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Ensamble de la estructura de un Puente. Proceso de Ensamblaje en Bogotá: Izado de Componentes, Unión con Pernos y Soldadura, Equipos y Medidas de Seguridad en Colombia
Planificación y Detallado para el Ensamble de la estructura un Puente
La ejecución del ensamble en la estructura metálica de un puente puede ejercer una notable influencia en el diseño detallado de la estructura de acero. Un ejemplo evidente radica en la colocación de pernos, que requiere un espacio mínimo de 100 mm desde la superficie del alma de una viga o refuerzo, para permitir su ajuste mediante equipos estándar. Además, se debe otorgar especial atención al unir elementos de arriostramiento a rigidizadores en disposición sesgada, dado que el acceso para el equipo de ajuste en la cara posterior del rigidizador podría verse restringido.
El proceso de ensamble no solo tiene implicaciones en la ubicación de los elementos, sino también en la consideración de la secuencia de montaje. La planificación precisa de cómo se unirán y asegurarán los componentes en el sitio de construcción es de vital importancia para garantizar la eficiencia y la integridad estructural de todo el puente.
Es fundamental trabajar en estrecha colaboración con el contratista y los ingenieros de montaje durante la fase de diseño, a fin de asegurar que todas las conexiones y detalles cumplan con las especificaciones requeridas. Además, la utilización de tecnologías de modelado tridimensional y simulaciones puede ayudar a visualizar y anticipar los desafíos potenciales del ensamble, permitiendo tomar decisiones informadas y eficaces.
Al considerar el ensamble en la estructura de acero de un puente, se debe tener en cuenta tanto la funcionalidad como la estética, ya que una correcta planificación y ejecución contribuirán a la durabilidad, seguridad y aspecto visual del puente finalizado.
Alineación Vertical de las Almas y Refuerzos
En el proceso de ensamblaje de estructuras metálicas para puentes, es esencial que los diseñadores especifiquen la verticalidad de las almas de las vigas en los puntos de apoyo. Dado que las vigas de acero a menudo experimentan rotaciones transversales, especialmente en puentes con ángulos, resulta crucial indicar en qué momento se espera que estén en posición vertical. Las rotaciones reales debido a las cargas permanentes a veces son mínimas en la práctica debido a la restricción del encofrado, el sistema de arriostramiento y la compactación del concreto. Sin embargo, prever con exactitud su comportamiento es una tarea impredecible.
Las fuerzas secundarias que surgirían si las almas giraran según las predicciones generalmente serían de magnitud reducida y encontrarían resistencia mediante el sistema de arriostramiento o diafragma en el punto de apoyo. Por tanto, el diseño debe contemplar estas fuerzas.
En cuanto a los refuerzos, es recomendable que estén dispuestos de manera perpendicular a las bridas en la medida de lo posible, en lugar de estar en posición vertical. Al realizar el corte inicial de los refuerzos, los bordes se cortan en ángulo recto, de manera que si los extremos se encuentran en un ángulo con la brida, es común que deban ser biselados para limitar la separación entre las soldaduras. Por lo general, los refuerzos de soporte se colocan en posición vertical de forma nominal, asegurando su funcionalidad y resistencia en la estructura.
Alineación y Uniformidad de Superficies
Cuando se produce un cambio en el grosor del ala de una viga, es esencial que el escalón se ubique en la cara interior para garantizar que la profundidad total de la viga se mantenga constante. El perfilado del alma se puede llevar a cabo de manera eficiente para ajustarse a la forma del escalón al momento del corte de la placa, y contar con una superficie exterior lisa resulta beneficioso para su posterior manipulación en máquinas automáticas de soldadura de vigas.
En situaciones en las que se ensamblan almas con diferentes grosores, los escalones deben ser implementados en ambos lados del alma con el fin de mantenerlo centrado en la sección transversal de la viga. Esta práctica es fundamental para asegurar la uniformidad y la alineación precisa de las superficies, contribuyendo a la integridad estructural y al desempeño óptimo de la viga en la construcción del puente.
