En Construcción.

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Estructuras Metálicas Construidas In Situ: Adaptabilidad y Personalización en la Obra

Las estructuras metálicas construidas in situ representan el enfoque tradicional de la construcción con acero, donde la mayor parte de la fabricación y el ensamblaje de los elementos estructurales se realizan directamente en el lugar de la obra. A diferencia de las estructuras prefabricadas, que se producen en un taller y luego se transportan al sitio, la construcción in situ ofrece una mayor flexibilidad para adaptarse a condiciones específicas del terreno, diseños arquitectónicos complejos o modificaciones de último momento. Si bien este método puede ser más intensivo en mano de obra y tiempo, sigue siendo una opción relevante para ciertos tipos de proyectos. En este análisis exhaustivo, exploraremos las características, ventajas, desventajas, procesos constructivos y aplicaciones de las estructuras metálicas construidas in situ.

¿Qué son las Estructuras Metálicas Construidas In Situ?

Las estructuras metálicas construidas in situ son aquellas en las que los elementos de acero (perfiles, chapas, barras) se cortan, conforman, sueldan y ensamblan principalmente en el lugar de la obra. Aunque algunos elementos pueden ser prefabricados en menor medida (por ejemplo, conexiones estandarizadas), la mayor parte del trabajo se realiza directamente en el sitio de construcción. Esto implica un mayor despliegue de mano de obra, equipos y herramientas en la obra, así como una mayor dependencia de las condiciones climáticas y del espacio disponible.

Ventajas de la Construcción In Situ

• Adaptabilidad:

  Permite una mayor flexibilidad para adaptarse a las condiciones específicas del terreno, a diseños arquitectónicos irregulares o complejos, y a cambios de última hora en el proyecto. Es más fácil realizar ajustes y modificaciones durante la construcción.

• Menor Dependencia de la Prefabricación:

  Puede ser una opción viable en lugares donde no hay talleres de prefabricación de acero cercanos o donde el transporte de elementos prefabricados de grandes dimensiones es difícil o costoso.

• Menor Costo Inicial (en algunos casos):

  En proyectos pequeños o con diseños muy sencillos, la construcción in situ puede resultar más económica que la prefabricación, ya que se evitan los costos de transporte y montaje de elementos prefabricados.

• Mayor Control sobre el Proceso Constructivo (para algunos constructores):

  Algunos constructores prefieren tener un mayor control directo sobre el proceso constructivo, lo que les permite supervisar de cerca la calidad de los materiales y la ejecución de los trabajos.

• Menos restricciones de diseño: En teoría, se podría construir cualquier geometría en sitio, cosa que con la prefabricación no siempre es posible.
• Ideal para remodelaciones o refuerzos estructurales Se adapta mejor a modificaciones de estructuras existentes.

Desventajas de la Construcción In Situ

• Mayor Tiempo de Construcción:

  La construcción in situ suele ser más lenta que la prefabricación, ya que la fabricación y el montaje de los elementos se realizan de forma secuencial en la obra.

• Mayor Dependencia de las Condiciones Climáticas:

  La lluvia, el viento, el frío o el calor extremo pueden afectar negativamente el avance de los trabajos, la calidad de las soldaduras y la seguridad de los trabajadores.

• Mayor Necesidad de Mano de Obra:

  Se requiere una mayor cantidad de mano de obra en la obra, incluyendo soldadores, montadores, armadores, etc.

• Mayor Riesgo de Accidentes Laborales:

  El trabajo en altura, el manejo de herramientas y equipos pesados, y la exposición a las condiciones climáticas aumentan el riesgo de accidentes laborales.

• Mayor Generación de Residuos:

  Se generan más residuos en la obra (recortes de perfiles, restos de soldadura, embalajes) que en la prefabricación.

• Mayor Dificultad para el Control de Calidad:

  Es más difícil controlar la calidad de los materiales, las soldaduras y las dimensiones de los elementos en la obra que en un taller.

