Existen diferentes tipos de estructuras metálicas que se pueden utilizar en construcción. Cada una de ellas sirve para dar soporte tanto a la edificación como al techo de la misma, pero la diferencia principal suele recaer en la forma en que cada una resiste los esfuerzos. Por ello, en este artículo analizamos las diversas variantes de estos armazones.
¿Qué es una estructura metálica?
Una estructura metálica es un entramado compuesto por perfiles de acero y placas de la misma aleación interconectados que funciona como esqueleto de una edificación.
Este tipo de armadura está diseñada para soportar y transmitir cargas de manera eficiente hacia la cimentación de la obra. Además, la red de elementos metálicos debe cumplir con las siguientes funciones operativas:
- Absorción de esfuerzos mecánicos: resistir la tensión, compresión y flexión sin que el acero pierda su comportamiento elástico durante la vida útil del inmueble.
- Estabilidad espacial absoluta: garantizar que la edificación mantenga su geometría intacta y no presente vibraciones excesivas bajo condiciones de viento.
- Distribución uniforme del peso: canalizar la masa total del edificio, desde las trabes principales del techo hasta las placas base ancladas a los dados de concreto.
Este tipo de embalajes metálicos no admiten improvisaciones. Si los materiales carecen del límite de fluencia adecuado o presentan defectos de oxidación por un mal almacenaje, el marco rígido sufrirá deformaciones irreparables ante las fuerzas sísmicas o el peso de las cargas vivas.
¿Cuáles son los tipos de estructuras metálicas?
La clasificación de este tipo de estructuras no es aleatoria; responde a la geometría del proyecto y a la forma en que cada sistema distribuye las cargas hacia la cimentación. Para tenerlo mucho más claro en seguida, analizamos las tipologías constructivas más utilizadas y sus principios de funcionamiento:
Estructuras laminares
Las estructuras laminares se conocen también como cáscaras, son superficies delgadas y curvas de pequeño espesor. Por su forma, estas estructuras resisten su propio peso (son autoportantes) así como cargas exteriores por esfuerzos normales de compresión, tracción y tangenciales.
Son estructuras excepcionalmente eficientes si hacemos una relación entre su resistencia y el material necesario para construirlas. Debido a su delgadez, estas estructuras necesariamente deben ser curvas manteniendo un espesor constante, sin variaciones bruscas.
Estructuras abovedadas
Se conforma de arcos, bóvedas y cúpulas. Estos elementos de construcción utilizados desde hace siglos son capaces de soportar la compresión y peso de la estructura.
Los arcos son elementos de forma curva que pueden apoyarse o no en pilares. Una bóveda se forma de múltiples arcos dispuestos uno al lado del otro para cubrir un espacio. Por otro lado, las cúpulas también son bóvedas cuyos arcos han sido dispuestos de tal manera que logran una forma semiesférica.
Estructuras entramadas
Las estructuras entramadas son las más comunes en el mundo de la construcción, las podrás encontrar en edificaciones destinadas a departamentos u oficinas. Se utilizan pilares, columnas y vigas IPR, estos elementos se unen para formar un emparrillado rígido.
Es en este tipo de estructuras en las que se encuentran el mayor número de tipos de unión realizadas con pernos o diferentes procesos de soldadura. La distancia entre las columnas y vigas dependerá de las necesidades del proyecto y la calidad de materiales.
Estructuras colgantes
Para las estructuras colgantes se utilizan enormes pilares de soporte que sostienen barras y cables, posicionados en forma de arco hundido y con la capacidad de soportar enormes cantidades de peso. Este tipo de estructura colgante la puedes encontrar en los puentes.
Estructuras trianguladas
Estos diseños dotan a las estructuras de mayor rigidez: las fuerzas que se apliquen en cualquiera de los lados no provocarán deformaciones.
Se pueden crear estructuras trianguladas planas o tridimensionales (piramidales). Estas creaciones resultan ligeras y duraderas, por lo que a menudo se utilizan para cubrir grandes espacios soportados por columnas.
Perfiles clave para la construcción de estructuras metálicas
Para garantizar la estabilidad y soportar las cargas vivas y muertas de un edificio la elección del perfil correcto es fundamental. No todos los aceros cumplen la misma función: mientras unos cargan el peso principal, otros rigidizan o soportan la cubierta.
