FUNDAMENTO TEÓRICO
Gracias a la inquietud de
Cintac S.A. por desarrollar nuevos productos, incorporando valor agregado al
acero, se desarrolló el sistema Metalcon®. Orientado especialmente al área
habitacional del segmento de las viviendas nuevas de estándar medio alto,
desarrollado por constructoras medianas y grandes, desplazando a la madera
principalmente.
Sistema estructural de acero
galvanizado liviano, muy resistente y asimismo, gracias a su recubrimiento de
zinc, reúne las características aptas para un clima marítimo. Esto implica una
mayor "barrera" o "defensa" a la corrosión por algún tipo
de infiltración de la humedad.
Material no atacado por organismos
Flexible
El proyectista puede diseñar
sin restricciones, planificar etapas de ampliación o crecimiento. Admite
cualquier tipo de terminaciones tanto exteriores como interiores. El sistema da
la posibilidad de abordar temas desde ampliaciones en edificios existentes o
viviendas unifamiliares nuevas hasta obras de varios pisos.
Menor Costo
Tomando como índice igual
calidad de obra y terminaciones, los costos pueden reducirse un 20/25% con
respecto a la construcción tradicional. Al racionalizar las tareas, los tiempos
de obra se acortan, produciendo de esta manera un menor costo final de obra sin
resignar calidad.
100% Reciclaje
La composición del acero
producido en la actualidad incluye más de un 60% de acero reciclado, por lo
que, desde un punto de vista ecológico, lo caracteriza como muy eficiente.
Optimización de Recursos
Por ser un sistema liviano, da
la posibilidad de rapidez de ejecución incluyendo el panelizado, y posterior
montaje. La ejecución de las instalaciones es realmente sencilla y muy
eficiente. Estas características influyen en gran medida en el aprovechamiento
de los materiales y de la mano de obra, ya que la planificación se hace más
sencilla y precisa.
Indeformable en el tiempo
El Sistema Metalcon® utiliza
materiales inertes y nobles. Estos componentes son preindustrializados
producidos bajo normas internacionales y con garantía del fabricante. Estas
construcciones no se demuelen, se desarman con un alto grado de recuperación de
materiales y se amplían con facilidad.
Facilidad constructiva para Instalaciones
Se ejecutan con facilidad. Las
cañerías de agua, gas, electricidad, calefacción, baja tensión, etc. se
distribuyen con suma rapidez pasando a través de aberturas incorporadas en el
alma de los perfiles.
Versatilidad en Terminaciones
Los interiores y exteriores
son a elección, todas las habituales y otras como el siding de madera, cemento
o PVC revestimientos de placas cementicias texturadas o biseladas, molduras,
marcos perimetrales, etc.
PANELES DE MURO
Los muros o paneles
estructurados en base a perfiles Metalcon, se conforman por pies derechos
equidistantes, cuyos espaciamientos, en general, fluctuaran entre 400 y 600 mm
y por soleras superiores e inferiores. Dependiendo de la función que cumplan
dentro de la edificación, éstos serán clasificados como paneles estructurales o
paneles no estructurales (tabiques).
Estos paneles se confeccionan
a partir de las series 40 y/o 60 como mínimo y son revestidos por ambas caras
con placas de yeso cartón u otro material no estructural de terminación. El
anclaje mínimo de los paneles no estructurales debe ser mediante un clavo Hilti
con golilla, distanciados a no más de 600mm y su fijación superior debe ser tal
de no inducirle cargas verticales, pero si asegurar su estabilidad lateral.
Paneles Estructurales
Los paneles gravitacionales,
en general, son los dispuestos en el interior de la vivienda, mientras que los
de corte corresponderán a los perimetrales, que además de soportar las cargas
ya mencionadas (gravitaciones y laterales debido a la acción de sismo o de
viento, cargas que actúan en el plano del panel), deben soportar las cargas de
viento que son normales a su plano. Dependiendo de las solicitaciones a que es
sometida la edificación y de su estructuración, en algunos casos particulares,
se da la necesidad de disponer paneles de corte en su interior.
En general, en edificaciones
de uno o dos pisos, estos paneles se construyen en base a las series 90, 100 y
en casos muy particulares, se utilizan las series mayores. En el diseño de los
paneles estructurales, se tienen las siguientes consideraciones básicas:
• Los pies derechos de paneles
perimetrales son elementos sometidos a cargas de flexocomprensión, mientras que
los paneles interiores sólo sufren el efecto de cargas axiales de compresión.