Espacios en las Articulaciones - Holguras Articulares
En las uniones atornilladas de las vigas principales, es importante mantener una separación mínima de 6 mm para acomodar las posibles variaciones en la longitud de fabricación de las vigas y en la posición de los orificios para pernos en la conexión.
En el caso de plataformas de escalera, se debe asegurar una holgura no menor a 10 mm entre los extremos de las vigas transversales y las vigas principales a las que están conectadas. Esto permite ajustar las posibles tolerancias en la longitud de las vigas transversales, la alineación de las vigas principales, la exactitud en el perfilado de los refuerzos de la viga principal y la colocación precisa de los orificios para pernos.
La consideración cuidadosa de estas holguras en las articulaciones es esencial para garantizar un ensamblaje preciso y seguro de los componentes de la estructura metálica del puente, contribuyendo a su integridad estructural y al rendimiento óptimo en servicio.
Conexiones y Uniones Estructurales
En el entorno de taller, las uniones estructurales se suelen llevar a cabo mediante procesos de soldadura, mientras que en el sitio de construcción, la mayoría de las conexiones se realizan mediante pernos, fundamentado en las consideraciones que se exponen a continuación. Es esencial posicionar las uniones de manera que se ajusten tanto a los requerimientos de transporte como a un método de montaje efectivo. La disposición debe tener en cuenta la facilidad de acceso para llevar a cabo las soldaduras y el espacio necesario para la instalación y el ajuste de los pernos con herramientas eléctricas.
En particular, las ventajas de las conexiones atornilladas en el sitio radican en su capacidad para simplificar la logística y el montaje. Esto permite una mayor flexibilidad en el proceso de construcción, así como la posibilidad de ajustar y reajustar las conexiones según sea necesario. Además, el uso de pernos evita la necesidad de maquinaria de soldadura en el sitio, lo que puede reducir los requisitos de equipo y el tiempo de ejecución.
Las uniones soldadas en el taller a menudo se eligen por su alta resistencia y durabilidad. Estas conexiones se benefician de un control más riguroso durante la fabricación y la soldadura, lo que puede resultar en una mayor integridad estructural. Sin embargo, es fundamental que las dimensiones y la geometría de las piezas a unir sean precisas para garantizar una soldadura adecuada y confiable.
La selección de la técnica de unión adecuada dependerá de factores como la eficiencia del montaje, la logística del sitio de construcción y los requisitos específicos de rendimiento y seguridad de la estructura. Un enfoque equilibrado en la elección y diseño de las conexiones contribuirá a la creación de una estructura metálica de puente sólida y confiable.
Empernado: Uniones mediante Pernos
Aunque algunos clientes pueden objetar la apariencia de las uniones atornilladas, es importante tener en cuenta que estas uniones suelen ser de tamaño reducido. En términos generales, las uniones con pernos son preferidas para las conexiones in situ, ya que resultan más económicas que las conexiones soldadas, su instalación es más rápida (no es necesario colocar todos los pernos durante el montaje inicial), presentan menor sensibilidad a las condiciones climáticas y rara vez requieren soportes temporales. La limpieza con chorro suele ser realizada por los contratistas de estructuras de acero, y los pernos galvanizados son empleados como medida de protección temporal para evitar la necesidad de un proceso de limpieza con chorro previo a la pintura.
En el contexto de los puentes en el Reino Unido, la mayoría de las conexiones atornilladas están diseñadas como uniones antideslizantes, utilizando tradicionalmente pernos precargados conocidos como pernos de alta resistencia con agarre por fricción (HSFG, por sus siglas en inglés). Estos pernos permiten que las fuerzas se transmitan de un miembro a otro a través de la fricción generada entre las superficies superpuestas de la unión. El rendimiento de estas uniones depende del estado de las superficies en contacto.
Antes del ajuste final y después de cualquier asentamiento, es fundamental inspeccionar el conjunto de pernos para asegurar que todas las superficies estén en contacto adecuado. Posteriormente, se procede a tensar completamente todos los pernos siguiendo el método seleccionado. Existen diversas técnicas disponibles para realizar este apriete:
- Método de control de torque.
