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Tipos, Componentes, Diseño, Fabricación, Montaje y Aplicaciones en la Construcción de Estructuras Metálicas Secundarias en Bogotá, Colombia. Elementos Complementarios Esenciales en la Edificación - Correas, Viguetas, Entramados de Fachada, Escaleras y Más

Estructuras Metálicas Secundarias: Complementando y Optimizando la Construcción

En el ámbito de la construcción metálica, las estructuras secundarias desempeñan un papel crucial, aunque a menudo menos visible que las estructuras principales. Mientras que las estructuras principales proporcionan el soporte y la estabilidad general del edificio, las estructuras secundarias cumplen funciones complementarias esenciales, como soportar cerramientos, dividir espacios, facilitar instalaciones, proporcionar acceso y mejorar la estética. Aunque no suelen ser responsables de la estabilidad global de la edificación, su diseño y ejecución adecuados son fundamentales para la funcionalidad, seguridad y durabilidad del conjunto.

¿Qué son las Estructuras Metálicas Secundarias?

Las estructuras metálicas secundarias se definen por las siguientes características:

• Función Complementaria: No forman parte del sistema estructural principal que resiste las cargas gravitacionales y laterales (viento, sismo). Su función es complementar la estructura principal, soportando elementos no estructurales o proporcionando funciones específicas.
• Cargas Menores: Generalmente soportan cargas menores que las estructuras principales. Las cargas que soportan suelen ser locales y no afectan significativamente la estabilidad global del edificio.
• Mayor Ligereza: Suelen ser más ligeras que las estructuras principales, ya que no están diseñadas para resistir las cargas principales del edificio. A menudo se utilizan perfiles de acero de menor espesor o perfiles de acero conformados en frío.
• Mayor Flexibilidad: Su diseño suele ser más flexible y adaptable que el de las estructuras principales, ya que pueden modificarse o reemplazarse más fácilmente sin afectar la estabilidad del edificio.
• Diversidad de Aplicaciones: Cubren una amplia gama de aplicaciones, desde elementos de cerramiento y división hasta soportes de instalaciones y elementos decorativos.

Tipos Comunes de Estructuras Metálicas Secundarias

La variedad de estructuras metálicas secundarias es muy amplia, adaptándose a las necesidades específicas de cada proyecto. Algunos de los tipos más comunes son:

1. Correas

• Función: Elementos horizontales o ligeramente inclinados que se apoyan sobre las vigas principales o cerchas de una cubierta y soportan los elementos de cerramiento (paneles de cubierta, tejas, etc.).
• Materiales: Perfiles de acero laminados en caliente (generalmente perfiles C o Z), perfiles de acero conformados en frío (perfiles C, Z, omega), tubos.
• Consideraciones de Diseño: Resistencia a la flexión (debida al peso de la cubierta y a las cargas de viento y nieve), deflexión, pandeo lateral torsional, conexiones.
• Aplicaciones: Cubiertas de naves industriales, almacenes, edificios comerciales, etc.

2. Viguetas (Joists)

• Función: Elementos horizontales que se utilizan en entrepisos para soportar las cargas del piso y transmitirlas a las vigas principales o muros.
• Materiales: Perfiles de acero laminados en caliente (perfiles I, H), perfiles de acero conformados en frío, viguetas de alma abierta (similares a cerchas pequeñas).
• Consideraciones de Diseño: Resistencia a la flexión, resistencia al corte, deflexión, vibraciones, conexiones.
• Aplicaciones: Entrepisos de edificios de oficinas, comerciales, industriales, etc.

3. Entramados de Fachada (Girts)

• Función: Elementos horizontales que se fijan a las columnas o a la estructura principal de un edificio y soportan los paneles de cerramiento de fachada (paneles metálicos, paneles sándwich, etc.).
• Materiales: Perfiles de acero laminados en caliente (generalmente perfiles C o Z), perfiles de acero conformados en frío (perfiles C, Z, omega), tubos.
• Consideraciones de Diseño: Resistencia a la flexión (debida a las cargas de viento), deflexión, conexiones.
• Aplicaciones: Cerramientos de fachadas de naves industriales, almacenes, edificios comerciales, etc.

