según su
influencia:
Elementos que aumentan la dureza: Fósforo, Níquel, Cobre,
Aluminio. En especial aquellos que conservan la dureza a elevadas temperaturas:
Titanio, Vanadio, Molibdeno, Wolframio, Cromo, Manganeso y Cobalto
.
Elementos que limitan el crecimiento del tamaño de grano:
Aluminio, Titanio y Vanadio.
Elementos que determinan en la templabilidad: Aumentan la
templabilidad: Manganeso, Molibdeno, Cromo, Níquel y Silicio. Disminuye la
templabilidad: el Cobalto.
Elementos que modifican la Resistencia a la Corrosión u
Oxidación: Aumentan la Resistencia a la oxidación: Molibdeno y Wolframio.
Favorece la resistencia a la Corrosión: El Cromo.
Elementos que modifican las temperaturas críticas de
transformación: Suben los puntos críticos: Molibdeno, Aluminio, Silicio,
Vanadio, Wolframio. Disminuyen las temperaturas críticas: Cobre, Níquel y
Manganeso. En el caso particular del Cromo, se elevan los puntos críticos
cuando el acero es de alto porcentaje de Carbono pero los disminuye cuando el
acero es de bajo contenido de Carbono.
Según los usos
acero para imanes o magnético
acero autotemplado
acero de construcción.
acero de corte rápido
acero de decoletado
acero de corte
acero indeformable
acero inoxidable.
acero de herramientas
acero para muelles
acero refractario
acero de rodamientos
Tipos de varillas comerciales y perfiles de vigas de acero.
Tipos de varillas comerciales y perfiles de vigas de acero.
CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS Y
TECNOLÓGICAS DEL ACERO.
Su densidad media es de 7850 kg/m³.
En función de la temperatura el acero se puede contraer,
dilatar o fundir.
El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcentajes
de elementos aleantes. El de su componente principal, el hierro es
de alrededor de 1.510 °C en estado puro (sin alear). Su punto de ebullición es
de alrededor de 3.000 °C16.
Es un material muy tenaz,
especialmente en alguna de las aleaciones usadas para fabricar herramientas.
Relativamente dúctil.
Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres.
Es maleable.
Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata.
La hojalata es una lámina de acero, de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor,
recubierta, generalmente de forma electrolítica.
La corrosión es
la mayor desventaja de los aceros ya que el hierro se oxida con
suma facilidad incrementando su volumen y provocando grietas superficiales que
posibilitan el progreso de la oxidación hasta que se consume la pieza por
completo. Tradicionalmente los aceros se han venido protegiendo mediante tratamientos superficiales diversos.
TRATAMIENTOS DEL ACERO
Los tratamientos superficiales más usados son los
siguientes:
Cincado: tratamiento superficial antioxidante por proceso electrolítico o mecánico al que se somete a diferentes
componentes metálicos.
Cromado: recubrimiento superficial para proteger de la
oxidación y embellecer.
Galvanizado: tratamiento superficial que se da
a la chapa de acero.
Niquelado: baño de níquel con
el que se protege un metal de la oxidación.
Pavonado: tratamiento superficial que se da a piezas pequeñas
de acero, como la tornillería.
Pintura: usado especialmente en
estructuras, automóviles, barcos, etc.
MECANIZADO DEL ACERO.
ACERO LAMINADO.
La forja es el proceso que modifica la forma de los metales
por deformación plástica cuando se somete al acero a una presión o a una serie
continuada de inpactos. La forja generalmente se realiza a altas temperaturas
porque así se mejora la calidad metalúrgica y las propiedades mecánicas del
acero.
El sentido de la forja de piezas de acero es reducir al
máximo posible la cantidad de material que debe eliminarse de las piezas en sus
procesos de mecanizado.
ACERO CORRUGADO
Las barras de acero corrugados se producen en una gama de
diámetros que van de 6 a 40 mm, en la que se cita la sección en cm² que
cada barra tiene así como su peso en kg.
Las barras inferiores o iguales a 16 mm de diámetro se
pueden suministrar en barras o rollos, para diámetros superiores a 16 siempre
se suministran en forma de barras.
