En la construcción con estructuras metálicas es menester que los diferentes elementos que componen una estructura, puedan ensamblarse o incorporarse de tal manera que el comportamiento de ésta no se vea afectado y funcione tal y como fue diseñada. Una correcta evaluación y análisis de la cantidad y tipo de conexiones que llevará una estructura de acero, puede influir en forma significativa en el costo final de ésta.
Para la selección del tipo de conexiones se debe tomar en consideración el comportamiento de la conexión, las limitaciones de construcción, la facilidad de fabricación y aspectos de montaje.
En este blog se mencionan los cuatro medios de conexión y/o uniones más habituales en el ensamble de estructuras de acero.
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Remaches en caliente o roblones
Son el método de unión para elementos de acero más antiguo de los presentados en este blog. Su primera aparición se remonta al siglo XIX con la construcción de los primeros puentes de hierro colado y/o forjado, siendo los roblones el medio de unión entre los elementos de dichos puentes.
Para hacer las uniones correspondientes, las planchas que se debían unir se perforaban en un patrón determinado por cálculo, reforzando los empalmes y traslapes con planchas igualmente perforadas siguiendo el mismo modelo.
Luego de alinear ambas planchas, los roblones o remaches (que tienen una cabeza ya preformada en forma redondeada) se colocan precalentados a una temperatura de aprox. 1.200ºC, pasándolos por las perforaciones y acto seguido son remachados en la cara opuesta hasta conformar la segunda cabeza.
Fig. 1 Contracción del roblón al enfriarse
Al enfriarse, su eje sufrirá una contracción que ejercerá una fuerte presión sobre los elementos que se están uniendo (Fig. 1). Este sistema de conexión funciona por la enorme dilatación térmica del acero que permite que, aún elementos relativamente cortos como los roblones, se contraigan significativamente al enfriarse desde los 1.200ºC hasta la temperatura ambiente.
Actualmente el uso del roblón se ha ido desplazando por otro tipos de uniones tales como las uniones soldadas y las uniones apernadas, cuyos métodos se mencionan más abajo.
Soldadura
La soldadura es la forma más común de conexión del acero estructural y consiste básicamente en la unión de dos piezas de acero mediante la fusión superficial de las caras a unir en presencia de calor y con o sin aporte de material agregado.
Cuando el material agregado es el mismo o similar al material de los elementos que se desean unir conservando la continuidad del material y sus propiedades mecánicas y químicas, el calor debe alcanzar a fundir las caras expuestas a la unión. Las conexiones soldadas logran una mayor rigidez, menores costos por reducción de perforaciones y empleo de una menor cantidad de acero lo que propicia una mayor limpieza y acabado en las estructuras, por mencionar algunas ventajas.
No obstante, cuenta con grandes limitaciones relacionadas con la posibilidad real de ser aplicadas y evaluadas correctamente, ya que se ve afectada por factores como el espacio de maniobrabilidad, la posición del soldador, condiciones atmosféricas etc.
Por tal motivo existe una convención típicamente aceptada que es mejor que las uniones soldadas se realicen en taller dónde se puede trabajar en un ambiente controlado, en forma automatizada o con los operadores en posiciones suficientemente cómodas para garantizar un buen cordón de soldadura. Asimismo, en taller es mucho más factible el someter las soldaduras a un exigente control de calidad, que incluye la certificación mediante rayos-x o ultrasonido de las soldaduras, lo que en terreno frecuentemente es costoso y a veces imposible de realizar.
Conexiones Apernadas
Otra forma frecuente de materializar uniones entre elementos de una estructura metálica es mediante pernos. Hoy, el desarrollo de la tecnología ha permitido fabricar pernos de alta resistencia, por lo que estas uniones logran excelentes resultados.
En concordancia con el apartado anterior, la tendencia actual y creciente es a realizar las uniones apernadas en obra y las uniones soldadas en taller. Aún así, la construcción y materialización de estas uniones apernadas requiere de un cuidadoso y detallado planeamiento en los planos de fabricación, cuya precisión milimétrica debe ser estrictamente respetada a fin de evitar descalces o problemas en el montaje.
Entre las ventajas de las uniones apernadas se cuenta con que existe una amplia gama de dimensiones y resistencia, no se necesita una especial capacitación, no exige un ambiente especial para el montaje y simplifica los procesos de reciclado de los elementos.
Tornillos
Los tornillos son conexiones rápidas utilizadas en estructuras de acero livianas, para fijar chapas o para perfiles conformados de bajo espesor (steel framing). Las fuerzas que transfieren este tipo de conexiones son comparativamente bajas, por lo que normalmente se tienen que insertar una cantidad mayor de tornillos (hay que tener presente que los tornillos deben ser utilizados preferentemente para unir chapas delgadas). Los tornillos pueden ser autorroscantes o autoperforantes.
Entre las ventajas de estas conexiones hay que destacar que son fáciles de transportar, existe una gran variedad de medidas, largos, diámetros y resistencia; y finalmente, que son fáciles de remover, factor importante para el montaje y desmontaje de los componentes de la estructura.
Otros Links: Láminas y Aceros
Fuentes: Tipos de uniones en aceros, Medios de unión de estructuras metálicas.