• Mayor Necesidad de Espacio en la Obra:

  Se requiere más espacio en la obra para almacenar los materiales, realizar los trabajos de corte, conformado y soldadura, y operar la maquinaria y los equipos.

• Menor precisión: Es más complicado alcanzar la misma precisión que se consigue en un taller.

Tipos de Estructuras Metálicas Construidas In Situ

Prácticamente cualquier tipo de estructura metálica puede construirse in situ, aunque algunas son más comunes que otras:

• Estructuras Aporticadas (Marcos Rígidos):

  Columnas y vigas de acero conectadas mediante uniones rígidas (soldadas o atornilladas). Se utilizan en edificios de varios pisos, naves industriales, etc.

• Estructuras Trianguladas (Cerchas):

  Elementos de acero unidos formando triángulos. Se utilizan en cubiertas de grandes luces, puentes, torres, etc.

• Estructuras de Alma Llena:

  Vigas y columnas de acero con perfiles laminados en caliente (I, H, U) o armados (soldados a partir de chapas).

• Estructuras Espaciales:

  Mallas espaciales, cúpulas geodésicas, estructuras tensadas. Aunque suelen ser prefabricadas, en algunos casos se pueden construir in situ, especialmente si tienen formas muy complejas o irregulares.

• Estructuras Mixtas:

  Combinación de acero y hormigón (vigas mixtas, columnas mixtas, forjados mixtos).

• Estructuras de Contención:

  Tablestacas metálicas hincadas para la contención de tierras en excavaciones o muelles.

Proceso Constructivo de Estructuras Metálicas In Situ

El proceso constructivo de estructuras metálicas in situ implica una serie de etapas que se realizan secuencialmente en la obra:

1. Diseño y Planificación:
   • Se elabora el proyecto estructural, definiendo la geometría, los materiales, las cargas, las conexiones y los métodos de construcción.
   • Se realiza el despiece de la estructura, identificando y detallando todos los elementos individuales.
   • Se elaboran los planos de construcción, que contienen toda la información necesaria para la fabricación y el montaje de los elementos en la obra.
   • Se planifica la secuencia de construcción, los recursos necesarios (materiales, mano de obra, equipos) y los plazos de ejecución.
2. Preparación del Sitio:
   • Se prepara el terreno, se nivelan las superficies y se construyen las cimentaciones (zapatas, pilotes, losa de cimentación) según los planos de diseño.
   • Se habilitan los accesos para la maquinaria, los equipos y los camiones que transportan los materiales.
   • Se delimita la zona de trabajo y se instalan las medidas de seguridad necesarias (vallado, señalización, protección contra caídas, etc.).
3. Recepción y Almacenamiento de Materiales:
   • Se reciben los perfiles, chapas, barras y otros materiales de acero en la obra, verificando su calidad y sus certificados.
   • Se almacenan los materiales de manera ordenada y protegida para evitar daños, corrosión o deformaciones.
4. Corte y Conformado:

   Los perfiles y chapas se cortan a las dimensiones requeridas y se conforman (si es necesario) en la obra, utilizando herramientas y equipos portátiles o semi-estacionarios:

   • Cizallas manuales o hidráulicas.
   • Sierras de cinta o disco.
   • Equipos de oxicorte o plasma.
   • Prensas y dobladoras portátiles.
   • Taladros de columna o magnéticos.
5. Armado y Ensamblaje:

   Se ensamblan los elementos cortados y conformados para formar las piezas principales de la estructura (columnas, vigas, cerchas, etc.).

   • Se utilizan plantillas, escuadras y otros dispositivos para asegurar la correcta geometría de las piezas.
   • Se realizan uniones provisionales mediante puntos de soldadura, tornillos o abrazaderas.
6. Soldadura:

   Se realizan las soldaduras definitivas en la obra, utilizando equipos de soldadura portátiles y personal cualificado (soldadores homologados).

