Ventajas del Uso de Estructuras de Acero

Las estructuras de acero se emplean en la actualidad debido a las dos principales ventajas que ofrecen:

• Tenacidad: Admiten cualquier tipo de esfuerzo, en especial a tracción.
• Ligereza: Permiten resolver estructuras de grandes alturas.

Tipos de Aceros

• Aceros conformados en caliente: Incluyen los perfiles laminados, que son los de mayor aplicación en estructuras metálicas.
• Aceros conformados en frío: Aumentan el límite elástico y la resistencia a tracción, mientras que se reduce el alargamiento a rotura. Se evita el soldeo.

Perfiles Metálicos

Perfiles: Laminados, soldados, perfilados, extruidos.

Materiales en Estructuras Metálicas

Los materiales que constituyen la estructura metálica pueden considerarse de dos tipos:

• Materiales base: Tienen una función resistente. Se emplean perfiles, chapas, y tubos, bolas y tetraedros en estructuras especiales. Generalmente son de acero.
• Materiales de uniones: Transmiten y soportan esfuerzos. Se emplean materiales análogos al metal base para evitar fenómenos de corrosión.

Sistemas Constructivos en Estructuras de Acero

Elementos Constructivos

Estructuras compuestas por elementos lineales, sustituyendo a las antiguas estructuras de madera.

• Soportes: Están constituidos por perfiles laminados simples, combinaciones de perfiles o palastros. En caso de cargas pequeñas, también se emplean perfiles tubulares.
• Vigas y viguetas: Están formadas por perfiles laminados en T o I que optimizan la capacidad de sus alas. Se exponen a procesos patológicos químicos debido a su disposición horizontal y el contacto con materiales alcalinos.
• Formas triangulares: Mejoran el rendimiento del material base junto a un aligeramiento del conjunto, a partir de la triangulación lograda mediante barras traccionadas y comprimidas. Están compuestas por combinación de perfiles laminados para todas las piezas o solo para las comprimidas, mientras que las sometidas a tracción son barras o cables.
• Tirantes: Aplicados en arcos, y resueltos por barras diversas, no presentan problemas mecánicos en su zona central.

Sistemas y Técnicas de Unión en Estructuras Metálicas

Tipos de Uniones

Remaches, pernos y pasadores, soldaduras.

• Remachado: Es una técnica en desuso, pero que, debido a su antigüedad, puede aún encontrarse en edificios. Se basa en la resistencia a esfuerzo cortante que adquiere el remache al introducirse en las dos piezas que une cuando intentan moverse en sentido contrario.
• Atornillado: Funciona igual que el remachado, pero además posibilita la resolución de uniones practicables, lo cual facilita el montaje y desmontaje. Se emplean tornillos y tuercas. También existen las articulaciones que pueden ser de dos tipos:
  • Un pasador que une entre sí las cartelas de los diferentes elementos a unir.
  • Un vástago extremo dispuesto en la misma dirección del elemento a unir, atornillado a este con solución «mero».
• Soldadura: Es la solución de unión permanente más adecuada, puesto que asegura la continuidad de esfuerzos entre las piezas mediante el propio material. De esta manera, se crean empotramientos que requieren juntas de dilatación más próximas para absorber los cambios dimensionales.

Tipos de Soldadura

• Soldadura por presión: Puntos, costuras, etc.
• Soldadura por fusión:
  • Soldadura eléctrica: Soldadura con electrodos revestidos, soldadura por arco bajo gas (MIG/MAG, TIG, soldadura por plasma), por arco sumergido.
  • Soldadura por gas, soldadura por haz electrónico, soldadura láser.
• Soldadura por aleación: Es el caso más común utilizado en estructuras de edificios. Consiste en aportar un material metálico diferente al de los que van a soldarse a través de electrodo. El material aportado ha de ser uniforme, de modo que el espesor del cordón de soldadura tenga un espesor constante, sin burbujas de aire, así que habrá de realizarse en varias capas.

