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Ejecución de estructuras metálicas
Se describen aquí las operaciones para la Ejecución de Estructuras Metálicas, desde las tareas en taller hasta los trabajos realizados en obra, así como también los controles de dicha ejecución y de sus materiales.
Incluye elaboración, suministro y montaje de toda la Estructura Metálica, bien sea soldada o atornillada.
Tareas Previas
Antes de comenzar con la fabricación , deberán estar confeccionados los planos de taller.
Previamente al montaje de la estructura metálica, estará ejecutada la cimentación correspondiente, respetando todas las cotas de proyecto y provista ésta de sus correspondientes elementos de unión con la estructura (chapas de anclaje, cajetines, etc.)
Replanteo
Comprobar en obra las cotas de replanteo de la estructura para la realización de los planos de taller, para definir completamente todos los elementos de la estructura.
Estos planos deberán contener:
a) Las dimensiones necesarias para la definición de todos los elementos integrantes de la estructura.
b) Las contraflechas de vigas, cuando se hayan previsto.
c) La disposición de las uniones, inclusive todas las provisionales de armado, distinguiendo las dos clases de unión: de fuerza y de atado.
d) El diámetro de los agujeros de tornillos, con indicación de la forma de mecanizado.
e) Las clases y diámetros de los tornillos empleados.
f) La forma y dimensiones de las uniones soldadas, la preparación de los bordes, el procedimiento, métodos usados en cada caso y posiciones de soldeo, los materiales de aportación y el orden de ejecución.
g) Las indicaciones sobre mecanizado o tratamiento de los elementos que lo precisen.
h) Todo plano de taller debe indicar tipo de perfiles, clases de aceros usados, los pesos y marcas de cada uno de los elementos de la estructura representados en él.
Proceso Constructivo
En la ejecución de una estructura metálica hay que distinguir dos fases:
Fabricación en Taller
Los trabajos a realizar en taller conllevan un proceso en el orden siguiente:
- Plantillaje
- Preparación, enderezado y conformación
- Marcado de ejecución
- Cortes y perforaciones
- Armado
- Preparación de superficies y pintura
- Marcado e identificación de elementos
1.Plantillaje.
Consiste en realizar las plantillas a tamaño natural de todos los elementos que lo requieren, en especial las plantillas de los nudos y las de las cartelas de unión.
Cada plantilla llevará la marca de identificación del elemento a que corresponde y los números de los planos de taller en que se define. Se indicarán los diámetros definitivos de cada perforación y su exacta posición.
El trazado de las plantillas es realizado por personal especializado, ajustándose a las cotas de los planos de taller, con las tolerancias fijadas en el proyecto o las que se indican en la normativa NBE-EA-95.
Las plantillas se realizarán en un material que no se deforme ni se deteriore durante su manipulación.
2.Preparación enderezado y conformación.
Estos trabajos se efectúan previamente al marcado de ejecución, para que todos tengan la forma exacta deseada.
En cada uno de los productos se procederá a:
- Eliminar los defectos de laminación, que por detalles mínimos, no han sido descartados.
- Suprimir las marcas de laminación en relieve en aquellas zonas que se pondrán en contacto con otro producto en las uniones de la estructura.
- Eliminar todas la suciedad e impurezas que se hayan adherido.
La operación de enderezado en los perfiles y la de planeado en las chapas se hará en frío preferentemente, mediante prensa o máquina de rodillos.
Los trabajos de plegado o curvado se realizarán también en frío.
No se admite en el producto ninguna abolladura a causa de las compresiones, ni grietas debidas a las tracciones que se produzcan durante la conformación.
Si excepcionalmente se efectuase en caliente, se seguirán los pasos siguientes:
a) El calentamiento se realizará, a ser posible, en horno. Se admite el calentamiento en fragua u hornillo. No es conveniente el calentamiento directo con soplete. El enfriamiento se realizará al aire en calma, sin acelerarlo artificialmente.
b) Se calentará a una temperatura máxima de 950ºC (rojo cereza claro), interrumpiéndose la operación cuando la temperatura disminuya debajo de 700ºC (rojo sombra), para volver a calentar la pieza.
c) Se tomarán todos los recaudos que sean necesarios para no alterar la estructura del acero, ni introducir tensiones parásitas durante las etapas de calentamiento y de enfriamiento.
La conformación podrá realizarse en frío cuando el espesor de la chapa no supere los 9 mm. o el radio de curvatura no sea menor que 50 veces el espesor.
3. Marcado de ejecución.
Estas tareas se efectúan sobre los productos preparados de las marcas precisas para realizar los cortes y perforaciones indicadas.
