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ROMPIENDO MITOS: ¿Uniones soldadas son iguales a empotramientos?

27 de Noviembre de 2023 | Autor: Joaquín Guraiib (Cuenta de Twitter del autor no disponible). Leído: 1480 veces

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Existe una "fama" en el ámbito profesional sobre las soldaduras en estructuras metálicas. Muchos tienen el preconcepto, o la idea (quizá mal fundada) cuando salen de la Universidad de que éstas equivalen a un empotramiento. Esto no necesariamente es cierto.

Esfuerzos que debe resistir una unión a momento (rígida, o empotrada)

Fig. 1 - Esfuerzos que debe resistir una unión a momento (rígida, o “empotrada”).

Para poder tener un empotramiento debemos asegurar la transferencia del corte (restringiendo desplazamientos verticales) y del momento flector (restringiendo el giro), el cual es traducido en tracciones y compresiones en las alas de la viga, o del elemento que transfiere el esfuerzo. Por supuesto que existen diversos grados de empotramiento y de rigidez en las uniones metálicas (rígidas, semirrígidas, etc.).

Clasificación de uniones por su rigidez

Fig.2 - Clasificación de uniones por su rigidez

Fig.3 - Ejemplo de uniones parcialmente restringidas

Las uniones denominadas “a corte” presentan la característica de vincular sólo el elemento que transfiere ese esfuerzo. Generalmente se trata del alma de las vigas, ya que es el alma quien resiste el cortante. Es importante destacar que estas vinculaciones tienen poca o prácticamente nula capacidad para restringir los giros, y, por ende, no pueden generar grado alguno de empotramiento.

Giros en unión a corte 

Fig.4 - Giros en unión a corte

Cuando se presentan uniones con soldaduras en el alma y en las alas de la viga con el alma de la columna, para conformar una unión rígida (que resista y transfiera momentos) se debe comprobar (hablando a grandes rasgos, y entre otros estados límites) que la soldadura pueda soportar las tracciones y esfuerzos derivados del momento flector que debe estar transmitiendo (con su largo, espesor y calidad correspondiente), y se debe verificar: que el alma de la columna resista los estados límites de cargas concentradas, que el panel de la columna pueda soportar las transferencias hacia el ala opuesta de ésta sin pandear localmente, entre otras verificaciones no menores.

Fig.5 - Esfuerzos ante cargas concentradas en columna

Fig.6 - Deformaciones ante cargas concentradas en columna

 

Fig.7 - Estados límites a considerar en una unión a Momento (placa extendida, en este caso), donde el número 11 se corresponde con el pandeo local del alma de la columna.

Personalmente, sólo considero empotramientos cuando sé que podré asegurar eso, a través de los cálculos de la unión, y en la construcción. Esto es válido, tanto para bulones, como para soldaduras. Sí tú crees que lo podrás garantizar, entonces puedes pensarlo como empotramiento.

Si nosotros soldamos el alma de la viga únicamente, tendremos una articulación, o unión a corte (o unión simple). Esto puede hacerse con soldaduras o bulones:

Ejemplo de uniones a corte (con bulones y soldaduras)   

Fig.8 – Ejemplo de uniones a corte (con bulones y soldaduras)

Lo mismo sucede si colocamos alguna ménsula o asiento. No tomamos momento, y por ende hay giro. Eso es una articulación, o apoyo fijo, o unión a corte:

Fig.9 – Ejemplo de ménsula entre viga y columna y corte en la viga.

Ahora bien, si unimos alma y alas y transmitimos el corte y el momento (descompuesto como tracciones y compresiones), ya sea con soldaduras, con cubrejuntas de ala y alma, o con placa extendida, sí tendremos un empotramiento:

Fig.10 – Transmisión de momento y corte en uniones soldadas. Comportamientos en la columna.

Fig.11 – Unión a momento con cubrejuntas de ala y alma, más rigidizadores en alma de columna.

Fig.12 – Unión a momento tipo paca extendida.

Fig.13 – Variantes de placa extendida (con y sin refuerzo inferior) en pórtico a dos aguas.

En resumen: si deseas hacer unión soldada que tome momento (rígida), y puedes garantizar que tu soldadura puede resistir y transmitir el momento con deformaciones pertinentes, la puedes considerar empotrada. Sino sería unión a corte (articulación).

Para cerrar, les dejamos un comentario, no menor, sobre las uniones 100% soldadas. Se debe tener muchos recaudos al realizarlas en la obra (si es que se las piensa para que se ejecuten in situ). Puesto que tiene sus complejidades desde el replanteo y montaje. Adicionalmente, no es sencillo trabajar en la obra con todos los recaudos necesarios para evitar impurezas en las soldaduras. No decimos que no se pueda hacer. De hecho, se hace y mucho. Pero recomendamos tener los cuidados correspondientes.

Todo diseño es bueno, cuando se considera las etapas de taller, montaje y uso, y cuando se toma en cuenta todas las variables posibles que podrían intervenir y se realiza las verificaciones correspondientes, de manera responsable.

 

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Sobre el autor
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Joaquín Guraiib . Ingeniero Civil | Proyectista de Estructuras | Project Manager. Especialista en Hormigón Armado y Estructuras Metálicas. Tecnologías BIM | Socio Gerente en TEKNIK INGENIERÍA Y DISEÑO Página de Linkedin de Joaquín Guraiib
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