4. Paneles de Cerramiento

• Función: Elementos que cierran el edificio, protegiéndolo de la intemperie y proporcionando aislamiento térmico y acústico (en algunos casos). Pueden ser metálicos (chapas simples, paneles sándwich) o de otros materiales (paneles prefabricados de hormigón, paneles de fibrocemento, etc.).
• Materiales: Acero galvanizado, acero prepintado, aluminio, acero inoxidable.
• Tipos:
  • Chapas Simples: Láminas delgadas de acero o aluminio, generalmente perfiladas para aumentar su rigidez.
  • Paneles Sándwich: Formados por dos chapas metálicas y un núcleo aislante (poliuretano, poliestireno, lana mineral). Proporcionan un buen aislamiento térmico y acústico.
  • Paneles de revestimiento.
• Consideraciones de diseño: Resistencia al viento, impermeabilidad, aislamiento térmico y acústico, durabilidad, estética.

5. Estructuras de Soporte para Instalaciones

• Función: Soportar tuberías, conductos, bandejas portacables, equipos de climatización, luminarias y otras instalaciones.
• Materiales: Perfiles de acero laminados en caliente, perfiles de acero conformados en frío, perfiles angulares, varillas roscadas.
• Consideraciones de Diseño: Resistencia, rigidez, facilidad de montaje y ajuste, compatibilidad con las instalaciones.
• Aplicaciones: Edificios industriales, comerciales, hospitales, etc.

6. Escaleras y Barandillas

• Función: Proporcionar acceso entre diferentes niveles de un edificio y seguridad a los usuarios.
• Materiales: Acero al carbono (generalmente pintado o galvanizado), acero inoxidable, aluminio.
• Componentes:
  • Zancas: Elementos inclinados que soportan los peldaños.
  • Peldaños: Superficies horizontales donde se apoya el pie.
  • Barandillas: Elementos de protección que se colocan a los lados de la escalera.
  • Descansos.
• Consideraciones de Diseño: Resistencia, rigidez, seguridad (antideslizante, altura de barandilla), ergonomía, estética.
• Aplicaciones: Edificios de todo tipo.
• Tipos: Rectas, de caracol, con descansos, etc.

7. Marquesinas y Voladizos

• Función: Estructuras que sobresalen de la fachada de un edificio para proporcionar protección contra el sol, la lluvia o la nieve.
• Materiales: Acero, aluminio.
• Consideraciones de Diseño: Resistencia a la flexión, deflexión, resistencia al viento, conexiones a la estructura principal.
• Aplicaciones: Edificios comerciales, residenciales, industriales.

8. Estructuras para Anuncios y Señalización

• Función: Soportar anuncios publicitarios, letreros, señales de tráfico y otros elementos de señalización.
• Materiales: Acero (generalmente galvanizado), aluminio.
• Consideraciones de Diseño: Resistencia al viento, estabilidad, durabilidad, facilidad de montaje y mantenimiento.
• Aplicaciones: Carreteras, calles, edificios comerciales, etc.

9. Plataformas y Pasarelas

• Función: Proporcionar superficies de trabajo elevadas o pasillos de acceso en edificios industriales, plantas de proceso, etc.
• Materiales: Acero (generalmente galvanizado), aluminio.
• Componentes:
  • Vigas y Viguetas: Soportan la plataforma.
  • Piso: Superficie de la plataforma (puede ser de rejilla metálica, chapa estriada, etc.).
  • Barandillas: Protección en los bordes de la plataforma.
  • Escaleras o rampas de acceso.
• Consideraciones de Diseño: Resistencia, rigidez, seguridad (antideslizante, barandillas), vibraciones.
• Aplicaciones: Plantas industriales, almacenes, edificios comerciales, etc.