   • Soldadura por arco eléctrico con electrodo revestido (SMAW).
   • Soldadura MIG/MAG (GMAW).
   • Soldadura TIG (GTAW).
   • Se deben seguir los procedimientos de soldadura especificados en los planos y en las normas aplicables.
   • Se deben realizar inspecciones de soldadura para verificar su calidad (inspección visual, líquidos penetrantes).
7. Atornillado:

   En algunos casos, se utilizan uniones atornilladas en lugar de soldadura, o como complemento de esta. Se utilizan pernos de alta resistencia y se controla el apriete de los mismos.

8. Izado y Colocación de Elementos:

   Se utilizan grúas, plataformas elevadoras u otros equipos para levantar y colocar los elementos metálicos en su posición definitiva.

   • Se debe asegurar la correcta alineación y nivelación de los elementos.
   • Se utilizan elementos de sujeción provisional (pernos, cables, puntales) para fijar los elementos hasta que se realicen las uniones definitivas.
9. Uniones Definitivas:

   Se completan las uniones entre los elementos, ya sea mediante soldadura o atornillado.

10. Arriostramientos:

    Se instalan los arriostramientos (diagonales, cruces de San Andrés) para proporcionar rigidez lateral a la estructura.

11. Control de Calidad:

    Se realizan inspecciones y controles de calidad durante todo el proceso constructivo para asegurar que se cumplan las especificaciones de los planos y las normas aplicables.

    • Inspección visual de los elementos y las uniones.
    • Control de alineación y nivelación.
    • Inspección de soldaduras.
    • Control de apriete de pernos.
    • Verificación de la estabilidad de la estructura.
12. Protección contra la Corrosión:

    Se aplica un sistema de protección contra la corrosión (pintura, galvanizado) a los elementos metálicos, si no se ha realizado previamente.

13. Instalación de Elementos Complementarios:

    Se instalan los elementos complementarios, como correas, largueros, cubiertas, cerramientos, escaleras, pasarelas, etc.

14. Instalaciones:

    Se instalan los sistemas de iluminación, climatización, electricidad, fontanería, protección contra incendios, etc., coordinando con el montaje de la estructura.

15. Acabados:

    Se realizan los trabajos de acabado (revestimientos, pintura, carpintería, etc.).

Consideraciones de Diseño en Estructuras Metálicas Construidas In Situ

El diseño de estructuras metálicas construidas in situ debe tener en cuenta las particularidades de este método constructivo:

• Adaptación al Terreno y al Entorno:

  El diseño debe adaptarse a las características específicas del terreno (topografía, geotecnia) y del entorno (edificios colindantes, accesos, servicios existentes). Se pueden requerir soluciones de cimentación especiales o ajustes en la geometría de la estructura.

• Flexibilidad para Cambios:

  El diseño debe ser lo suficientemente flexible para permitir modificaciones o ajustes durante la construcción, en caso de que surjan imprevistos o se requieran cambios en el proyecto.

• Diseño para la Construcción:

  Se debe considerar desde el inicio del diseño el proceso constructivo en la obra, incluyendo la secuencia de montaje, los equipos de izado a utilizar, los métodos de unión de los elementos y las medidas de seguridad.

• Disponibilidad de Materiales y Mano de Obra:

  Se debe tener en cuenta la disponibilidad de los materiales (perfiles, chapas) y de la mano de obra cualificada (soldadores, montadores) en la zona donde se realizará la construcción.

• Control de Tolerancias:

  Aunque la construcción in situ permite mayor flexibilidad, se deben definir tolerancias dimensionales para los elementos y las uniones, y se debe controlar su cumplimiento durante la construcción.

• Uniones Soldadas:

  Si se utilizan uniones soldadas, se debe prestar especial atención al diseño de las mismas, a los procedimientos de soldadura y a la inspección de las soldaduras en obra.

