Las conexiones de acero transfieren fuerzas entre vigas, columnas, tirantes y otros componentes estructurales. Su diseño afecta el rendimiento estructural, los costos de fabricación, la velocidad de instalación y el mantenimiento futuro.

Soldar, atornillar y remachar son tres métodos establecidos para unir acero estructural. Comprender sus ventajas y limitaciones ayuda a los equipos de proyecto a seleccionar conexiones adecuadas para diferentes aplicaciones.

1. Conexiones soldadas

¿Qué es una conexión soldada?

En la soldadura por arco de acero estructural, un arco eléctrico genera calor que funde localmente el acero y un material de relleno adecuado. El metal fundido se solidifica para formar una unión permanente.

Ventajas de las conexiones soldadas

• Detalles de conexión compactos: la soldadura puede unir componentes directamente y reducir la necesidad de placas superpuestas o sujetadores adicionales.

• Sin orificios para pernos en la unión soldada: esto evita la reducción de la sección neta asociada con los orificios para los sujetadores, aunque las aberturas de acceso a la soldadura y otros detalles aún requieren consideración.

• Fabricación versátil: la soldadura es adecuada para vigas armadas, columnas en cajón, refuerzos y conjuntos estructurales complejos.

• Potencial para juntas selladas: Las soldaduras continuas diseñadas adecuadamente pueden proporcionar conexiones selladas cuando sea necesario.

• Producción repetitiva eficiente: la soldadura mecanizada puede mejorar la productividad para configuraciones de juntas adecuadas.

Desventajas de las conexiones soldadas

• Tensión residual y distorsión: el calentamiento y enfriamiento desiguales pueden causar contracción y cambios en la geometría del componente.

• Cambios cerca de la soldadura: La soldadura altera la microestructura del acero adyacente. El efecto depende del material y del ciclo térmico; la fragilidad local es un riesgo potencial, no un resultado inevitable. 

• Requisitos de proceso e inspección: Los resultados confiables dependen de la preparación adecuada de las juntas, los procedimientos de soldadura, el personal competente y la inspección.

• Condiciones del sitio más exigentes: el acceso, la protección climática y la posición de trabajo pueden complicar la soldadura en el campo.

• Desmontaje difícil: las uniones soldadas generalmente requieren corte para su separación o reemplazo.

Procesos de soldadura comunes

Soldadura manual por arco metálico: MMA/SMAW

También llamada soldadura con electrodo revestido, este proceso utiliza un electrodo recubierto consumible. El equipo portátil y la flexibilidad lo hacen útil para trabajos en el sitio y acceso restringido. Sus limitaciones incluyen tasas de deposición relativamente bajas y cambios frecuentes de electrodos.

Soldadura por arco sumergido: SAW

SAW utiliza un alambre alimentado continuamente debajo de una capa de fundente granular. Comúnmente está mecanizado y es adecuado para soldaduras largas en vigas, vigas y conjuntos de placas. Requiere accesos y posiciones de soldadura adecuados.

Soldadura por arco metálico con gas: GMAW/MIG/MAG

Este proceso utiliza un cable continuo y un gas protector externo. Favorece la fabricación productiva, pero las corrientes de aire pueden alterar la protección de gas. GMAW de alambre sólido no produce la escoria fundente asociada con la soldadura con electrodo revestido o SAW. MIG utiliza gases protectores inertes, mientras que MAG utiliza gases activos o mezclas. 

Ningún proceso de soldadura produce automáticamente una unión más fuerte que otra. La selección del proceso debe considerar el grado del acero, el espesor, la geometría de la junta, la posición, las propiedades requeridas y el procedimiento de soldadura aplicable. 

2. Conexiones atornilladas

¿Qué es una conexión atornillada?

Las conexiones atornilladas unen componentes de acero utilizando pernos, tuercas y arandelas cuando se especifique. Los pernos pasan a través de orificios preparados en miembros o placas de conexión.

La resistencia del perno y la condición de instalación son consideraciones separadas. Un perno de alta resistencia no hace automáticamente una conexión precargada o resistente al deslizamiento.

Principales tipos de conexión

Conexiones no precargadas

Estas conexiones no dependen de una precarga de perno específica para resistir el deslizamiento. Bajo carga de corte, la fuerza generalmente se transfiere a través del corte del perno y del apoyo contra las superficies del orificio. Se pueden utilizar en conexiones estructurales permanentes donde lo permita el diseño.

Conexiones precargadas

Los pernos se aprietan mediante un procedimiento específico para desarrollar una fuerza de sujeción controlada. Cuando una conexión está diseñada para resistir el deslizamiento, la fricción entre las superficies de contacto preparadas transfiere el corte dentro de las condiciones de diseño especificadas. La instalación de pernos y la preparación de la superficie son críticas. 