10. Entrepisos (Mezzanines)

• Función: Crear niveles intermedios dentro de un edificio para aumentar el espacio útil.
• Materiales: Acero.
• Componentes:
  • Vigas y Viguetas: Soportan el piso del entrepiso.
  • Columnas (si son necesarias): Soportan las vigas del entrepiso.
  • Piso: Superficie del entrepiso (puede ser de madera, chapa colaborante con concreto, etc.).
  • Escaleras de acceso.
• Consideraciones de Diseño: Resistencia, rigidez, vibraciones, conexiones a la estructura principal.
• Aplicaciones: Almacenes, oficinas, locales comerciales, etc.

11. Estructuras para Cubiertas Ligeras

• Función: Soportar cubiertas ligeras (como láminas metálicas, tejas, paneles sándwich) en edificaciones donde no se requiere una gran capacidad de carga.
• Materiales: Perfiles de acero conformados en frío, perfiles de aluminio.
• Consideraciones de Diseño: Resistencia al viento, peso propio de la cubierta, deflexión, facilidad de montaje.
• Aplicaciones: Viviendas, pequeñas construcciones, cubiertas de patios, etc.

12. Falsos techos (Cielos rasos).

• Función: Ocultar instalaciones y mejorar la estética.
• Materiales: Perfiles de acero galvanizado, aluminio.

Materiales Utilizados en Estructuras Metálicas Secundarias

Los materiales más comunes utilizados en estructuras metálicas secundarias son:

• Acero al Carbono: El material más utilizado, generalmente en forma de perfiles laminados en caliente (perfiles C, Z, ángulos) o perfiles conformados en frío (perfiles C, Z, omega, U). Se suele utilizar acero con un límite elástico de 250 MPa (como el ASTM A36) o aceros de mayor resistencia (como el ASTM A572 Grado 50).
• Acero Galvanizado: Acero al carbono recubierto con una capa de zinc para protegerlo de la corrosión. Es muy utilizado en correas, entramados de fachada y otros elementos expuestos a la intemperie.
• Acero Prepintado: Acero galvanizado o aluzincado (recubierto con una aleación de aluminio y zinc) que recibe una capa de pintura en fábrica. Ofrece una mayor durabilidad y una amplia gama de colores.
• Aluminio: Se utiliza en aplicaciones donde se requiere ligereza y resistencia a la corrosión, como en marquesinas, revestimientos, estructuras para cubiertas ligeras y carpintería de aluminio (ventanas, puertas).
• Acero Inoxidable: Se utiliza en aplicaciones donde se requiere una alta resistencia a la corrosión y una estética superior, como en barandillas, escaleras y elementos decorativos.

Ventajas de las Estructuras Metálicas Secundarias

• Ligereza: Reducen la carga sobre la estructura principal y los cimientos.
• Rapidez de Montaje: Son fáciles y rápidas de montar, lo que reduce los plazos de construcción.
• Flexibilidad: Se adaptan fácilmente a diferentes formas y geometrías.
• Versatilidad: Se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones.
• Prefabricación: Muchos elementos se pueden prefabricar en taller, lo que mejora la calidad y reduce los tiempos de montaje en obra.
• Costo Efectivo: Pueden ser una opción económica en comparación con otros materiales.
• Durabilidad.
• Reciclabilidad.
• Facilidad de modificación y ampliación.

Desafíos y Consideraciones

• Diseño Adecuado: Aunque no forman parte de la estructura principal, las estructuras secundarias deben diseñarse adecuadamente para resistir las cargas a las que estarán sometidas.
• Conexiones: Las conexiones entre las estructuras secundarias y la estructura principal deben diseñarse y ejecutarse correctamente para garantizar la transferencia de cargas.
• Corrosión: Se debe seleccionar el material adecuado y/o aplicar una protección anticorrosiva adecuada para evitar la corrosión, especialmente en elementos expuestos a la intemperie.
• Compatibilidad de Materiales: Se debe evitar el contacto directo entre metales diferentes (como acero y aluminio) para prevenir la corrosión galvánica.
• Estabilidad: Asegurar que la estructura secundaria no comprometa la estabilidad de la estructura principal.
• Vibraciones: En algunos casos, como en entrepisos y plataformas, se deben controlar las vibraciones.
• Fuego: En caso de requerirse, se debe considerar la protección contra el fuego.

