Proyecto básico: Juntas de dilatación en edificios de acero

Transcripción

1 Proyecto básico: Juntas de dilatación en edificios de acero Este documento proporciona una guía para el diseño básico de las juntas de dilatación en edificios de acero. Índice. Contexto. Efectos de la variación de temperatura 3 3. Tratamiento de las juntas de dilatación 5 4. Referencias 9 Página

2 . Contexto El funcionamiento de un edificio está influenciado por varios factores físicos, cuyos efectos no se pueden cuantificar fácilmente. Cambios de temperatura y expansión térmica Asentamiento diferencial de la cimentación Fluencia y contracción durante el secado del hormigón Vibraciones En edificios pequeños y construcciones en general, estos factores, usualmente, se pueden ignorar. Para una construcción a mayor escala o en circunstancias especiales, deben adoptarse uno o varios de los siguientes componentes para tener en cuenta la dilatación relativa entre las diferentes partes de la estructura: Juntas de dilatación: estas juntas permiten que haya desplazamientos, con el fin de limitar las fuerzas originadas por temperatura, en edificios de gran longitud. Su especificación depende del intervalo de temperatura y del coeficiente de expansión térmica de los materiales (véase la Sección ). Juntas de construcción: estas juntas controlan la contracción del secado de los forjados de hormigón y losas en el suelo. Juntas de separación: estas juntas garantizan el comportamiento separado de las partes del edificio que tienen una altura u orientación estructural diferente. Juntas de compactación: estas juntas son dispositivos específicos 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 compresión donde está limitada la expansión. Figura. Efectos de expansión limitada en un edificio largo = junta de separación Figura. Separación de un edificio en bloques Página

3 El diseño integral de los edificios, debe tener en cuenta la ubicación de las juntas, en especial su influencia sobre el comportamiento y análisis de la estructural en conjunto. Las juntas individuales deben ser especificadas, y tener en consideración la magnitud prevista de los desplazamientos horizontales y/o verticales. La colocación del arriostramiento vertical y horizontal y su diseño deben ser compatibles con las posiciones de la junta. Las posiciones del arriostramiento no deben inhibir las dilatacións de las juntas. Cada parte diferente del edificio debe ser arriostrado adecuadamente. Todos las demás 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 expansión y las juntas de construcción son el tipo de junta más común de junta de dilatación, y se describen a continuación más detalladamente. Los demás tipos de junta de dilatación requieren generalmente un diseño específico y están fueran del propósito de este documento.. Efectos de la variación de temperatura EN ofrece principios y normas para el cálculo de las acciones térmicas en edificios, puentes, otras estructuras y sus elementos estructurales []. Los valores de la temperatura del aire máxima a la sombra T max y la temperatura del aire mínima a la sombra T min se especifican en el Anexo Nacional según EN En las estructuras de acero con un coeficiente de expansión térmica lineal α = x0-6 por C (según EN []), los efectos de las variaciones de la temperatura pueden ser significativos. A la hora de evaluar la variación de la temperatura, es importante distinguir entre las estructuras de acero internas y externas. Las estructuras de acero externas pueden estar sujetas a una variación mucho mayor que las internas. Las estructuras externas pueden estar expuestas a un intervalo de temperatura de -3ºC a + 35ºC, en relación a la temperatura con la que se construyen. La expansión/contracción libre a estas temperaturas es de -3 mm / + 0,4 mm por metro de longitud del edificio. En la práctica, la expansión total está parcialmente limitada, y las dilataciones reales serán ligeramente inferiores. Las dilataciones originadas por los cambios de temperatura pueden producir lo siguiente: Daños en los apoyos, incluido agrietamiento o incluso inestabilidad de los muros que soportan vigas o celosías largas. Fallos de uniones Fuerzas internas importantes en estructuras estáticamente indeterminadas. Diseño de edificios industriales típicos de acero En los edificios industriales típicos de acero, la estabilidad en el sentido transversal se obtiene mediante una acción de pórticos y en el sentido longitudinal mediante un arriostramiento vertical. Se deben considerar dos casos de diseño: Página 3

