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El tiempo de ejecución en una obra civil define la rentabilidad total del proyecto. En este sentido, al sustituir los colados de concreto tradicionales por estructuras de acero podemos acelerar drásticamente el cronograma, lo que nos permite avanzar con los cerramientos e instalaciones sin esperar tiempos de fraguado.
No obstante, para que este sistema funcione, la precisión en campo debe ser milimétrica. En esta guía te explicamos el proceso de construcción de una estructura metálica para casa segura y libre de deflexiones, comenzando por los análisis críticos que deben realizarse antes de la obra y los materiales certificados que se deben utilizar.
¿Has escuchado o has sido testigo del colapso o la vibración excesiva de un entrepiso? Se trata de un siniestro que rara vez ocurre por un defecto de fábrica del acero. El problema radica casi siempre en una mala especificación desde el plano: elegir un material de herrería ligera para soportar tensiones mecánicas que requieren ingeniería pesada.
Para evitar sobredimensionar la compra o comprometer la integridad de un inmueble, en este caso compuesto por una o varias estructuras metálicas, debemos comprender cómo se comportan las fuerzas físicas sobre el marco rígido. En este sentido, veamos a continuación cuáles son los análisis clave para la construcción de esta clase de obras:
Levantar un esqueleto de acero perfectamente calculado sobre un terreno inestable garantiza fracturas en los muros y desplomes. Es por tal motivo que, antes de realizar el primer trazo, será necesario ejecutar un estudio de mecánica de suelos para conocer la capacidad de carga real de la tierra.Este análisis dicta el tipo de cimentación que requerirá la estructura: zapatas aisladas, losas continuas o pilotes profundos. Ignorar este paso provocará hundimientos diferenciales que terminan por torcer las placas base y fracturar las conexiones soldadas de las columnas.
Diseñar la estructura metálica para una casa de dos pisos, por ejemplo, exige calcular meticulosamente las fuerzas descendentes. El acero debe soportar la carga muerta: el peso propio de la loseta, los muros divisorios de tablaroca o block, y la lámina de entrepiso.
Simultáneamente, el cálculo estructural contempla la carga viva: el tránsito de personas, los muebles y el impacto de fenómenos dinámicos como sismos o vientos huracanados. Este análisis arroja el momento flexionante exacto, dictando el peralte y el grosor que deben tener las trabes principales.
El acero es un material altamente dúctil, cualidad que lo hace ideal para absorber energía durante un terremoto. Sin embargo, los ingenieros calculistas deben realizar un análisis sísmico riguroso para diseñar conexiones rígidas que controlen los desplazamientos laterales del edificio y eviten el colapso.
En el caso de la techumbre del tipo de estructura en cuestión, el análisis de viento es el factor de riesgo más crítico. Las ráfagas generan un efecto de succión aerodinámica que puede arrancar de tajo la cubierta si las vigas maestras y los polines no cuentan con el anclaje adecuado frente a la presión negativa.
Sustituir una viga estructural por un tubo comercial para «ahorrar» presupuesto es un error costoso en obra, pero sobre todo, un error muy grave que puede poner en riesgo a la cuadrilla de construcción y a los usuarios finales del inmueble. Cada elemento tiene una función de carga específica que no puede ser alterada sin la autorización del calculista.
Al respecto, te hablamos en seguida de los materiales correctos para conformar un esqueleto residencial de alta resistencia frente a los diferentes tipos de carga:
Las columnas son los elementos críticos que reciben el peso total del edificio y lo transfieren a la cimentación mediante compresión axial. En este caso es fundamental la implementación de perfiles robustos que eviten el pandeo local ante cargas masivas.
El perfil HSS es la opción predilecta por su estética y eficiencia: al ser una sección cerrada, distribuye el estrés uniformemente en todo su perímetro. Sin embargo, la viga IPR también puede llegar a ser imprescindible, puesto que se utiliza cuando las cargas son extraordinarias y se requiere facilitar las conexiones atornilladas en los patines.
Que estos componentes cuenten con la certificación de calidad y grado de acero estructural para este tipo de obras es innegociable.
En el caso de la viga IPR el estándar mínimo requerido para vivienda es el grado A36 (con un límite de fluencia de 36,000 psi). No obstante, en la actualidad estas vigas se fabrican en grado dual A36/A572-50 para otorgar mayor resistencia a la flexión en claros amplios.
El perfil HSS, por otra parte, debe estar forzosamente certificado bajo la norma ASTM A500 (grado B o C). Este acero de alta resistencia soporta fluencias de hasta 50,000 psi, previniendo el pandeo local de la columna bajo la compresión que ejerce el entrepiso.
Para librar claros amplios en salas o cocheras sin utilizar columnas intermedias, se requieren elementos horizontales de alta rigidez. Las trabes maestras soportan la flexión generada por el peso del segundo nivel y la transmiten hacia las columnas.