• Los pies derechos se
consideran como elementos simplemente apoyados en sus extremos.
• El criterio de deformación
lateral de los pie derechos de paneles perimetrales a adoptar es =L/240.
Estabilización de los pies derechos
En los pies derechos de muros
estructurales, por tratarse de elementos sometidos a cargas de flexocompresión
o de compresión, se obtiene un mejor aprovechamiento de la sección al disminuir
la longitud de pandeo en el eje débil de perfil, impidiendo el giro de sus
alas. Esto se logra para el caso que no exista chapa estructural mediante la
disposición de estabilizadores laterales, Cuando se dispone chapa estructural
de madera, tales como placas de OSB de 7/16“ (11,1 mm), o un contrachapado
estructural de 1/2“ (12,7 mm), esta estabiliza en forma continua (a 300 mm) los
pie derechos al pandeo flexo-torsional y al pandeo flexional del eje débil.
Auxiliares de Diseño para pie derechos de paneles de muro
A continuación se proveen
auxiliares de diseño para pie derechos de muros interiores y exteriores, de
acuerdo con lo siguiente:
• Cargas axiales admisibles
para muros interiores.
Se proveen capacidades
admisibles máximas de pie derechos, de alturas totales entre 2 y 4 metros y
diferentes longitudes de estabilización lateral (h/2, h/3 y 30 cm), para
elementos concéntricamente comprimidos.
• Cargas axiales admisibles
para muros exteriores.
Se proveen capacidades
admisibles máximas de pie derechos de alturas totales entre 2 y 4 metros, y
pandeo lateral-torsional (volcamiento) cuya estabilidad lateral por pandeo
flexional del eje débil y pandeo flexo-torsional es asegurada mediante la
disposición de una chapa estructural vinculada a los pie derechos a 300 mm
(máximo). En este caso, para muros exteriores (y como fue indicado), los pie
derechos estarán sometidos a cargas verticales de compresión y a cargas
laterales de viento que provocan flexión en torno a su eje fuerte.
Luego, y para una carga de
viento uniformemente distribuida (presiones de viento 30 kgf/m2, 55 kgf/m2, 70
kgf/m2 y 90 kgf/m2) conocida, así como las alturas de las piezas, su
espaciamiento centro a centro, condición de estabilización lateral y factor de
forma (conservadoramente igual a 1,0), se obtiene la capacidad máxima de
compresión del miembro a través de la ecuación de interacción correspondiente,
de acuerdo a la especificación AISI para perfiles flexo-comprimidos.
• Altura Máxima Muros
Exteriores.
Se proporciona tabla con
alturas máximas de pie derechos de muros en función de la carga lateral de
viento aplicada y el espaciamiento entre pie derechos, de tal forma de no
sobrepasar deformaciones = L/300 ó = L/500 consistentes en dos pletinas
continuas de acero de espesor no inferior a 0,85 mm y con un ancho mínimo de 40
mm, más bloqueadores al giro (trozo de sección Canal) en cada extremo del panel
e intermedios, distanciados a lo más 3,60m, ver figura página 62.
SISTEMA DE PISO
Un sistema de piso Metalcon®,
se encuentra constituido básicamente por: envigados de piso, vigas maestras y
contrachapados estructurales. Estos componentes adecuadamente vinculados entre
sí, y a los elementos soportantes verticales, constituyen un diafragma
horizontal, que tiene por función absorber las cargas gravitacionales (peso
propio y sobrecarga), por flexión de sus componentes (vigas de piso y vigas
maestras) y las cargas dinámicas de viento y sismo, distribuyéndolas (efecto
diafragma) a los elementos arriostrantes de corte vertical (muros de corte).
Los envigados de piso, se
forman en general a partir de perfiles costaneras de las series 150, 200 y 250,
que permiten cubrir luces hasta de 5,0 m como elementos simplemente apoyados de
uno o más tramos de continuidad.
El diseño de envigados de
piso, por tratarse de perfiles de sección abierta de bajo espesor y un eje de
simetría, se encuentra controlada por la capacidad del perfil, frente a:
flexión, corte, interacción flexión-corte, aplastamiento vertical del alma en
apoyos y deformaciones.