4 En los pórticos, la expansión debe considerarse mediante cálculo, En el arriostramiento vertical en el sentido longitudinal, debe tenerse en cuenta la interacción entre la expansión y el diseño del arriostramiento vertical. Generalmente, una parte de la elongación de los componentes estructurales en el sentido longitudinal se puede absorber por el deslizamiento en las juntas. Sin embargo, deben colocarse juntas de expansión cuando el diferencial de temperatura sea importante (estructuras externas o construcción no aislada). De lo contrario, los deslizamientos en las juntas serán insuficientes para absorber toda la expansión térmica. La longitud del edificio por encima de la cual se utilizan juntas de expansión varía de acuerdo al país. Por ejemplo, en Francia (que tiene un clima continental), se recomienda utilizar juntas de expansión para longitudes superiores a 50 m, es decir un edificio con una longitud de 00 m con arriostramiento a la mitad. En el Reino Unido, con un clima más templado y tradiciones de construcción diferentes, las juntas de expansión sólo se recomiendan en edificios con una longitud superior a 50 m. Incluso por encima de esta longitud, los consejos de la industria confirman que las juntas de expansión pueden omitirse si los elementos grandes, por ejemplo aleros, vigas y soportes de grúa, están diseñados para soportar esfuerzos debidos a expansión restringida. Posición del arriostramiento vertical: No se recomienda ubicar sistemas de arriostramiento vertical en los extremos del edificio, a menos que haya una junta de dilatación intermedia. Esta disposición inhibiría la expansión de los elementos longitudinales, y podría producirse fuerzas elevadas tanto en elementos estructurales como en las juntas, ubicadas en los lados largos. Para edificios largos, se recomienda montar sólo un arriostramiento vertical en el punto central de los lados largos, lo que permitiría la expansión hacia los extremos en las dos direcciones. Figura. Distribuciones de arriostramiento NO recomendadas () () < 50m to 75m < 50 m to 75m Arriostramiento permanente Posible arriostramiento provisional para ofrecer estabilidad al montaje. Cuando sea necesario empezar el montaje del edificio por un extremo, será importante realizar un arriostramiento temporal para estabilizar los dos primeros pórticos que se montarán. Este arriostramiento temporal debe retirarse. Figura. Disposiciones recomendadas de arriostramiento Página 4

5 . Casos particulares Elementos de construcción En ocasiones, los componentes de los elementos fabricados, pueden tener temperaturas muy diferentes, por ejemplo cuando el elemento de construcción se compone de cuerdas situadas fuera del edificio y de cuerdas interiores. Durante el diseño, 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 climáticas excepcionalmente frías o calurosas, debe realizarse un ajuste de los componentes para que la construcción vuelva a su posición de equilibrio, cuando la temperatura vuelva a su valor normal. Casos de incendio Es posible que también sea necesario garantizar la expansión 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 dilatación La función principal de las juntas de dilatación es absorber los efectos de la expansión térmica durante la vida útil del diseño. Sin embargo, si es necesario también pueden actuar como otros tipos de junta: Juntas de construcción: Juntas de compactación: El diseño de las juntas de dilatación debe tener en cuenta lo siguiente: Arquitectura del edificio Geometría local y global Fuerzas o reacciones transferidas a través de la junta Desplazamientos especificados y notaciones en una o más direcciones. En la mayoría de las estructuras de acero, la junta de dilatación divide el edificio en dos bloques. Es posible adoptar varios métodos en la ubicación de la junta, según se indica en las secciones 3. a Doble pórtico en el emplazamiento de la junta de dilatación. El pórtico o la viga principal se duplica en los dos lados de la junta de dilatación, según se muestra en la Figura 3.. Página 5

6 () < 50 m < 50 m < 50 m < 50 m 50 < L < 00 m junta de dilatación Nota: la longitud de dilatación de 50 m es adecuada para los climas continentales; es posible alcanzar los 75 m para climas más templados. Figura 3. Ubicación típica de los arriostramientos en un edificio largo Se incluyen correas con ménsulas con una separación suficiente para acomodar la dilatación especificada. 3 3 Con abrazadera Sin abrazadera Distancia entre los ejes de las estructuras aporticadas Contracción máxima 3 Línea central de la junta de dilatación Nota: Es recomendable que las abrazaderas tengan correas conformadas en frío de espesor delgado. Pueden omitirse cuando se utilizan correas laminadas en caliente de mayor espesor. Figura 3. Estructuras aporticadas dobles en la junta de dilatación 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 límite de resistencia al fuego. Se puede levantar rápidamente un muro cortafuegos junto a la junta de dilatación. Soluciones recomendadas en zonas sísmicas (en este caso la junta debe satisfacer las normas de diseño para zonas sísmicas en relación con el espacio entre los bloques. Página 6