Diseño y Normativa

Aunque las estructuras secundarias no suelen ser tan críticas para la estabilidad global como las estructuras principales, su diseño también debe realizarse de acuerdo con principios de ingeniería estructural y cumplir con las normas y códigos de construcción aplicables. Sin embargo, el nivel de detalle y los requisitos de cálculo pueden ser menores.

• Cargas: Se deben considerar las cargas que actúan sobre la estructura secundaria, como el peso propio, el peso de los elementos que soporta (paneles de cerramiento, instalaciones, etc.), las cargas de viento, las cargas de nieve (si aplica) y las cargas de uso (en el caso de plataformas, escaleras, etc.).
• Análisis: En muchos casos, se pueden utilizar métodos simplificados de análisis para determinar las fuerzas internas en los elementos de la estructura secundaria. En estructuras más complejas, se puede recurrir a software de análisis estructural.
• Dimensionamiento: Se seleccionan las secciones de los elementos estructurales (correas, viguetas, montantes, etc.) de manera que sean capaces de resistir las fuerzas internas calculadas, con un margen de seguridad adecuado. Se verifican las resistencias a flexión, corte, compresión, tracción y pandeo, según corresponda.
• Conexiones: Se diseñan las conexiones entre los elementos de la estructura secundaria y entre la estructura secundaria y la estructura principal. Se verifican las resistencias de las conexiones (soldaduras, tornillos).
• Normas:
  • Colombia: NSR-10 (Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente). Título F - Estructuras Metálicas. Se hace referencia a normas como AISC 360 (Specification for Structural Steel Buildings) y AISI S100 (North American Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members).
  • Estados Unidos:
    • AISC 360: Specification for Structural Steel Buildings (para elementos de acero laminados en caliente).
    • AISI S100: North American Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members (para elementos de acero conformados en frío).
    • ASCE 7: Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures (para cargas).
  • Europa:
    • Eurocódigo 3 (EN 1993): Design of steel structures (para elementos de acero laminados en caliente).
    • Eurocódigo 3, Parte 1-3 (EN 1993-1-3): Reglas adicionales para perfiles y chapas conformados en frío.

Fabricación y Montaje

• Fabricación:
  • Los elementos de las estructuras secundarias se fabrican generalmente en taller, siguiendo los planos y especificaciones del proyecto.
  • Los procesos de fabricación incluyen corte, perforado, plegado (en el caso de perfiles conformados en frío), soldadura y pintura o galvanizado.
  • Se debe realizar un control de calidad para verificar las dimensiones, la calidad de las soldaduras y la aplicación de la protección anticorrosiva.
• Montaje:
  • El montaje de las estructuras secundarias suele ser más sencillo y rápido que el de las estructuras principales.
  • Se deben seguir las instrucciones del fabricante y los planos de montaje.
  • Se deben utilizar los equipos de elevación y las herramientas adecuadas.
  • Se deben verificar las conexiones y la alineación de los elementos.
  • Se deben tomar medidas de seguridad para prevenir accidentes.

El futuro de las Estructuras Metálicas Secundarias

Las tendencias a futuro son:

• Mayor uso de perfiles de acero conformados en frío: Por su ligereza, eficiencia y facilidad de montaje.
• Diseño optimizado: Utilizando software de diseño y análisis para optimizar el uso de materiales y reducir el peso de las estructuras.
• Prefabricación: Cada vez más elementos se prefabricarán en taller, lo que mejorará la calidad y reducirá los tiempos de montaje en obra.
• Construcción modular: Se utilizarán sistemas modulares que permitan una mayor flexibilidad y rapidez de construcción.
• Sostenibilidad: Se utilizarán materiales reciclados y reciclables, y se buscarán diseños que minimicen el impacto ambiental.
• Integración con BIM (Building Information Modeling): Los modelos BIM se utilizarán para el diseño, la fabricación y el montaje de las estructuras secundarias, mejorando la coordinación y la eficiencia del proyecto.

Las estructuras metálicas secundarias son un componente fundamental en la gran mayoría de construcciones, que aportan a su vez a la eficiencia, versatilidad y economía en la obra.