Diseño y cálculo de las uniones en Estructuras Metálicas

El estudio de las uniones en las estructuras de acero en enmarca en ocasiones en un proceso secundario, en las rutinas de cálculo donde prima el dimensionamiento de las secciones de perfilería ajustadas a las solicitaciones de esfuerzos en la estructura.

Pero es claro que no se debe descuidar en ningún caso el diseño de las uniones entre barras, teniendo en cuenta que estas representan los puntos débiles de la estructura por los siguientes motivos:

• Son los puntos de discontinuidad entre los elementos constructivos.
• Las uniones son partes que se ejecutan total o parcialmente en obra, y por lo tanto están sujetas a un mayor riesgo de errores.
• Suelen situarse en los puntos de mayor acumulación de esfuerzos y por tanto de tensiones.
• Se forman por diferentes tipos de elementos, como tornillería, cordones de soldadura, chapas, etc, que incrementan la casuística de modos de fallo.

En el Máster de Cálculo de Estructuras de Obra civil se estudian en profundidad las estructuras metálicas y se ofrecen distintas herramientas informáticas para su análisis, utilizando diferentes softwares que son capaces de realizar un modelo ajustado para evaluar la idoneidad del diseño de las uniones, ya sean atornilladas o soldadas.

A modo de ejemplo, contamos con el Software CYPE que, entre sus múltiples funciones, cuenta con la aplicación de comprobación de la uniones de diferentes tipologías.

Si nos centramos en una unión entre un pilar y un dintel de una nave industrial, una posible solución puede ser la de la imagen:

Los perfiles llegan a obra con todas las soldaduras realizadas bajo un estricto control en taller, y únicamente resta atornillar las piezas.

La unión re materializa mediante una chapa de testa, que transmite el momento flector y cortante del extremo del dintel al pilar.

Este par de esfuerzos son absorbidos de dos formas:

• En la zona traccionada (azul), trabajan las dos filas de tornillos alrededor del ala superior del dintel a esfuerzo de tracción y cortante. Para que el esfuerzo cortante V no agoten los tornillos a cizalla, se pretensan los tornillos de forma que se evite el despegue de la chapa de testa que recogerá el esfuerzo cortante por adherencia con el ala del pilar.
• En la zona comprimida (roja), se aprietan las chapas de testa y ala del pilar, en un esfuerzo que equilibra a la tracción de los tornillos superiores. Esta compresión puede producir aplastamientos y en base a ellos se evalúan los espesores de chapa, grados de acero y la necesidad de acoplar rigidizadores a la unión.

Los programas de cálculo realizan estas y otras muchas comprobaciones necesarias para estudiar a fondo la estabilidad de las uniones y su funcionalidad estructural, siendo fundamental establecer una rigidez oportuna en cada unión, ya que esto influirá en el comportamiento del resto de la estructura.

En el Máster de Cálculo de estructuras de Obra Civil se proponen los métodos de análisis de uniones metálicas, así como su correcto diseño y aplicaciones en los proyectos de estructuras.

Autor: José Cándido Guisado López, docente del Máster Online en Cálculo de Estructuras de Obra Civil de EADIC.