Estructuras Metálicas

Las estructuras metálicas son elementos fundamentales en la construcción moderna. Su versatilidad, resistencia y durabilidad las convierten en una opción popular para una amplia gama de proyectos arquitectónicos e industriales.

En este artículo, exploraremos en detalle qué son las estructuras metálicas, sus ventajas, aplicaciones, proceso de construcción, diseño, mantenimiento y ejemplos destacados.

¿Qué son las estructuras metálicas?

Las estructuras metálicas son sistemas constructivos formados por elementos de acero u otros metales, diseñados para soportar cargas y resistir fuerzas externas. Estas estructuras están compuestas por columnas, vigas, armaduras y conexiones, que se unen mediante soldadura, pernos o remaches para formar una estructura rígida y estable.

Cada estructura metálica consta de una estructura metálica principal y una estructura metálica secundaria.

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La estructura metálica principal se compone de todos los elementos que estabilizan y transfieren las cargas a los cimientos, que suelen ser de hormigón armado.

La estructura metálica principal asegura que no haya vuelcos, que sea resistente y que no se deforme. Normalmente está compuesta por los siguientes elementos:

• Vigas metálicas: Son elementos horizontales que trabajan a flexión. Dependiendo de las cargas a las que estén sometidas, las fibras inferiores están sujetas a tracción y las superiores a compresión. Hay varios tipos de vigas metálicas, cada una con un propósito específico.
• Viguetas: se colocan cerca unas de otras para soportar el techo o el piso de un edificio en construcción. Los dinteles son vigas que se sitúan sobre aberturas, como puertas o ventanas.
• Vigas de tímpano: soportan paredes o parte del techo de los edificios. Los largueros, también conocidos como travesaños o carreras, son los encargados de soportar cargas concentradas en puntos aislados a lo largo de la estructura.
• Pilares metálicos: Son elementos verticales que reciben esfuerzos de compresión. También se les llama montantes.

La estructura metálica secundaria corresponde principalmente a la fachada y la cubierta, también conocida como subestructura. Se coloca sobre la estructura metálica principal y puede ser metálica o de hormigón.

Tipos de Estructuras Metálicas

Existen diversos tipos de estructuras metálicas que se utilizan en la construcción, cada una con características y aplicaciones particulares:

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1. Estructuras Abovedadas: Estas estructuras emplean bóvedas, cúpulas y arcos para distribuir y equilibrar el peso. Se pueden encontrar en catedrales e iglesias, donde se utilizan para crear espacios amplios y majestuosos.
2. Estructuras Entramadas: Son las más comunes y se utilizan en la mayoría de los edificios urbanos. Estas estructuras utilizan una combinación de vigas, pilares, columnas y cimientos para distribuir y equilibrar las cargas. A diferencia de las estructuras abovedadas, son más ligeras debido a que emplean menos elementos, lo que permite construir edificios de gran altura.
3. Estructuras Trianguladas: Se caracterizan por utilizar elementos dispuestos en forma de triángulos. Estas estructuras son ligeras y económicas, y se emplean comúnmente en la construcción de puentes y naves industriales. Dos formas trianguladas ampliamente utilizadas son la cercha y la celosía.
4. Estructuras Colgantes: Estas estructuras se sostienen mediante cables o barras (tirantes) que se conectan a soportes fuertes, como cimientos y pilares. Los tirantes proporcionan estabilidad a la estructura, como se puede observar en los puentes colgantes.
5. Estructuras Laminares: Se componen de láminas resistentes conectadas entre sí, donde cada lámina contribuye a la estabilidad global de la estructura. Este tipo de estructuras se encuentran en carrocerías y fuselajes de automóviles y aviones.
6. Estructuras Geodésicas: Son estructuras menos comunes que se construyen utilizando hexágonos o pentágonos. Estas estructuras son conocidas por su resistencia y ligereza, y suelen adoptar formas de esferas o cilindros.

Cada tipo de estructura metálica tiene sus propias ventajas y aplicaciones específicas en la construcción, ofreciendo soluciones diversas y adaptadas a diferentes necesidades.