Ventajas de las conexiones atornilladas

• Montaje eficiente en el sitio: los componentes preparados se pueden conectar sin soldadura en el campo.

• Sin calor de soldadura en la unión: el empernado evita la distorsión local de la soldadura durante la instalación.

• Desmontaje más sencillo: las conexiones pueden facilitar futuras modificaciones, mantenimiento y sustitución de componentes.

• Adecuado para construcción prefabricada: la fabricación en taller y el montaje en obra se pueden coordinar mediante detalles de conexión estandarizados.

Desventajas de las conexiones atornilladas

• Sección neta reducida: Los orificios para los sujetadores eliminan material y deben considerarse en el diseño de la conexión.

• Componentes adicionales: Las placas de empalme, placas de extremo o ángulos pueden aumentar el uso de material y el trabajo de fabricación.

• Requisitos de ajuste: la alineación de los orificios, las tolerancias y el acceso a las herramientas necesitan una cuidadosa coordinación.

• Control de instalación: Las conexiones precargadas requieren procedimientos de ajuste e inspección adecuados.

• Consideraciones de movimiento y fatiga: Los riesgos de deslizamiento, carga cíclica y aflojamiento dependen del diseño y la instalación de la junta; Los pernos de alta resistencia por sí solos no los eliminan.

Las conexiones atornilladas se utilizan ampliamente para el montaje en obra. Las disposiciones precargadas son particularmente relevantes cuando el movimiento relativo o la carga dinámica requieren control adicional.

3. Conexiones remachadas

¿Qué es una conexión remachada?

El remachado estructural tradicional utiliza un remache calentado insertado a través de orificios alineados. Su extremo saliente está formado por una segunda cabeza, que fija las placas conectadas. El enfriamiento hace que el remache se contraiga y sujete el conjunto.

Ventajas de las conexiones remachadas

• Fijación mecánica permanente: Las cabezas formadas aseguran los componentes conectados.

• Comportamiento dúctil: Los materiales de remache adecuados y las uniones adecuadamente detalladas pueden soportar la deformación.

• Valor en restauración: El remachado puede preservar la apariencia original y el método de construcción de la estructura de acero histórica.

Desventajas de las conexiones remachadas

• Instalación que requiere mucha mano de obra: calentar, manipular y formar remaches requiere equipos y habilidades especializados.

• Peso y material adicionales: las cabezas de remache, las superposiciones y las placas de conexión se suman al conjunto.

• Orificios de fijación: al igual que los pernos, el remachado reduce la sección neta de los componentes conectados.

• Extracción difícil: los remaches generalmente deben perforarse o cortarse.

• Uso limitado en estructuras de acero nuevas: la soldadura y el atornillado de alta resistencia han sustituido en gran medida al remachado en caliente tradicional.

El remachado sigue siendo relevante para ciertos proyectos de restauración de puentes históricos, por lo que describirlo como completamente obsoleto sería inexacto. 

Comparación de métodos de conexión de acero

Factor	Conexiones soldadas	Conexiones atornilladas	Conexiones remachadas
Rol típico	Miembros fabricados y uniones permanentes.	Montaje en sitio y empalmes de miembros	Carpintería histórica y restauración especializada
Orificios para sujetadores	Generalmente innecesario	Requerido	Requerido
Principal preocupación de ejecución	Procedimiento de soldadura, distorsión y calidad de la soldadura.	Superficies de ajuste, apriete y contacto cuando sea relevante	Calidad de formación de remaches y mano de obra especializada
Desmontaje	Generalmente requiere corte	Generalmente más fácil	Generalmente requiere la eliminación destructiva de remaches.
Requisitos de materiales	Puede reducir el hardware de conexión	Puede requerir placas y otros herrajes.	Generalmente requiere superposiciones o placas de conexión.

Cómo elegir la conexión de acero adecuada

El mejor método de conexión depende de las fuerzas requeridas, la rigidez, el rendimiento ante la fatiga, las instalaciones de fabricación, las condiciones del sitio y las necesidades de mantenimiento. Ni las conexiones soldadas ni atornilladas deberían clasificarse como rígidas o flexibles únicamente por el método de unión; el detalle completo de la junta determina su comportamiento.

Para la planificación del proyecto, compare el costo total de fabricación, transporte, montaje, inspección y modificaciones futuras. Los detalles finales de la conexión deben seguir las especificaciones del proyecto y ser verificados por el ingeniero estructural responsable.

¿Está planificando un proyecto de estructura de acero? Contáctenos con sus dibujos y requisitos del proyecto para discutir las opciones de fabricación y conexión.