Tipos de Soldadura Más Comunes

• Arco manual: Mediante una corriente eléctrica se forma un arco entre el metal a soldar y el electrodo utilizado, produciendo la fusión de este y su depósito sobre la unión soldada.
• MIG (Metal Inerte Gas): Es al arco, donde la fusión se produce por calentamiento con un arco entre un electrodo de metal de aporte continuo y la pieza.

Electrodos

• 6011: Apto para todas las aplicaciones de soldadura en acero dulce.
• 6011 punto azul: Soldar chapas y perfiles delgados.
• 230-S: Recomendado en posición vertical y sobrecabeza.
• 6010: Ideal para soldar en toda posición.
• 6011 punto verde: Para estructuras de tipo livianas.
• 6012: De uso general y estructuras livianas.
• 7018-RH: Para trabajos de alta calidad radiográfica.
• 6013: Para soldar láminas metálicas.

Tipos de Cordón Más Utilizados

H: sin preparación, en V, en X, mayor o igual al 25%, soldadura en ángulo, en esquina, en solape.

Anclajes

Sistema de unión mediante apriete e inmovilización del cable a tracción a través de piezas especiales con forma troncocónica en que se emplean aceros de alta resistencia.

Solicitaciones Típicas y Patologías en Estructuras de Acero

Principalmente la corrosión y deformabilidad.

Problemas Comunes en Estructuras de Acero

• Necesidad de protección superficial.
• Deformabilidad y dilatación térmica: «Fatiga térmica»: Se induce normalmente a temperaturas elevadas debido a tensiones térmicas fluctuantes.
• La deformabilidad y flexibilidad se expresan en: Exceso de flecha, exceso de vibración, pandeo de pilares o local de alas comprimidas.
• Ejecución de nudos y encuentros: La importancia reside en estos puntos para lograr las disposiciones de articulación y empotramiento establecidas en el proyecto.

Tipos de Uniones Soldadas

A tope, por solapado, en T, en ángulo, de borde.

– Muchas veces, las soldaduras concentran tensiones provocadas por movimientos coartados que causan fatiga.

– En las cubiertas ligeras, la presencia de numerosos nudos y uniones las convierten en estructuras muy propensas a sufrir patologías.

– La escasa rigidez de los nudos requiere de arriostramientos externos mediante el uso de bielas o tirantes.

Corrosión

Afecta a elementos ocultos, exteriores o de difícil acceso, próximos a bajantes o instalaciones hidráulicas. La ventaja principal de las estructuras metálicas es que las reparaciones suelen ser sencillas mediante la incorporación de nuevas chapas o perfiles atornillados, soldados a los dañados.

Clasificación de las Lesiones en Estructuras Metálicas

Las lesiones a las que se ven afectadas las estructuras metálicas se clasifican en tres grupos:

• Agresiones biológicas: Poco frecuentes, puesto que no es corriente encontrar microorganismos alimentados por metal. A pesar de esto, sí existen ciertas bacterias que pueden intensificar con su actividad los procesos de corrosión.
• Agresiones físicas y mecánicas: Son similares a las que puede padecer cualquier tipo de estructura. Las vibraciones, dependiendo de la configuración de la estructura, se transmiten con mayor facilidad. El fuego es la más significativa debido a su gran destructividad.
• Agresiones químicas.

Motivos Mecánicos que Originan la Alteración y Deterioro de los Materiales

Los motivos mecánicos que originan la alteración y deterioro de los materiales incluyen movimientos, deformaciones y rupturas originados por:

• Cargas externas directas: Actúan sobre la estructura.
• Cargas indirectas: Debidas a variaciones de temperatura o humedad.

Causas que Favorecen la Corrosión y el Fuego

Algunas de las causas que favorecen a este tipo de proceso (corrosión, fuego) son:

• Agua: De tipo duro, tienen un alto contenido de iones de calcio y magnesio que favorecen las reacciones químicas.
• Ácidos: Procedentes de lluvia, terrenos, maderas, provocan la perforación de los metales.
• Clima, factores de diseño: Para prevenir la corrosión prematura, se debe dotar a las superficies de una ligera inclinación para posibilitar la evacuación de agua, distribuir orificios de drenaje.