Las barras de producto corrugado tienen unas
características técnicas que deben cumplir, para asegurar el cálculo
correspondiente de las estructuras de hormigón armado.
PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO.
Resistencia al desgaste; es la que ofrece un material al
dejarse erosionar cuando está en contacto de fricción con otro material.
Tenacidad; Capacidad
del material para absorber energía sin producir fisuras (resistencia al
impacto).
Maquinabilidad; es la facilidad de que posee un material de
permitir el proceso de mecanizado por arranque de viruta.
Dureza: dureza que ofrece un acero para dejarse penetrar.
Se mide en unidades Brinell “Hn” o unidades Rockwell C “HRC”, mediante el test
del mismo nombre.
Les cito estas fuentes de información donde pueden consultar los tratamientos del acero.
Trabajos en metal, como se obtiene el acero, etc..
http://tallereducacional.wordpress.com/trabajos-con-metales/
Pdf de consulta para uniones y adherencias con el hormigón, así como sus respectivos calculos de numero de varilla a utilizar para ser más eficientes.
Aplicación de la Estructura Metálica en Arquitectura.
Caso análogo 1.
Proyecto; La nave de Acero de Libeskind, "en construcción". Museo.
Arquitecto; Daniel Libeskind.
Construido en Wuhan, donde nace la industria moderna del acero en china, emplazando esta monumental obra de arquitectura.
El complejo museístico Zhidong Zhang rendirá homenaje a la cuna del hierro de la ciudad y la cultura de acero, así como sera un valor turístico al lugar de fabricación del rifle "hanyang-made".
La forma del museo corresponde a un volumen de una geometría regular, ya que esto a sido algo muy peculiar en la arquitectura de Libeskind, apoyando su estructura sobre dos "pilares programáticos"
El edificio de acero está siendo construido en estos momentos y piensa estar terminado para el próximo año.
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| Una vista interior de esta gran obra arquitectónica en la que destaca sus materiales constructivos, no obstante cabe mencionar que también maneja la estética en ambos aspectos de cada proyecto, definiéndola como una escultura la cual se debe ir tallando, sin sobrecargar los espacios.
Estructura.
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| Sin lugar a dudas una obra que destaca el uso del acero ya que este le permite moldear cada una de sus formas y así conseguir su volumetría final, apoyándola sobre "pilares programáticos", y reforzando cada una de sus piezas con joist. |
Caso análogo 2.
Proyecto; La casa que nació de la nada por ALT, Arquitectura.
Arquitecto; Martin House.
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| Casa Unifamiliar a simple vista asemeja una caja que parece flotar sobre el suelo proyectada por está empresa de Arquitectura, en madrid. Esta obra estructural se consigue debido los dos cuerpo diferenciados que forman la vivienda, inferior, ligado al terreno, y el superior apoyado sobre él. |
 El cuerpo inferior está compuesto de hormigón armado y se trasdosa al interior, siendo las zonas que no están en contacto con el terreno, con placas de cartón yeso y lana de arena de roca en su interior. El cuerpo superior se resuleve mediante una estructura de acero laminado, que se fabricó en taller y se transporto en partes completas que se montaron en obra en un solo día, gracias a la facilidad de manejo de este material. |
Este equipo de arquitectos diseño está fachada especial, revestida por planchas metálicas de 2 x 1m y 3mm de espesor, que se colocaron mediante remaches a una sub-estructura tubular de 60 x 40. logrando de está forma un sello hermético al aplicar remaches, la estructura lleva en su cara de contacto con la chapa una cinta de neopreno.
Las chapas se protegieron mediante varias capas de minio y barniza de poliuretano, finalmente sieindo lacadas al horno con pintura oxiron.
Planchas de neopeno.
  
Las ventanas son de acero laminado según detalla ALT, así como el lucernario. La lámpara que se ubica sobre esta mesa es un diseño propio del estudio y se elaboró con un perfil en "U" de acero inoxidable espejado, suspendida del techo con un hilo de pescar atunes.