Ventajas de las estructuras metálicas

Las estructuras metálicas ofrecen numerosas ventajas en comparación con otros materiales de construcción. Algunas de estas ventajas incluyen:

1. Resistencia y durabilidad: El acero y otros metales son materiales altamente resistentes que pueden soportar grandes cargas y resistir tensiones. Además, son duraderos y no se ven afectados por factores climáticos como la humedad o los rayos UV.
2. Versatilidad: Las estructuras metálicas se pueden adaptar a una amplia variedad de diseños arquitectónicos y aplicaciones industriales. Permiten la construcción de edificios de múltiples pisos, puentes, naves industriales, entre otros.
3. Eficiencia en el tiempo de construcción: Las estructuras metálicas se fabrican en talleres y luego se ensamblan en el lugar de construcción, lo que reduce significativamente el tiempo de construcción en comparación con otros materiales.
4. Sostenibilidad: El acero y otros metales son materiales 100% reciclables, lo que los convierte en una opción sostenible y respetuosa con el medio ambiente.
5. Flexibilidad en modificaciones y ampliaciones: Las estructuras metálicas permiten realizar modificaciones y ampliaciones de manera más sencilla y eficiente en comparación con otros materiales de construcción.

Aplicaciones de las estructuras metálicas

Las estructuras metálicas tienen una amplia variedad de aplicaciones en diferentes sectores. Algunas de las aplicaciones más comunes son:

1. Edificación residencial y comercial: Las estructuras metálicas se utilizan en la construcción de viviendas, oficinas, hoteles y otros edificios comerciales.
2. Infraestructura vial: Puentes y pasarelas peatonales son construidos con estructuras metálicas para garantizar resistencia y durabilidad.
3. Industria manufacturera: Naves industriales, almacenes y fábricas se construyen con estructuras metálicas debido a su capacidad para soportar grandes cargas y proporcionar espacios diáfanos.
4. Energías renovables: Parques eólicos y plantas solares utilizan estructuras metálicas para instalar aerogeneradores y paneles solares.
5. Sector minero y petrolero: Estructuras metálicas se emplean en la construcción de plataformas marítimas, refinerías y estructuras de almacenamiento.

Tipos de estructuras metálicas

Las estructuras metálicas se clasifican en varios tipos según su uso y características. Los tipos más comunes son:

Estructuras metálicas ligeras

Las estructuras metálicas ligeras se utilizan principalmente en edificaciones residenciales, comerciales y pequeñas construcciones. Estas estructuras son más delgadas y emplean perfiles ligeros de acero, como perfiles en C y en U. Son fáciles de montar y desmontar, lo que permite su reutilización.

Estructuras metálicas pesadas

Las estructuras metálicas pesadas se emplean en proyectos de gran envergadura, como puentes, rascacielos, estadios y naves industriales. Estas estructuras requieren perfiles de acero más grandes y resistentes, y su montaje suele requerir maquinaria especializada debido a su peso y dimensiones.

Estructuras metálicas mixtas

Las estructuras metálicas mixtas combinan elementos de acero con otros materiales, como hormigón o madera. Estas estructuras aprovechan las ventajas de cada material para lograr una mayor eficiencia y resistencia en la construcción.

Proceso de construcción de estructuras metálicas

El proceso de construcción de estructuras metálicas consta de varias etapas, que incluyen:

1. Diseño estructural: En esta etapa, se realiza el cálculo estructural y se definen las dimensiones y especificaciones de la estructura metálica. Se determinan los perfiles de acero necesarios y las conexiones entre ellos.
2. Fabricación de los elementos: Los elementos de acero se fabrican en talleres utilizando técnicas de corte, doblado y soldadura. Se aplican tratamientos anticorrosivos para garantizar la durabilidad de los elementos.
3. Transporte e instalación: Una vez fabricados, los elementos de acero se transportan al lugar de construcción y se instalan según el diseño estructural. Se realizan conexiones mediante soldadura, pernos o remaches para ensamblar la estructura.
4. Acabados y protección: Se aplican acabados finales a la estructura metálica, como pintura o recubrimientos especiales, para protegerla contra la corrosión y mejorar su apariencia estética.