4. Cortes y perforaciones.
Este procedimiento de corte sirve para que las piezas tengan sus dimensiones definitivas.
El corte puede hacerse con sierra, cizalla, disco o máquina de oxicorte.
No se permite el corte con arco eléctrico.
El uso de la cizalla se permite solamente para chapas, planos y angulares, de un espesor que no sea superior a 15 mm.
La máquina oxicorte se permite tomando las precauciones necesarias para conseguir un corte regular, y para que las tensiones o transformaciones de origen térmico producidas no causen perjuicio alguno.
El óxido adherido y rebabas, estrías o irregularidades en bordes, producidas en el corte, se eliminarán posteriormente mediante piedra esmeril, buril y esmerilado posterior, cepillo o fresa, terminándose con esmerilado fino. Esta operación deberá efectuarse con mayor esmero en las piezas destinadas a estructuras que serán sometidas a cargas dinámicas.
Los biseles se realizarán con las dimensiones y los ángulos marcados en los planos de taller. (Con las tolerancias señaladas en el apartado 5.5. de la NBE EA-95). Se recomienda su ejecución mediante máquina herramienta u oxicorte automático, con estas prescripciones permitiéndose buril y esmerilado posterior.
Todo ángulo entrante debe ejecutarse sin arista viva, redondeado con el mayor radio posible.
Es conveniente fresar los bordes de apoyo de todo soporte en un plano perpendicular a su eje, para lograr un contacto perfecto con la placa o con soportes contiguos.
Los agujeros para tornillos se perforan con taladro, autorizándose el uso de punzón en los casos particulares indicados y bajo las condiciones prescritas a continuación:
El punzón debe estar en perfecto estado, sin ningún desgaste ni deterioro. Se permite el punzonado en piezas de acero A37 cuyo espesor no sea mayor que 15 mm., que no se destinen a estructuras sometidas a cargas dinámicas.
En todas las piezas de acero A42 y A52, los agujeros deben ejecutarse siempre con taladro.
El taladro se realizará, en general, a diámetro definitivo, salvo en los agujeros en que sea previsible rectificación para coincidencia. No se permite el punzonado a diámetro definitivo.
El taladrado se ejecuta con diámetro reducido, 1 mm. menor que el diámetro definitivo, cuando sea previsible rectificación para coincidencia.
El punzonado se ejecuta con diámetro reducido, 3 mm. menor que el diámetro definitivo.
La rectificación de los agujeros de una costura, si es necesaria, se realiza con escariador mecánico. Se prohibe hacerlo mediante broca pasante o lima redonda.
Se recomienda que, siempre que sea posible, se taladren de una vez los agujeros que atraviesen dos o más piezas, después de armadas, engrapándolas o atornillándolas fuertemente. Después de taladradas las piezas se separarán para eliminar las rebabas.
Los agujeros destinados a alojar tornillos calibrados se ejecutan siempre con taladro de diámetro nominal de la espiga, las tolerancias están indicadas en la normativa NBE EA-95.
5. Armado.
Esta operación tiene por objeto presentar en taller cada uno de los elementos estructurales que lo requieran, ensamblando las piezas que se han elaborado, sin forzarlas, en la posición relativa que tendrán una vez efectuadas las uniones definitivas.
Se armará el conjunto del elemento, tanto el que ha de unirse definitivamente en taller como el que se unirá en obra.
Las piezas que han de unirse con tornillos calibrados o tornillos de alta resistencia se fijarán con tornillos de armado, de diámetro no más de 2 mm. menor que el diámetro nominal del agujero correspondiente.
Se colocará el número suficiente de tornillos de armado apretados fuertemente con llave manual, para asegurar la inmovilidad de las piezas armadas y el íntimo contacto entre las superficies de unión.
Las piezas que han de unirse con soldadura, se fijarán entre sí con medios adecuados que garanticen, sin una excesiva coacción, la inmovilidad durante el soldeo y enfriamiento subsiguiente, para conseguir exactitud en la posición y facilitar el trabajo de soldeo.
Para la fijación no se permite realizar taladros o rebajos que no estén indicados en los planos de taller.
Como medio de fijación de las piezas entre sí pueden emplearse puntos de soldadura depositados entre los bordes de las piezas que van a unirse. El número y el tamaño de los puntos de soldadura será el mínimo necesario para asegurar la inmovilidad.
Estos puntos de soldadura pueden englobarse en la soldadura definitiva si se limpian perfectamente de escoria, no presentan fisuras u otros defectos, y después se liman con buril sus cráteres extremos.