"Es una caja negra que aboserbe la luz, sin remates en las aristas, con agujeros en lugar de ventanas. Huye también de la proporción, su geometría es estrictamente la que demanda la función interna, tiendo a ser formalista en mi arquitectura, pero aquí quise enfocarlo como algo que sale de la nada, como si nunca hubiera estudiado arquitectura. No es una casa, es una escultura, no se muy bien que es, ni me interesa saberlo. Y eso me crea un desasosiego que me ayuda a seguir adorando mi profesión".
 
Fuentes de consulta;
Detalles constructivos.
http://www.arquitecturaenacero.org/soluciones-constructivas/23-estructura
Marco teórico y conceptualización de los sistemas estructurales en acero.
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Perfiles comerciales en Acero.
Aplicación Estructural del Acero.
Aplicación de conceptos con la finalidad de propiciar más la observación de todo tipo de anclaje y la posición de los pernos ya que esto incide en la facilidad de trabajo, permitiendo así la fluidez del mismo. En esta visita se hizo el recorrido de un estacionamiento con una capacidad de 1540 parqueos, siendo absolutamente en estructura metálica.
Estructura tipo Howe en Acero.
A partir de nuestra tan peculiar cercha se hace las aproximaciones más cercanas a la realidad con los pesos y cada una de las piezas que se permiten diseñar. Para la conclusión del ejercicio se trabaja con la pieza de mayor tamaño ya que mantiene mayor integración al conjunto y sus ensamblajes son más eficientes.
Debemos llevar a cabo la factorización de nuestras cargas ya que debemos manejarlas todas en una sola unidad como este caso lb/plg2, definir nuestra luz a cubrir y visualizar bien las cargas que se están aplicando a lo largo de nuestra cercha ya que esto nos dará como resultado nuestro Mmax, quien sera el protagonista para la resistencia de nuestra pieza y definira por completo las dimensiones de un todo.
Tablas de Consulta para ejercicios y pre-dimensionamiento de piezas circulares, rectangulares y cuadradas.
Piezas rectangulares y cuadradas.
Piezas circulares
Cito unas fuentes de consulta para diseño de columnas en acero.
Diseño de una gasolinera.
A continuación unos esquemas de la propuesta sobre la gasolinera.
Esta Gasolinera propuesta como una arquitectura moderna con la finalidad de romper el temor y atrevimiento a utilizar formas más orgánicas o la combinación de líneas verticales, horizontales e inclinadas, tal se presenta este caso como un tipo de arquitectura en origami, pero a simple vista podemos apreciar que podría ser dificultoso su construcción.
Cabe mencionar que el proyecto se modula a base de triángulos apoyados en 4 columnas las cuales son cuadradas en su totalidad, revestidas de un acabado en madera para conseguir está forma y estética de nuestra propuesta arquitectónica.
Diseñada a partir de vigas principales que encierran el marco y las secundarias que se apoyan sobre las mismas así mismo un tipo de rejillas que permita el amarre entre piezas y lograr la colocación del acabado en madera.
Links de consulta para diseño de armaduras en sus esfuerzos de compresión y tensión.
http://www.buenastareas.com/ensayos/Dise%C3%B1o-De-Armaduras/5256713.html
http://www.buenastareas.com/ensayos/Dise%C3%B1o-De-Armadura/1380109.html
Tesis.
http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/8196/Capitulo3.pdf
http://e-archivo.uc3m.es/bitstream/handle/10016/7572/PFC_Marta_Perez_Rodriguez.pdf;jsessionid=F11061A60BBAF5B9612E2EF1D1D1ECD1?sequence=1
Tipos de armadura.
http://www.buenastareas.com/ensayos/Tipos-De-Armadura/7084995.html
Un resumen de las Estructuras metálicas.
Proceso de extracción del acero.
Calculo de área de acero para una viga.
Principios de cálculos de reacciones.
tipos de cargas en las construcciones.
http://es.slideshare.net/tomasamatecoreyes/diseo-y-construccin-de-estructuras-de-acero-cap1a
Armaduras en Metal.
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