7 Inconvenientes: Modificación del reticulado del edificio, Duplicación de los trabajos de cimentación, Requiere un pórtico adicional Consecuencias importantes del diseño de las juntas que se utilizarán para cerramientos, cubiertas y sellado Costes elevados. Al igual que en todas las juntas de dilatación, es importante diseñar cuidadosamente los cerramientos y las cubiertas para evitar la entrada del agua y maximizar la estanqueidad. 3. Unión con agujeros acanalados Junta de dilatación Máxima dilatación Sin abrazadera Con abrazadera Figura 3.3 Uniones con agujeros acanalados Ventajas economía de material fabricación sencilla bajos costes Posibilidad de insertar una placa de acero inoxidable entre las dos chapas de P.T.F.E (p. ej. Teflón y entre los dos componentes de la estructura para garantizar un mejor deslizamiento. Inconvenientes: Desplazamientos muy pequeños Ajuste delicado en la posición inicial del tornillo en el orificio acanalado, No recomendado para zonas sísmicas. Página 7

8 Al igual que en todas las juntas de dilatación, es importante diseñar 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 dilatación, es posible utilizar varios tipos de apoyos estructurales especiales. Estos apoyos se describen en la normativa europea EN 337 [3]. A continuación se describen dos tipos comunes de apoyos Apoyos elastoméricos Estos sistemas de apoyo, compuestos de elastómero laminado grueso (placas reforzadas de acero pegadas entre capas de elastómero), permiten los desplazamientos horizontales a través de la deformación de la capa elastomérica en un paralelogramo. El grosor del elastómero se calcula según la carga vertical y los requisitos de rotación y desplazamientos horizontales. Cuando los desplazamientos horizontales son importantes, es posible añadir una placa de apoyo en P.T.F.E (p. ej. Teflón y una placa de acero inoxidable para garantizar un mejor deslizamiento Placa de acero Elastómero duro 3 Placa de acero inoxidable 4 Chapa de P.T.F.E (p. ej. Teflón) 5 Elastómero laminado Figura 3.4 Apoyo elastomérico Ventajas Capacidad para absorber la rotación y los pequeños desplazamientos verticales (asentamiento diferencial de las columnas) en el soporte de la viga. Página 8

9 Inconvenientes: Diseño costoso de la columna de apoyo Diseño y ejecución difíciles 3.3. Apoyos de caja Estos apoyos pueden amortiguar las oscilaciones y vibraciones del interior de la estructura. Según se muestra en la Figura 3.5, un apoyo de caja puede permitir un deslizamiento unidireccional o multidireccional, así como rotación en el apoyo. Según el diseño, los apoyos de caja están compuestos de una base de apoyo, un amortiguador de compresión, un pistón (con guía si se impide el movimiento en una dirección) y una placa de deslizamiento. Cuña de guía de acero Placa de acero superior 3 Chapa de acero inoxidable 4 Chapa de P.T.F.E (p. ej. Teflón) 5 Pistón de acero 6 Pastilla elastomérica 7 Caja de acero Figura 3.5 Apoyo elastomérico Ventajas Diseño para puentes y estructuras de construcción 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 EN 99--5: Eurocódigo : Acciones sobre estructuras Parte -5: Acciones generales Acciones térmicas EN 993--: Eurocódigo 3 : Proyecto de estructuras de acero Parte. : Reglas generales y reglas para edificación. 3 EN 337: Apoyos estructurales (en partes) Página 9

10 Registro de calidad TÍTULO DEL RECURSO Proyecto básico: Juntas de dilatación en edificios de acero Referencia(s) DOCUMENTO ORIGINAL Nombre Compañía Fecha Creado por Valérie LEMAIRE CTICM 9//005 Contenido técnico revisado por Alain BUREAU CTICM 9//005 Contenido editorial revisado por Contenido técnico respaldado por los siguientes socios de STEEL:. Reino Unido G W Owen SCI /03/06. Francia A Buread CTICM /03/06 3. Suecia A Bolsón SBI /03/06 4. Alemania C Müller RWTH /03/06 5. España J Chica Laven /03/06 Recurso aprobado por el Coordinador técnico G W Owen SCI 9/06/06 DOCUMENTO TRADUCIDO Traducción realizada y revisada por: eteams International Ltd. 0/05/06 Recurso de traducción aprobado por: F Rey Labein 4/05/06 Página 0