Diseño de estructuras metálicas

El diseño de estructuras metálicas es una etapa crucial que garantiza la resistencia, seguridad y eficiencia de la estructura. Algunos aspectos importantes a considerar en el diseño son:

Cálculo estructural

El cálculo estructural se realiza para determinar las cargas que la estructura metálica deberá soportar y dimensionar los elementos de acero en consecuencia. Se emplean normativas y estándares técnicos para garantizar la resistencia y estabilidad de la estructura.

Selección de materiales

La selección adecuada de los materiales es fundamental para el diseño de estructuras metálicas. Se deben elegir perfiles de acero de calidad y resistencia adecuada, teniendo en cuenta las cargas y condiciones de uso.

Resistencia y seguridad

El diseño debe garantizar la resistencia y seguridad de la estructura en diversas condiciones, como cargas estáticas, cargas sísmicas, viento y otros factores externos. Se deben considerar los coeficientes de seguridad y realizar análisis de resistencia y deformación.

Mantenimiento y durabilidad de las estructuras metálicas

Las estructuras metálicas requieren un mantenimiento adecuado para garantizar su durabilidad y funcionamiento óptimo a lo largo del tiempo. Algunas prácticas de mantenimiento comunes son:

• Inspecciones regulares para detectar posibles corrosiones, deformaciones o daños.
• Aplicación de recubrimientos anticorrosivos para proteger la estructura de la corrosión.
• Limpieza y remoción de sedimentos o residuos que puedan acumularse en la estructura.
• Reparación o reemplazo de elementos dañados o deteriorados.

El mantenimiento adecuado prolonga la vida útil de las estructuras metálicas y asegura su integridad estructural.

Sostenibilidad de las estructuras metálicas

Las estructuras metálicas se consideran una opción sostenible debido a varias razones:

1. Reciclabilidad: El acero y otros metales utilizados en las estructuras metálicas son 100% reciclables, lo que reduce la demanda de materias primas y disminuye el impacto ambiental.
2. Eficiencia energética: Las estructuras metálicas permiten la integración de sistemas de aislamiento térmico y eficiencia energética, lo que reduce el consumo de energía y las emisiones de carbono.
3. Durabilidad y vida útil prolongada: Las estructuras metálicas son altamente duraderas y pueden resistir las condiciones climáticas y ambientales más adversas. Su vida útil prolongada reduce la necesidad de reemplazo y minimiza el desperdicio de materiales.

Costo de las estructuras metálicas

El costo de las estructuras metálicas puede variar dependiendo de diversos factores, como el diseño, tamaño, complejidad y especificaciones requeridas. En general, las estructuras metálicas pueden tener un costo inicial ligeramente superior a otras opciones de construcción, pero ofrecen una mayor durabilidad y eficiencia a largo plazo, lo que puede resultar en ahorros significativos en mantenimiento y reparaciones.

Ejemplos destacados de estructuras metálicas

Existen numerosos ejemplos destacados de estructuras metálicas a nivel mundial. Algunos ejemplos icónicos incluyen:

1. La Torre Eiffel en París, Francia.
2. El Empire State Building en Nueva York, Estados Unidos.
3. El puente Golden Gate en San Francisco, Estados Unidos.
4. El estadio Maracaná en Río de Janeiro, Brasil.
5. La Ópera de Sídney en Sídney, Australia.

Estas estructuras metálicas son reconocidas por su diseño innovador, resistencia y contribución a la arquitectura icónica.

¿Cómo construir estructuras metálicas para techos livianos?

Las estructuras metálicas para techos livianos son una opción popular en el campo de la construcción debido a su peso reducido y su instalación relativamente sencilla. Sin embargo, cada tipo de estructura metálica requiere de un proceso específico de construcción. A pesar de esto, es importante seguir ciertos parámetros para garantizar una construcción eficiente y segura.

En primer lugar, es fundamental contar con planos detallados. Los planos son elementos clave en cualquier diseño, y sin ellos no se puede comenzar la construcción de una estructura sin correr el riesgo de sufrir accidentes. Además, es importante utilizar los materiales especificados en los planos, ya que los cálculos se realizaron considerando perfiles metálicos específicos. Esto se aplica tanto a los montantes como a las vigas de acero.