Capacidad de flexión
Para envigados simplemente
apoyados de un tramo, las cargas gravitacionales que deben soportar, inducen
compresión en sus alas superiores y tracción en el ala inferior, mientras que
el alma debe resistir el corte.
El control de la inestabilidad
general por pandeo lateral-torsional (volcamiento) de la pieza se obtiene
(según ensayes efectuados), fijando el ala comprimida a la chapa estructural de
piso mediante tornillos autoperforantes N° 8 de cabeza trompeta dispuestos a
150 mm en apoyo del borde de la chapa estructural y a 300 mm en apoyos
interiores.
Para fijar el ala inferior
(ala traccionada) en vigas de longitud superior a 3,5 m, con sección
transversal de alturas mayores o iguales a 150 mm y espesores iguales o
superiores a los 0,85 mm, que tenderán a desplazarse lateralmente por torsión,
se debe fijar el punto medio del envigado mediante un bloqueador al giro,
consistente en una pletina de acero continua de espesor no inferior a los 0,85
mm y con un ancho mínimo de 40 mm fijada a cada ala inferior del envigado
mediante un tornillo autoperforante N°8x5/8“ cabeza lenteja. El bloqueo al giro
se consigue mediante la colocación de dos pletinas adicionales cruzadas entre
sí entre dos vigas continuas.
Capacidad por pandeo Vertical del Alma
El pandeo vertical del alma o
“web cripling”, es un fenómeno complejo de cuantificar, por tal motivo, se
proveen auxiliares de diseño en tablas anexas con la capacidad admisible por
aplastamiento y pandeo vertical del alma para perfiles individuales CA y
compuestos ICA. Sin embargo, se debe indicar que en la práctica este fenómeno
queda controlado al reforzar el alma de envigados de piso en sus apoyos, ya sea
extremos o intermedios, mediante un atiezador de alma consistente en un perfil
canal o costanera de espesor no inferior a los 0,85 mm, fijado a la viga de
piso con un mínimo de 4 tornillos autoperforantes N°10. Esta solución provee un
refuerzo de alma en la zona de apoyo suficiente para las cargas impuestas en la
mayoría de las aplicaciones prácticas (ver fichas de Detalles Constructivos).
Vigas Maestras
Las vigas maestras, se
utilizan como elementos distribuidores de cargas concentradas cuando coronan
planchas de muros y en aberturas de envigados de piso; para salvar vanos de
ventanas, puertas o confinar perforaciones de cajas escaleras, shaffts, etc.
Estas vigas, se construyen a
partir de dos o más elementos, formando secciones compuestas del tipo cajón o
espalda-espalda (secciones OCA o ICA). En la confección de estos elementos
compuestos, la fijación entre componentes se debe realizar mediante tornillos
autoperforantes del N° 8 cabeza lenteja plana distanciados a no más de 150 mm
entre centros (ver fichas de Detalles Constructivos).
Capacidad Vigas Maestras
Como se demuestra en ensayos
realizados, la capacidad como sección compuesta de las vigas maestras, está
fuertemente influenciada por factores como: forma y materialización de la
sección compuesta, patrón de distribución de autoperforantes, elementos de
confinamiento de la sección, modo de aplicación de la carga, etc. Dado lo
anterior, y conocida la documentación técnica (USA) disponible, se define que
las capacidades de las vigas maestras conformadas por perfiles Metalcon®,
unidas entre sí mediante autoperforantes, se obtienen a partir de la simetría
de las capacidades de los elementos individuales.
Deformaciones Admisibles
Los criterios de deformaciones
admisibles, se basan en aspectos de serviciabilidad de los envigados, esto es:
para cargas totales (PP+SC) controlar deformaciones perceptibles visualmente o
que puedan generar problemas en revestimientos inferiores de cielo; para
sobrecarga de uso controlar la propagación de vibraciones por tráfico pedestre.
Luego, los límites recomendados de deformaciones corresponden:
• L/300 Para cargas estáticas
totales
• L/500 Para sobrecargas de
uso
FIJACIONES
Los tornillos auto perforantes
corresponden a la fijación estándar de Metalcon®. En una sola operación, éstos
pueden perforar y fijar en forma segura todo tipo de materiales a la estructura
de Metalcon® y estructurar uniones entre perfiles. Para elegir un tornillo, se
deben considerar varios aspectos: el tipo de cabeza, punta, longitud, y la
resistencia de cada uno de ellos.