- Método de vuelta parcial.
- Indicadores de tensión directa.
- Conjuntos del 'Sistema HRC'.
La elección del método de apriete dependerá de varios factores, incluidas las especificaciones del proyecto y las condiciones particulares de la estructura. La importancia de una correcta instalación y tensado de los pernos no solo garantiza la integridad estructural de la construcción, sino que también contribuye a su seguridad y durabilidad a lo largo del tiempo.
Otro aspecto crucial a considerar es que la planificación del proyecto debe otorgar al contratista de estructuras de acero la flexibilidad para seleccionar el método que prefieran. Habitualmente, las compañías tienen una preferencia por un enfoque que consideren más eficiente desde el punto de vista económico y de confiabilidad.
Proceso de Soldadura
Aunque los empalmes soldados proporcionan una apariencia más uniforme en la estructura de acero, es importante destacar que siguen siendo visibles, incluso si se encuentran a nivel del suelo. No obstante, es preciso tener en cuenta que los empalmes soldados suelen conllevar un costo mayor en comparación con las conexiones atornilladas en el sitio, además de requerir más tiempo para su finalización. Además, su implementación introduce un cierto grado de riesgo en el programa de construcción, ya que pueden surgir retrasos debido a condiciones climáticas adversas o a la necesidad de corregir posibles defectos.
La ejecución de un empalme soldado implica la utilización de apoyos temporales o mordazas de sujeción para mantener y alinear la viga hasta que la soldadura esté completa. Asimismo, se instala una cubierta resistente a las inclemencias del tiempo alrededor del empalme para proporcionar un entorno de trabajo adecuado. Las soldaduras se realizan en una secuencia preestablecida, normalmente comenzando por las bridas y luego las almas. Cada soldadura se somete a un proceso de inspección, que generalmente requiere un período de espera de 48 horas antes de la prueba final.
Al finalizar el proceso, la zona del empalme soldado necesitará una limpieza abrasiva exhaustiva y la aplicación de un sistema de revestimiento protector. Para proyectos de gran envergadura que involucran más de 500 conexiones, la opción de soldadura en el sitio podría resultar más económica debido a los costos de preparación y montaje asociados.
Pernos de Corte en Placas de Cubierta
La presencia de pernos de corte en las placas de cubierta en los empalmes atornillados puede generar interferencias en el proceso de apriete de los pernos principales. Este aspecto debe ser cuidadosamente considerado por el diseñador al elaborar los detalles de las conexiones atornilladas. Es esencial reducir al mínimo la cantidad de pernos de seguridad en las placas de cubierta y posicionarlos en la línea central longitudinal (lo más alejados posible de los pernos principales). Además, se debe garantizar que no exista una separación inferior a 75 mm entre los pernos de seguridad, ya que ello podría limitar el espacio disponible para la herramienta de soldadura utilizada en la conexión de estos pernos adicionales.
El espaciado de los pernos de seguridad no debe exceder los 800 mm para asegurar una distribución adecuada de las fuerzas en la conexión y mantener la integridad estructural. Este aspecto es crucial para garantizar la seguridad y la resistencia de la estructura en su conjunto.
En última instancia, la planificación y el diseño meticuloso de la disposición de los pernos en las placas de cubierta contribuirán significativamente a la eficiencia del proceso de ensamblaje y apriete, así como a la calidad y confiabilidad de la conexión en los empalmes atornillados.
Grosor y Espesor de la Placa de Cubierta
En situaciones donde las placas de cubierta presentan un espesor superior a 30 mm, existe la posibilidad de que estas se vuelvan demasiado rígidas, lo que podría interferir con el asentamiento adecuado de los pernos precargados en la conexión del empalme. Ante la necesidad de emplear placas de cubierta con un espesor superior a este umbral, es común que el contratista especializado en estructuras de acero proponga una solución que involucre una combinación de placas de menor grosor. Esta estrategia tiene la intención de mantener una flexibilidad suficiente en la unión para acomodar pequeñas deformaciones, variaciones angulares y posibles irregularidades en la superficie.