En el caso de que sea necesario, se pueden realizar cortes en las piezas para crear columnas o marcos adecuados para el perímetro donde serán instalados.

Las piezas se sueldan si se trata de perfiles ligeros, o se perforan con pernos industriales en el caso de las vigas de acero.

Antes de soldar o perforar, es importante limpiar las piezas para eliminar impurezas como escoria o salpicaduras de cortes o soldaduras anteriores. Para limpiar los perfiles ligeros, basta con una mezcla de agua y jabón, mientras que para los montantes se puede utilizar thiner.

Una vez finalizada la estructura, se puede aplicar pintura. La pintura se utiliza principalmente en perfiles ligeros de estructuras metálicas y no tanto en vigas.

Finalmente, el montaje es una de las partes más importantes, ya que se deben seguir los planos originales para trabajar de manera correcta. Se comienza con la instalación de las columnas de forma fija, luego se colocan vigas entre las columnas para evitar accidentes y se implementan tres largueros entre cada eje. Además, es necesario asegurar y reforzar las conexiones con largueros, contrafuertes y contraventeos para garantizar la seguridad de toda la estructura.

¿Cuáles son los tipos de estructuras metálicas para techos?

Existen diversos tipos de estructuras metálicas para techos livianos que es importante conocer para determinar cuál es la más adecuada para cada proyecto. Conocer las características de estas estructuras es fundamental para lograr un buen resultado en la construcción. A continuación, se detallan los distintos tipos que se pueden encontrar:

Estructuras entramadas: Son las más comunes y se utilizan ampliamente en áreas urbanas. Estas estructuras están compuestas por cimientos, barras, columnas y vigas de acero. Forman el esqueleto metálico típico de edificios de gran altura, ya que necesitan vigas que soporten la compresión generada por el peso.

Estructuras trianguladas: Se caracterizan por tener barras dispuestas en forma de triángulo, creando estructuras planas o tridimensionales. Estas estructuras son ligeras y económicas, por lo que se utilizan en la construcción de grúas, puentes, torres de telecomunicaciones, entre otros.

Estructuras colgantes: Están compuestas por cables o tirantes de acero de gran resistencia física, lo que les permite soportar grandes cargas y brindar estabilidad a una estructura. Son comúnmente utilizadas en puentes colgantes.

Estructuras laminares: Estas estructuras se construyen utilizando láminas de metal delgadas o curvadas. Esto les otorga la capacidad de soportar tensiones y flexionarse sin romperse. Son muy resistentes y se utilizan en vehículos terrestres y aéreos.

Estructuras abovedadas: Los techos parabólicos son un ejemplo de estructuras abovedadas, donde se forma un arco o bóveda que proporciona mayor altura interna al recinto. Estas estructuras se componen de arcos, cúpulas y bóvedas que permiten cubrir grandes espacios sin necesidad de soportes adicionales.

Estructuras geodésicas: Las estructuras geodésicas se construyen utilizando la formación de hexágonos y pentágonos, que en conjunto son más resistentes y livianos. Se construyen con barras siguiendo una geometría basada en divisiones de un icosaedro. Estas estructuras son semiesféricas y se ensamblan fácilmente, permitiendo cubrir grandes espacios sin necesidad de soportes adicionales. Además, a medida que aumenta su tamaño, aumenta su resistencia.

Calculo de Estructuras Metálicas

Conclusiones

Las estructuras metálicas son elementos clave en la construcción moderna debido a su resistencia, durabilidad y versatilidad. Sus ventajas incluyen la resistencia, la eficiencia en el tiempo de construcción, la sostenibilidad y la flexibilidad en el diseño y modificaciones. El proceso de construcción y diseño requiere un enfoque cuidadoso para garantizar la resistencia, seguridad y durabilidad de la estructura.

El mantenimiento adecuado y el uso de materiales de calidad son fundamentales para prolongar la vida útil de las estructuras metálicas. Además, las estructuras metálicas ofrecen una amplia gama de aplicaciones en diversos sectores, desde edificación residencial y comercial hasta infraestructura vial y energías renovables.

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