Tipos de cabezas
La cabeza de los tornillos
auto perforantes, sirve para transmitir el torque de perforación y apriete
desde la herramienta al tornillo. Los tornillos son fabricados con distintos
tipos de cabezas, las más usadas son:
• Cabeza de trompeta: Se usa
el tornillo con esta cabeza para fijar todo tipo de placas de yeso cartón,
maderas y otros revestimientos blandos. Con este tipo de cabeza, se obtienen
superficies planas sin resaltes que facilitan su terminación, se embute en el
revestimiento y se debe usar puntas phillips para su colocación.
• Cabeza plana o de lenteja:
El tornillo con esta cabeza, se usa para fijar revestimientos duros a la
estructura de Metalcon®. Se usa además para unión de perfil con perfil que
lleva revestimiento. Esto minimiza las deformaciones en el revestimiento sobre
la unión. Se debe usar puntas phillips para su colocación.
• Cabeza hexagonal: Los tornillos
con esta cabeza se usan para uniones de perfil a perfil y para penetrar aceros
de mayor espesor. Esta cabeza, traspasa muy bien el torque, asegurando mayor
estabilidad durante la operación. Se debe utilizar vasos magnéticos para su
colocación.
Tipos de puntas
Las puntas de tornillos usados
en Metalcon® son: fina o broca. La elección de la punta es función del espesor
total de acero a fijar. Se utiliza un tornillo punta fina para fijar aceros de
hasta 0,85 mm de espesor. Para espesores totales de acero mayores de 0,85 mm se
usan tornillos punta broca.
Longitud de los tornillos
Se recomienda que el tornillo
sea de 3/8“ a 1/2“ más largo que el espesor de los materiales a conectar,
asegurando que una vez fijados los materiales, al menos tres hilos queden
expuestos y a la vista.
Longitud de la broca
La longitud de la ranura de la
broca, determina el espesor del metal que puede ser perforado.
La ranura es un canal para
remover las virutas durante la perforación. Si la ranura llegara a quedar
completamente embebida en el material, las virutas quedarían atrapadas en ella
y el tornillo quedaría atorado, causando que la punta se rompiera o se queme.
Longitud de la punta
La sección sin rosca desde la
punta hasta el primer hilo de rosca, deberá ser suficientemente larga para
asegurar que la operación de perforado termine antes que el primer hilo alcance
el metal. La rosca del tornillo avanza a una velocidad hasta de diez veces
mayor que la perforación de la broca.
Alcances y Limitaciones
El siguiente desarrollo se
basa en la especificación AISI (Edición 1996) y es válido para autoperforantes
cuyos diámetros varían entre 0,08" (2,03[mm]) y 0,25" (6,35[mm]).
• Espaciamiento Mínimo.
La distancia entre centros de
autoperforantes no debe ser menor a tres diámetros.
• Distancia Mínima al Borde.
La distancia desde el centro
de un autoperforante, al borde de cualquiera de los elementos fijados, no debe
ser inferior a tres veces el diámetro nominal del autoperforante (3d). Si la
unión está sujeta a carga de corte en una sola dirección.
La mínima distancia puede
reducirse a 1,5d en dirección perpendicular a la carga.
Carga Admisible al Corte
La carga admisible al corte
por autoperforante (Pas), corresponde al mínimo valor entre la falla por
aplastamiento y/o desgarramiento de las planchas y la capacidad de corte del
autoperforante.
• Carga Admisible de Corte por
Aplastamiento.
Para prevenir la falla por
aplastamiento y/o desgarramiento de las planchas conectadas, la carga admisible
de corte por autoperforante no debe exceder a Pns/ , donde = 3,0 y Pns
corresponde a la carga nominal.
ESTRUCTURA TECHUMBRE
Una de las mejores ventajas
del sistema Metalcon® es la posibilidad de construir las techumbres con acero
galvanizado, las estructuras permanecen perfectamente alineadas a lo largo del
tiempo y las estructuras son suficientemente livianas que una persona las puede
levantar fácilmente, evitando costos y tiempo en montaje y traslados.
La estructura de techumbre
debe ser calculada considerando: las cargas permanentes, las sobrecargas,
viento, nieve, etc.
La utilización de cerchas es
la metodología más rápida y sencilla para la materialización de la estructura
de un techo.