• Arriostramientos:

  Se debe diseñar un sistema de arriostramientos adecuado para garantizar la estabilidad de la estructura durante la construcción y en servicio.

• Protección contra la Corrosión:

  Se debe definir un sistema de protección contra la corrosión adecuado para el ambiente al que estará expuesta la estructura y se debe asegurar su correcta aplicación en obra.

• Coordinación con Otros Oficios:

  Se debe coordinar el diseño de la estructura metálica con el diseño de otros elementos constructivos (cimentaciones, cerramientos, instalaciones) para evitar interferencias y asegurar la correcta integración de todos los sistemas.

• Seguridad: Se debe poner especial énfasis en la seguridad durante la construcción, ya que hay más actividades manuales y trabajo en altura que en la prefabricación.

Aplicaciones de las Estructuras Metálicas Construidas In Situ

Aunque la prefabricación ha ganado terreno en muchas aplicaciones, la construcción in situ sigue siendo relevante en los siguientes casos:

• Estructuras con Geometrías Complejas o Irregulares:

  Cuando la geometría de la estructura es muy compleja o irregular, puede ser más difícil o costoso prefabricar los elementos, y la construcción in situ puede ser más eficiente.

• Proyectos con Cambios Frecuentes en el Diseño:

  Si se prevén cambios frecuentes en el diseño durante la construcción, la construcción in situ ofrece mayor flexibilidad para adaptarse a estos cambios.

• Proyectos en Zonas Remotas o de Difícil Acceso:

  Cuando el transporte de elementos prefabricados de grandes dimensiones es difícil o costoso, la construcción in situ puede ser la única opción viable.

• Proyectos Pequeños o con Diseños Sencillos:

  En proyectos pequeños o con diseños muy sencillos, la construcción in situ puede resultar más económica que la prefabricación, ya que se evitan los costos de transporte y montaje de elementos prefabricados.

• Refuerzo o Rehabilitación de Estructuras Existentes:

  Cuando se requiere reforzar o rehabilitar una estructura existente, la construcción in situ suele ser la única opción posible, ya que permite adaptar los nuevos elementos a la estructura existente.

• Estructuras Provisionales:

  Para estructuras provisionales (apuntalamientos, cimbras, andamios), la construcción in situ puede ser más rápida y económica que la prefabricación.

• Construcción de Elementos Especiales:

  Cuando se requieren elementos especiales que no se pueden prefabricar (por ejemplo, conexiones complejas o elementos con formas curvas), la construcción in situ permite fabricarlos a medida en la obra.

• Proyectos donde la mano de obra es muy barata: En estos casos, el mayor costo en mano de obra se compensa.

Estructuras Metálicas In Situ vs. Prefabricadas: Comparación Detallada

Tendencias en la Construcción In Situ de Estructuras Metálicas

Aunque la tendencia general en la construcción es hacia la prefabricación, la construcción in situ de estructuras metálicas sigue evolucionando:

• Mayor uso de herramientas y equipos portátiles avanzados: Sierras de cinta, taladros magnéticos, equipos de soldadura inverter, etc., que mejoran la productividad y la calidad.
• Uso de software de modelado 3D y BIM: Para facilitar el diseño, la planificación de la construcción y la coordinación entre los diferentes oficios.
• Mejora de las técnicas de soldadura en obra: Desarrollo de electrodos y procedimientos de soldadura que minimizan los defectos y mejoran la resistencia de las uniones.
• Mayor énfasis en la seguridad laboral: Implementación de medidas de seguridad más estrictas y uso de equipos de protección personal (EPP) adecuados.
• Capacitación y cualificación de la mano de obra: Formación de soldadores, montadores y otros profesionales para mejorar la calidad de los trabajos y la seguridad.
• Combinación de construcción in situ y prefabricación: Uso de elementos prefabricados (conexiones, nudos) en combinación con la construcción in situ para optimizar el proceso constructivo.
• Uso de drones: Para inspección de estructuras, seguimiento de obra y control de calidad.