Uniones de perfiles de acero jumbo y superjumbo: Guía práctica

ArcelorMittal, el productor líder mundial de perfiles de acero utilizados en la construcción, ha creado este manual que reúne consejos e información sobre las uniones de grandes perfiles de acero ‘jumbo’ y ‘super-jumbo’ en estructuras de edificación no sometidas a cargas sísmicas. Está dirigido a proyectistas y les ofrece información sobre las mejores prácticas internacionales y recursos adicionales más allá de las normas de construcción típicas europeas y americanas.

El manual se basa en gran medida en el libro de la ECCS (European Convention for Constructional Steelwork) «Joints in steel and composite structures», que se centra en las uniones estructurales y trata temas como el diseño, la fabricación y el montaje de estas uniones.

 

Publicado: 28 mayo 2024

Optimizar el diseño y los costes

Este manual proporciona directrices para diseñar, construir y montar eficazmente proyectos que incluyan perfiles de acero de gran tamaño y grosor excepcional, conocidos como «perfiles jumbo» y «perfiles superjumbo». Estos perfiles tienen espesores de ala iguales o superiores a 50 mm, según se define en normas como EN 10365 y AISC 360 (2016). Debido a su tamaño y grosor, es necesario prestar especial atención al conectar estos perfiles de acero para garantizar la seguridad e integridad estructural.

El acero es un material anisótropo, lo que significa que tiene diferentes propiedades dependiendo de la dirección en la que se lamina. En el caso de los perfiles estructurales laminados en caliente, las mejores propiedades se encuentran en la dirección de laminación, por lo que es fundamental tener en cuenta las propiedades en todo el espesor del material (resistencia al desgarro laminar). Esto es especialmente importante en el caso de las uniones soldadas, en las que una planificación inadecuada puede provocar que las tensiones de soldadura superen la resistencia del material. Por lo tanto, una planificación y coordinación cuidadosas entre las partes interesadas del proyecto (ingenieros de diseño, arquitectos, talleres de fabricación, ensambladores/ montadores, oficinas de control de calidad y proveedores) son esenciales para crear uniones eficientes.

A lo largo de las fases de diseño, ingeniería de detalle, fabricación y montaje de una estructura de acero, hay margen para optimizar la rentabilidad. Los diseñadores e ingenieros pueden trabajar juntos para encontrar las soluciones más eficientes, teniendo en cuenta las capacidades del fabricante. Prefabricar los componentes en el taller no sólo agiliza el transporte y la instalación in situ, sino que también influye en el diseño de los tipos de uniones, lo que puede repercutir positivamente en los costes del proyecto. Cuanta más prefabricación se haga en el taller, mayor será la calidad y la rentabilidad de las estructuras de acero.

Contenido de este manual

En el capítulo 1 se explica por qué la elección del tipo de acero adecuado es crucial para garantizar la longevidad de una estructura. ArcelorMittal proporciona orientación sobre cómo seleccionar el tipo de acero adecuado a lo largo de todo el proceso de diseño, desde las fases iniciales hasta el momento en que el acero se utiliza como elemento estructural. El capítulo trata en detalle conceptos como la ductilidad, la resistencia al desgarro laminar y las características de los materiales. También introduce el concepto de tenacidad a la fractura y explica su importancia. El capítulo profundiza en la metodología para la selección de materiales basada en la tenacidad a la fractura según la norma específica EN 1993-110:2005, en particular para componentes sometidos a cargas de compresión cuasiestáticas.

En el capítulo 2, se detallan las uniones soldadas, partiendo de los principios del código de diseño hasta la perspectiva metalúrgica. Se hace hincapié en la importancia de preparar los perfiles jumbo antes de soldarlos para garantizar la calidad y minimizar los costes de fabricación. El capítulo analiza cómo la naturaleza dúctil del acero no se traduce necesariamente en una estructura dúctil y explica la colocación estratégica de los orificios de acceso a la soldadura. Además, aborda el desgarro laminar, un tipo de fisuración relacionada con la soldadura en el material base, y ofrece orientaciones para evitarlo y detectarlo. Se destacan varios parámetros de soldadura, como los procesos de soldadura, los electrodos, el aporte de calor y el tratamiento térmico posterior a la soldadura, que son cruciales para realizar soldaduras adecuadas y garantizar uniones fiables.

El capítulo 3 clasifica las uniones basándose en su función estructural y las cargas externas que soportan. Incluye categorías como las uniones sometidas a cargas de tracción y compresión, los empalmes de vigas y pilares, las cerchas y las uniones viga-columna. El capítulo también muestra ejemplos de estructuras reales que utilizan uniones de perfiles jumbo.

El capítulo 4 aborda los factores clave que influyen en las uniones de perfiles jumbo, incluidas las consideraciones arquitectónicas, especificando el perfil y la calidad correcta del acero, los procesos de fabricación, las medidas de seguridad y los requisitos de transporte.

El manual se completa con varios anexos: El Anexo A presenta un ejemplo de soldadura a tope con H5 de HD 400 x 1299 (tf = 140mm) en HISTAR® 460, los Anexos B y C detallan la especificación adecuada del acero para un pilar sometido a compresión axial y excéntrica respectivamente para evitar la fractura frágil, y el Anexo D proporciona un ejemplo de diseño para un empalme de pilar del tipo portante sin tensión neta (HD 400 x 744 y HD 400 x 990).

Requisitos de diseño y especificaciones de los materiales

Las uniones deben ser lo suficientemente fuertes como para soportar las fuerzas aplicadas sin comprometer la estabilidad de la estructura. Deben diseñarse para

  • ser lo suficientemente robustas para garantizar la integridad estructural
  • minimizar los efectos adicionales sobre la estructura
  • permitir una rotación suficiente
  • ser capaces de soportar cargas cíclicas cuando sea necesario

Las uniones soldadas de perfiles jumbo y superjumbo, especialmente los fabricados con acero de alta resistencia, requieren conocimientos específicos. Esto implica comprender el proceso de soldadura y elegir los materiales de acero adecuados, incluidos los metales de aportación. Las uniones soldadas, especialmente las que están sometidas a esfuerzos de tracción y flexión, deben estudiarse detenidamente.

Recomendamos a los diseñadores que consulten al departamento de asesoramiento técnico de ArcelorMittal (steligence.engineering@arcelormittal.com) para obtener orientación, especialmente cuando se trate de espesores de ala superiores a 50 mm para el acero con subgrado ML y 80 mm para el acero con subgrado M.

Texto:
Constructalia
ArcelorMittal Global R&D

Imágenes:
ArcelorMittal