Las cerchas están compuestas
por un conjunto de elementos (perfiles galvanizados) que al ser unidos entre
sí, permiten cubrir grandes luces libres entre apoyos, sin necesitar puntos de
apoyo intermedios.
Los elementos de una cercha
son:
• Cordón superior: son los
perfiles que le dan la forma y la pendiente a la cubierta de techo exterior.
• Cordón inferior: es/son los
perfiles que le dan la forma y la pendiente al cielorraso del espacio a cubrir.
• Montantes: son aquellos
perfiles verticales que vinculan a los cordones superiores con el/los cordones
inferiores.
• Diagonales: son aquellos
perfiles inclinados que vinculan a los cordones superiores con el/los cordones
inferiores.
• Rigidizadores: son trozos de
perfil que van colocados en los puntos de apoyo de la cercha, en donde se
produce la transmisión de los esfuerzos, de manera de evitar la abolladura del
alma de los perfiles del cordón superior e inferior.
Conexión de cerchas a muros
Las cerchas tienen que ir
apoyadas directamente sobre un pie derecho, de lo contrario hay que reforzar la
canal superior con una canal compuesta de metal y/o madera, como un 2” x 4”, de
acuerdo a la carga del techo y lo especificado por el calculista.
Las cerchas de Metalcon®
pueden cubrir luces libres entre apoyos de 10mts fácilmente, dependiendo de la
separación a que se disponga, la pendiente del techo, la zona en que se
encuentre la estructura y el tipo de cubierta especificada.
Frontones
Los frontones son conformados
con el mismo concepto de los muros, es decir, son la continuación de estos, por
lo tanto tienen las mismas características y se ajustan a la arquitectura de la
techumbre, están compuestos básicamente por montantes, canales y refuerzos.
Aleros
Los aleros son la proyección
de la techumbre y forman parte de ésta. Estos se construyen de acuerdo a la
arquitectura de la techumbre.
Costaneras de techo
Las costaneras de techo son
las encargadas de recibir la cubierta de techo, además de la aislación de
humedad. Normalmente se utiliza un perfil tipo Omega Estructural (38OMA085) y
es instalado fijado através de sus alas a la cuerda superior de las cerchas
(teja, continua) a una distancia comúnmente de 60cm, dependiendo del diseño
estructural y también de la cubierta que se utilizará.
Cruz de San Andrés
Este elemento es el encargado
de estabilizar las cerchas, es decir, mantener su verticalidad y posición
original, comúnmente se utiliza un perfil Omega (38OMA085), instalado en forma
de cruz entre estas cerchas. Es fijado directamente en los montantes o
elementos verticales que forman parte de las cerchas.
Estabilizadores
Los estabilizadores son los
encargados de arriostrar la estructura de techumbre en forma horizontal.
Puede realizarse con placas
estructurales o simplemente con perfiles tipo “C” (canal atiezada).
Refuerzos
Estos elementos son los
encargados de reforzar algunos puntos de la estructura en donde se reúne una
mayor cantidad de esfuerzos. Uno de estos puntos es la cumbrera de una cercha.
Para reforzar en este punto en
particular, se instala una pletina rectangular entre los perfiles de la
cumbrera, esto se realiza antes de unir las espaldas de los perfiles, luego de
disponer este refuerzo se procede a instalar los tornillos (hexagonal).
CIELO METALCON
Fácil
Metalcon® Cielo es el único
con solución nivela-fácil, que permite nivelar la estructura de los cielos
rasos, gracias a su exclusivo Conector TI.
Simple
Compuesto sólo por 3
elementos: 2 perfiles y un conector preformado, todos estándarizados, ellos
son:
• Perfil AT®
• Conector TI®
• Portante 40R®
Rápido
Los elementos del sistema
permiten construir el entramado para cielos rasos totalmente nivelados, más
rápido que las soluciones actuales.
Ahorro
Permite ahorrar hasta un 18%
en costos por m2 de cielo instalado, comparado con la madera.
Resistencia al fuego
La estructura de cielo raso
fabricada con los elementos del nuevo Metalcon® Cielo ha sido ensayado al fuego
y cumple con la Norma Chilena NCh 935/1 Of.97 en categoría F-30.
Resistente y liviano
Todos sus componentes son de
acero estructural galvanizado.
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