No se permite de ningún modo fijar las piezas a los gálibos de armado con puntos de soldadura.
Con el armado se verifica que la disposición y la dimensión del elemento se ajuste a las indicadas en los planos de taller.
Deberán rehacerse o rectificarse todas las piezas que no permitan el armado en las condiciones arriba indicadas.
Finalizado el armado, y comprobada su exactitud, se procede a realizar la unión definitiva de las piezas que constituyen las partes que hayan de llevarse terminadas a la obra. Las prescripciones para las uniones atornilladas y para las uniones soldadas, son objeto de Criterios de Ejecución aparte, como son 02.06.02 Uniones Soldadas y 02.06.03 Uniones Atornilladas.
No se retirarán las fijaciones de armado hasta que quede asegurada la indeformabilidad de las uniones.
6. Preparación de superficies y pintura.
Todos los elementos estructurales deben ser suministrados, salvo otra especificación particular, con la preparación de las superficies e imprimación correspondiente.
Las superficies se limpiarán cuidadosamente, eliminando todo rastro de suciedad, cascarilla óxido, gotas de soldadura o escoria, mediante chorreado abrasivo, para que la pieza quede totalmente limpia y seca.
A continuación recibirán en taller una capa de imprimación (rica en zinc de silicato de etilo con 70 a 75 µm de espesor eficaz de película seca) antes de entregarla para el montaje de obra.
7. Marcado e identificación.
En cada una de las piezas preparadas en el taller se marcará con pintura la identificación correspondiente con que ha sido designada en los planos de taller para el armado de los distintos elementos.
Del mismo modo, cada uno de los elementos terminados en el taller llevará la marca de identificación prevista en los planos de taller para determinar su posición relativa en el conjunto de la obra.
Montaje en Obra
Dentro de esta fase el proceso a seguir es el siguiente:
- Programa de Montaje.
- Recepción, Almacenamiento y Manipulación.
- Montaje.
Programa de Montaje.
Se redactará un programa de montaje detallando lo siguiente:
a) Descripción de la ejecución en fases, el orden asignado y los tiempos de montaje de los elementos de cada fase.
b) Descripción del equipo a emplear en el montaje de cada fase.
c) Cimbras, apeos y todo elemento empleado para sujeción provisional.
d) Listado del personal asignado para realizar cada fase con especificación de su calificación profesional.
e) Elementos de seguridad y protección del personal.
f) Control y verificación de los replanteos.
g) Control y verificación de aplomos, nivelaciones y alineaciones.
Recepción, Almacenamiento y Manipulación.
Todos los elementos de la estructura deben tener sus marcas de identificación.
El almacenamiento y depósito de los elementos que integran la obra se debe hacer guardando un orden estricto y en forma sistemática, a fin de no generar demoras o errores en el montaje.
Las manipulaciones para la carga, descarga, transporte, almacenamiento a pie de obra y montaje deben efectuarse con el cuidado suficiente para no producir solicitaciones excesivas en ningún elemento de la estructura y para no dañar las piezas o la pintura.
Deben protegerse las partes sobre las que hayan de fijarse las cadenas, ganchos o cables que se utilicen en la elevación o sujeción de las piezas de la estructura.
Antes de realizar el montaje, se deberá corregir con cuidado cualquier abolladura, torcedura o comba que haya aparecido durante las operaciones de transporte. Si el defecto no se puede corregir, o se presume que después de corregido puede afectar la resistencia o estabilidad de la estructura, se rechaza la pieza marcándola debidamente para dejar constancia de ello.
Montaje.
Sobre las cimentaciones previamente ejecutadas se apoyan las bases de los primeros pilares o pórticos. Estas bases se nivelan con cuñas de acero. Es conveniente que la separación esté comprendida entre 40 y 80 mm. Después de acuñadas las bases, se procede a la colocación de vigas del primer forjado y luego se alinean y aploman los pilares y pórticos.
Los espacios entre las bases de los pilares y la cimentación deben limpiarse y luego se rellenan por completo con mortero u hormigón de cemento portland y árido; el árido no podrá tener una dimensión mayor que 1/5 del espesor del espacio que debe rellenarse, y su dosificación no menor que ½.
Las sujeciones provisionales de los elementos durante fase de montaje se aseguran para resistir cualquier esfuerzo que se produzca durante los trabajos.
En el montaje se realiza el ensamble de los distintos elementos, a fin de que la estructura se adapte a la forma prevista en los planos de taller con las tolerancias establecidas.
