ESTRUCTURAS

Una de las diferencias más acusadas entre las estructuras metálicas y las de hormigón consiste en la existencia en las primeras de multitud de uniones; es difícil en cambio encontrarlas en las estructuras de hormigón, caracterizadas por su monolitismo.

Las uniones cobran, dentro de los proyectos de las construcciones de acero, especial relevancia y porque no decirlo, dificultad. Toda unión es por su propia naturaleza una discontinuidad y por tanto, una zona potencialmente peligrosa, de hecho, multitud de accidentes se deben a uniones mal proyectadas o mal ejecutadas.

No es necesario insistir sobre la importancia que tienen las uniones, pues es suficiente que falle una cualquiera de ellas para ocasionar la ruina total o parcial de la estructura. En consecuencia, en un proyecto de estructura metálica deben estar adecuadamente resueltas todas las costuras.

En el proyecto de una unión entre dos o más piezas de una estructura metálica se distinguen dos fases principales.

La primera y más importante es la concepción y diseño general de la misma, eligiendo entre uniones soldadas o atornilladas y dentro de cada tipo el modelo de unión: a tope, en ángulo, con cubrejuntas, con chapa frontal, con casquillos, etc.

En la segunda fase, el proyectista ha de comprobar la capacidad portante de la unión elegida. En el caso más general esta comprobación se realiza en tres etapas:

_ Determinación de los esfuerzos a los que se encuentra sometida la unión, que en general depende de su rigidez, por lo que nos encontraremos ante un problema isostático o hiperestático (donde no es suficiente analizar las leyes de la estática para averiguar los esfuerzos que la solicitan, sino que es preciso tener en cuenta además las deformaciones locales de la propia unión).

_ Determinación de las tensiones que estos esfuerzos originan en los distintos elementos de la unión (cordones de soldadura, tornillos, casquillos, cartelas, etc.)

_ Comprobación de que estas tensiones no ocasionan el agotamiento de ninguno de dichos elementos.

Para conseguir un diseño adecuado de una unión deben considerarse además una serie de factores o consideraciones de carácter económico y técnico:

Factores económicos

Las uniones pueden representar del orden del 40% del coste de una estructura (en el caso de edificación).

Para abaratar uniones, se debe procurar tipificar o unificar los distintos tipos de ellas, teniendo en cuenta que cada unión ha de ser sencilla en su concepción, evitando elementos innecesarios. Sin embargo, en las uniones viga-pilar, se debe prestar atención a la rigidización de las mismas y el no usarla pueda abaratar el coste, pero será necesario posiblemente tener en cuenta el perfil de la viga. Se suele tener que invertir los recursos o costes en un sentido u otro (viga o unión).

Los costes pueden depender del precio y cantidad de material a utilizar, la maquinaria y la mano de obra empleada. En el caso de uniones el coste del material no es relevante pero precisa de más horas de trabajo; depende pues del valor de la relación entre el coste del tiempo de trabajo empleado en hacer la unión y el coste de la cantidad de acero empleado en ello, ya que el peso de acero es la unidad de medida que contabiliza los costes en los presupuestos.

Una unión barata ha de ser fácil de realizar en taller o en la obra y debe estar proyectada de forma que facilite el trabajo del soldador y permita un deposito sencillo y en posición adecuada de los cordones o una colocación sencilla de los tornillos.

Consideraciones técnicas.

El analisis estructural y tensional de las uniones en construcción metálica puede ser, en algunas ocasiones, farragoso y complejo. En ellas hay una

concentración de esfuerzos muy importantes y la evaluación de las tensiones y deformaciones que se presentan solamente pueden obtenerse mediante el análisis experimental o utilizando métodos numéricos en el campo elastoplastico. De los resultados obtenidos se desprenden procedimientos simplificados que son los que habitualmente se utilizan en la práctica.

Para que una unión sea correcta desde el punto de vista técnico, es imprescindible tener en cuenta que la unión debe materializar las condiciones supuestas para ella en el calculo de la estructura. Los problemas pueden tener su inicio cuando el modelo y la estructura real no son concordantes.

Por ejemplo:

_ La no coincidencia de ejes de barras reales en el nudo teórico, de forma que aparecen momentos secundarios que aumentan las tensiones locales, ocasionando plastificaciones y/o deformaciones excesivas.

_ Diferencias en el grado de empotramiento supuesto. Por ejemplo, un nudo en celosía puede comportarse como rígido, habiéndose calculado como una articulación, o un extremo de viga o soporte se concibe como empotrado y una vez ejecutado no es capaz de absorber los momentos.

_ También puede ocurrir que en un pilar que se ha calculado con la hipótesis de que es empotrado, pero que se ancla en una zapata insuficiente, el momento causado por la reacción horizontal que debería repartirse entre los dos extremos del soporte es absorbido por el superior y se puede ocasionar una rotula plástica no prevista con la consiguiente disminución de la reserva de seguridad o la posibilidad de colapso de la estructura.

La unión debe estar diseñada de forma que permita una transmisión sencilla y directa de las tensiones entre los miembros conectados. También se debe tener en cuenta los efectos locales; por ejemplo, cuando se está alejando de los extremos de las barras, estas se comportan según las leyes de la resistencia de materiales, pero en las uniones, estas leyes no son en algunas ocasiones estrictamente válidas. Por tanto, se debe recurrir a un estudio más riguroso, basado en muchos casos en la plasticidad y en el comportamiento no lineal de las mismas.

Evidentemente, la unión ha de adaptarse a los medios y a la tecnología disponible para realizarla. Se trata de pensar en los equipos de soldeo, en técnicos y soldadores, procedimientos de garantía de calidad y posibilidades de transporte.

A veces estos aspectos tienen más influencia en la tipología que el propio calculo. Por ejemplo, en las uniones soldadas, se debe prestar atención especialmente a su ejecución y ello puede ocasionar el hecho de que, en ciertas condiciones, se deseche una unión de este tipo, optando por una unión atornillada.