Aquí nuevamente es fundamental recurrir a la viga IPR, debido a su diseño geométrico. Para ser más específicos debemos decir que este tipo de componente contrarresta la deflexión vertical, lo que permite la instalación del sistema Losacero sobre sus patines superiores sin riesgo de pandeo.
Una vez que el marco rígido principal está levantado, se requiere una subestructura para soportar las fachadas, los techos ligeros y las divisiones interiores. En este caso no se utilizarán perfiles de acero capaces de cargar el peso del edificio, pero sí de estabilizar el sistema complet:
La construcción de una estructura metálica para casas implica dominar la logística de montaje. A diferencia de los trabajos de recubrimiento o acabados finales, donde el error se cubre con mortero, en el acero una desviación de dos milímetros en la base impide que las vigas encajen en la cima.
Para garantizar la ortogonalidad del inmueble, el proceso constructivo debe seguir un orden inalterable. En este sentido, a continuación te explicamos cómo hacer una estructura metálica para casas paso por paso:
En la construcción metálica el acero estructural jamás toca la tierra directamente. Y esto es para evitar su corrosión acelerada. La transición se resuelve con la construcción de zapatas y dados de concreto armado, dentro de los cuales se ahogan anclas roscadas de alta resistencia justo antes del colado. Esto garantiza que sus extremos superiores queden expuestos varios centímetros sobre la superficie curada para recibir las futuras conexiones.
Una vez fraguado el concreto, se enrosca una primera serie de tuercas y rondanas sobre las anclas expuestas. Esto crea una separación de varios centímetros entre la base de concreto y el metal. Al asentar la placa pesada sobre estas tuercas inferiores, se utiliza equipo láser para ajustar la altura milimétricamente hasta lograr una horizontalidad perfecta.
Una vez nivelada y fijada con las tuercas superiores, se cimbra el perímetro y se vierte un mortero autonivelante sin contracción en el espacio vacío. Este fluido de alta resistencia rellena cualquier oquedad y encapsula las anclas por completo.
Este vaciado transfiere el peso masivo del edificio uniformemente hacia la zapata, lo que evita que las tuercas soporten la carga de compresión. Al curar el mortero se obtiene la superficie de transición definitiva para izar y soldar las columnas.
Levantar perfiles de grandes dimensiones exige grúas telescópicas coordinadas por maniobristas experimentados. Las columnas principales se izan primero, asegurando su verticalidad absoluta con cables tensores temporales antes de aplicar el torque definitivo a las tuercas de la placa base.Posteriormente se izan las vigas maestras. Los montadores en altura utilizan llaves estructurales para alinear las perforaciones de los patines con las placas de conexión, insertando pasadores temporales que estabilizan el nodo estructural y permiten liberar la grúa de forma segura.
Si la ingeniería demanda una conexión atornillada, se deberán sustituir los pasadores por tornillos de alta resistencia grado A325. La fijación final se ejecuta con llaves de impacto neumáticas, aplicando la tensión exacta dictada por el cálculo para evitar el deslizamiento de las placas bajo cargas vivas.
Por el contrario, si los planos especifican una conexión soldada, el empalme definitivo exige aplicar cordones de soldadura continuos en el nodo.
Esta tarea deben llevarla a cabo soldadores calificados, con equipos de alta precisión y electrodos de bajo hidrógeno para garantizar una fusión profunda, sin porosidad, capaz de absorber la energía de un sismo.
Para garantizar que el nodo absorba la energía sísmica sin fallar, el método de fijación definitivo debe responder estrictamente a las exigencias del plano de montaje. En la siguiente tabla especificamos los requerimientos de campo y la idoneidad de cada sistema de unión:
| Tipo de conexión | Requerimientos técnicos en campo | Idoneidad y aplicación estructural |
|---|---|---|
| Atornillada | Tornillos de alta resistencia grado A325 y llaves de impacto neumáticas calibradas | Uniones de viga a columna, empalmes rápidos y montajes de alta precisión geométrica |
| Soldada | Soldadores homologados, electrodos de bajo hidrógeno (E7018) y equipos de arco | Placas base, refuerzos de momento y nodos rígidos donde el diseño prohíbe perforar patines |
Incluso al llevar a cabo la construcción de una estructura con los materiales de la más alta calidad, una mala supervisión en campo arruina la inversión del cliente. El levantamiento adecuado de una estructura metálica para hacer casas exige evitar a toda costa las siguientes patologías constructivas:
Una vez que el marco rígido está plomeado, atornillado y soldado, el esqueleto queda liberado para recibir los sistemas complementarios de la vivienda. La precisión dimensional del acero permite trabajar simultáneamente en diferentes niveles, acelerando las siguientes fases del proyecto:
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No olvides que en nuestro blog encontrarás información clave sobre materiales y procesos de construcción, la cual te ayudará a concretar proyectos seguros y de alto nivel.
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