No se comienza el atornillado definitivo o soldeo de las uniones de montaje hasta haber comprobado que la posición de los elementos de cada unión coincida con la posición definitiva.
Las uniones atornilladas o soldadas seguirán deben realizarse según las especificaciones de la normativa en vigor.
Criterios de Medición
Se calcula por Peso: kg. de estructura realmente montada.
Control de Calidad
Dicho control se llevará a cabo en las dos fases del proceso:
Fabricación en Taller y Montaje en Obra.
Fabricación en Taller
Control de las dimensiones de piezas y elementos: se realizar el control en el plantillaje, marcado, corte, perforación y soldadura.
Armado
Se harán las siguientes comprobaciones:
- Identificación y disposición de elementos.
- Situación de los ejes de simetría.
- Situación de las zonas de sujeción a elementos contiguos.
- Ausencia de alabeos y abolladuras.
Soldadura
Se realizan los ensayos definidos en el correspondiente pliego, líquidos penetrantes, partículas magnéticas, radiografías y/o ultrasonidos.
Se realiza siempre una inspección visual donde no se admiten los defectos que se describen en el P.P.I. (ver detalle P.P.I.).
Pintura
Deben realizarse las siguientes comprobaciones:
- Revisión de certificados de pintura.
- Inspección visual de la preparación de superficies.
- Ensayo de adherencia.
- Control de espesor eficaz.
Atornillado o Soldadura
En el atornillado se verificará el par de apriete y en la soldadura realizada en obra se aplicará lo mismo que para las realizadas en taller (ver C.E. 02.06.02 Uniones soldadas y 02.06.03 Uniones atornilladas).
Control de los Materiales
Todos los materiales recibidos serán objeto de Recepción y Ensayo.
El fabricante debe garantizar las características mecánicas y la composición química de los materiales que suministra, es decir, garantizar que se cumplen las condiciones especificadas en la normativa NBE-EA-95.
Todos los materiales deben llevar las siglas de la fabrica, el tipo de acero y la denominación del producto, marcados debidamente.
Hay que definir el tipo de acero de la estructura, así como las operaciones y sus tolerancias tanto de la "fabricación en taller" como del "montaje en obra".
Medios Necesarios
Materiales
Designación de Aceros.
Todos los aceros utilizados en la fabricación de estructuras deben estar de acuerdo con las normas y calidades especificadas del proyecto, y de acuerdo a la normativa en vigor.
- Productos de Acero para Estructuras.
Estos son:
a. Perfiles y chapas de acero laminado (en caliente).
b. Perfiles huecos de acero.
c. Perfiles y placas conformadas de acero.
d. Tornillos, tuercas y arandelas.
a. Perfiles y chapas de acero laminado en caliente.
Aceros ordinarios utilizados como calidades A37b, A42b
Aceros de alta resistencia utilizados: A52b
Perfiles : IPN, IPE, HEB, HEA, HEM, UPN, L, LD y T. Redondo, cuadrado, rectangular o chapa.
b.Perfiles huecos de acero.
De acero A42b, no aleado. Las características mecánicas y su composición química se describen en la normativa correspondiente.
La serie de productos utilizados puede ser: Perfil hueco: redondo, cuadrado y rectangular.
c. Perfiles y placas conformadas de acero.
De acero A37b, no aleado. Las características mecánicas y su composición química se describen en la normativa correspondiente.
La serie de productos utilizados puede ser: en placas: onduladas, grecadas, nervadas y agrafadas.
d. Tornillos, tuercas y arandelas
Clase T: tornillos ordinarios según NBE-EA95, apartado 2.5.3.
Clase TC: tornillos calibrados según NBE-EA95, apartado 2.5.4.
Clase TR: tornillos de alta resistencia según NBE-EA95, apartado 2.5.7.
Los tornillos ordinarios se emplean con productos de acero de los tipos A37 y A42.
Los tornillos calibrados se emplean con productos de acero A37, A42 y A52.
Los tornillos de alta resistencia pueden emplearse con aceros de cualquier tipo.
Todas las tuercas y arandelas se indican en la normativa correspondiente.
Mano de Obra
Se indica para cada caso particular la que se necesite, tanto en taller como en obra.
Maquinaria
Se indica para cada caso particular la que se necesite, tanto en taller como en obra.
Otros Medios
De acuerdo a las características de la obra.
Normativa y Bibliografía
NBE-EA-95.- Estructura de Acero en Edificación
Norma UNE-ENV-1090-1. Ejecución de Estructuras de Acero. Parte 1: Reglas Generales y Reglas para Edificación.