La consideración cuidadosa del espesor de la placa de cubierta y su interacción con los pernos precargados es esencial para garantizar la integridad y eficiencia de la conexión en el empalme. La selección adecuada de la configuración de placas contribuirá a lograr un montaje fluido y confiable, evitando problemas potenciales relacionados con la rigidez excesiva de las placas.
Espesor y Tipo de Material para las Placas de Relleno
Las placas de relleno están disponibles en variados grosores, llegando hasta 1 mm. En empalmes donde la diferencia en el espesor entre los componentes de conexión no excede los 2 mm, no es necesario emplear placas de relleno.
Grosor del Relleno
En situaciones donde el espesor de la placa cambia en 2 o 3 mm, como suele suceder en el alma de las vigas, se requiere la incorporación de placas de relleno de 1 mm de espesor en cada lado. Esta medida es fundamental para prevenir el desplazamiento de las almas y, por consiguiente, minimizar el riesgo de dificultades al instalar pernos en las alas.
- Tipo de Material del Relleno
Las placas de relleno deben tener propiedades mecánicas que sean compatibles con los elementos de la placa adyacente en la conexión. Cabe destacar que la "compatibilidad" no necesariamente significa "similaridad", ya que no siempre es viable obtener material delgado en cantidades reducidas para las placas de relleno con calidades iguales a las de los componentes que se conectan. En la práctica, los esfuerzos de compresión derivados de la precarga y los esfuerzos cortantes generados por la resistencia al deslizamiento son considerablemente más bajos que el límite de fluencia mínimo del acero, y no existe un riesgo significativo de fractura frágil. En vista de esto, se considera aceptable la utilización de materiales alternativos para las placas de relleno en empalmes precargados.
Espacios Cerrados
Desafíos y Consideraciones en Espacios Confinados para Vigas Cajón en Estructuras de Acero
Conforme a la normativa vigente, la ejecución de trabajos en 'espacios confinados' debe ser evitada siempre que se encuentre económicamente viable hacerlo. En el caso de las vigas cajón de 'superior abierto', una vez que la losa de cubierta ha sido construida, se crea un espacio confinado que plantea un desafío para el mantenimiento del sistema de protección interno, generando inquietudes para el cliente. Las vigas cajón cerradas, por su parte, generan un espacio confinado una vez que la placa de cierre ha sido colocada en la sección de la viga cajón durante el proceso de montaje. En consecuencia, dichas estructuras también suponen un reto tanto para el contratista de estructuras de acero durante la fabricación, como para cualquier proceso de pintura interna inicial.
La aplicación de pintura interna en su totalidad puede ser sustituida de manera eficiente mediante la incorporación de acero resistente a la intemperie. Aunque los costos adicionales asociados al uso de este tipo de acero no eliminan completamente los gastos de pintura interna, la prima a pagar es relativamente pequeña, especialmente si se consideran los costos y riesgos relacionados con el mantenimiento del sistema interno.
La cantidad de trabajos de fabricación llevados a cabo dentro de la caja debe ser minimizada en la medida de lo posible. Para contribuir a esto, el diseñador puede optar por detallar las soldaduras de esquina de la placa de cierre en la sección de la viga cajón como soldaduras externas, y diseñar la viga cajón de tal manera que no se requieran conexiones soldadas entre los refuerzos internos y la placa de cierre.
Cuando esto no sea factible, se debe establecer un sistema de trabajo seguro para la fabricación de vigas cajón. En muchos casos, además de asegurar una adecuada extracción de humos, será necesario realizar cortes para generar orificios de acceso en el alma de la viga cajón, en particular junto a las soldaduras a tope o los refuerzos internos. Estos orificios de acceso podrán ser sellados posteriormente una vez finalizada la fabricación, utilizando paneles de relleno que se sueldan a tope al alma de la viga mediante soldaduras a tope exteriores de un solo lado, en las superficies internas de soporte.
Todos los elementos mencionados anteriormente agregarán un costo significativo al proceso de fabricación de vigas cajón.