En este sentido, a continuación te presentamos a los piezas protagonistas en cuanto al diseño y la construcción de estructuras metálicas en la ingeniería moderna:
- Viga IPR: es el estándar de la industria cuando el objetivo es salvar grandes claros y soportar cargas pesadas. Sus patines anchos le otorgan una resistencia superior a la flexión, ideal para trabes principales y columnas en edificios de altura.
- Viga IPS: sus patines curvos, son vitales en aplicaciones más específicas como rieles de grúas viajeras o refuerzos estructurales donde la carga es más focalizada.
- Perfil HSS (o tubo PTR cuando se trata de estructuras ligeras): su geometría cerrada (cuadrada o rectangular) le permite resistir mejor la torsión que los perfiles abiertos, siendo claves en centros comerciales y estructuras expuestas.
- Monten: este perfil en forma de «C» o «Z» es el encargado de soportar las láminas de la techumbre y transmitir esa carga a los marcos principales. Su uso es común en la construcción de naves industriales.
- Canal CPS: elemento de cierre perfecto debido a su facilidad de soldadura y montaje. Ideal para formar marcos de puertas, ventanas o rieles inferiores.
- Solera (o ángulo en el caso de torres eléctricas por ejemplo): se utilizan para crear placas de conexión, cartabones de refuerzo y uniones atornilladas que garantizan la rigidez de todo el conjunto.
Tipos de uniones para la configuración de estructuras
En el diseño de cualquier edificación de acero, el «nodo» o punto de conexión es el elemento más crítico. Al respecto, en la ingeniería civil actual las conexiones en los diferentes tipos de estructuras metálicas se clasifican en dos grupos según su ejecución y comportamiento mecánico: uniones soldadas y atornilladas. Veamos enseguida en qué consiste cada una.
1. Uniones soldadas (Fijas o Rígidas)
Representan la continuidad total. A través de la aplicación de calor intenso (arco eléctrico) y material de aporte, se funden las superficies del acero para crear una sola pieza monolítica.
- Cómo funcionan: al fusionar viga y columna, se garantiza que no haya «juego» o movimiento entre las piezas, logrando una rigidez máxima.
- Aplicación común: son el estándar en la fabricación de piezas complejas dentro de taller y en conexiones donde la estética arquitectónica exige limpieza visual (sin tornillos a la vista).
2. Uniones atornilladas (desmontables)
Son el sistema predominante en el montaje de edificios de altura y naves industriales. Funcionan mediante elementos mecánicos de fijación (tornillo, tuerca y arandela) que unen dos o más fragmentos de placa de acero.
- Cómo funcionan: dependiendo del diseño, pueden trabajar por «aplastamiento» (el tornillo frena el movimiento) o por «fricción» (la tensión del tornillo aprieta las placas con tal fuerza que no se deslizan).
- Aplicación común: ideales para ensamblar en sitio rápidamente, permitiendo que una cuadrilla levante la estructura en tiempos reducidos.
Cuadro comparativo: ¿unión soldada o atornillada?
| Característica | Unión Soldada (Rígida / Fija) | Unión Atornillada (Desmontable / Rígida) |
|---|---|---|
| Principio de unión | Fusión térmica (calor + material de aporte) que convierte las piezas en un solo cuerpo monolítico. | Fricción y tensión mecánica mediante elementos de sujeción (tornillo, tuerca y arandela). |
| Ventaja principal | Estética y limpieza: no hay cabezas de tornillos ni placas sobresalientes; ideal para estructuras aparentes. | Velocidad de montaje: permite ensamblar estructuras complejas en tiempo récord tipo «mecano». |
| Mano de obra | Especializada: requiere soldadores calificados y certificación de los cordones (rayos X o líquidos penetrantes). | Estándar: requiere cuadrillas de montaje capacitadas en torque y apriete. |
| Inconvenientes | La inspección en obra es lenta y costosa. Dificultad para desmontar o modificar en el futuro. | Requiere una fabricación de las piezas con precisión milimétrica (agujeros) para coincidir en sitio. |
| ¿Cuándo elegirla? | En talleres de fabricación (para llevar piezas grandes ya listas) o en refuerzos sísmicos críticos. | En edificios de altura, naves industriales y zonas donde el tiempo de ejecución es la prioridad. |
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