Este artículo se centra en la estructura. Explica las tipologías más usadas, los componentes y su función, el predimensionamiento del pórtico, las cargas que gobiernan, por qué la succión del viento es tan peligrosa, cómo funciona el arriostramiento, qué cambia cuando hay un puente grúa y cuáles son los errores más frecuentes. Forma parte de la serie sobre estructuras metálicas. Los aspectos de planificación funcional, logística interna y operación se tratan en el artículo sobre criterios técnicos y eficiencia operativa de naves industriales.

En pocas palabras: una nave industrial metálica típica es una sucesión de pórticos a dos aguas separados de 5 a 8 m, unidos por correas y vigas de atado. Se estabiliza en sentido longitudinal con cruces de arriostramiento en cubierta y fachadas. Sus dos enemigos principales son el viento, que en cubiertas ligeras puede levantar y comprimir el ala inferior del dintel, y la acumulación de nieve o granizo. Un buen proyecto resuelve ambos y define cómo se mantiene estable la estructura mientras se monta.

Qué es una nave industrial metálica

Es un edificio de una sola planta (a veces con entreplantas o mezzanines), de gran superficie y altura libre, cuya estructura portante es de acero. Su función es cerrar un gran volumen con la menor cantidad posible de apoyos interiores, para dejar libre el espacio a la producción, el almacenamiento o la maniobra de vehículos.

El acero domina este tipo de edificio por su relación resistencia/peso y su rapidez de montaje. Como se explica en la comparación estructura metálica vs hormigón, a partir de unos 12 a 15 m de luz el hormigón in situ pierde competitividad frente al acero. El prefabricado de hormigón pretensado sigue siendo una alternativa en algunos mercados.

Tipologías de nave industrial metálica

• Pórtico a dos aguas con perfiles laminados: es la solución más común. Columnas y dintel son perfiles doble T (IPE o W de ala estrecha) unidos rígidamente en el alero con una cartela, y el sistema es estable en su plano sin diagonales. Es eficiente entre 15 y 50 m de luz, y óptimo entre 25 y 35 m.
• Pórtico de alma variable: las secciones son armadas con placas soldadas y su canto crece donde crece el momento. Es la base de las naves prefabricadas o sistemas de edificios metálicos. Ahorran acero a cambio de más fabricación.
• Cercha sobre columnas: una cercha metálica cubre la luz y las columnas llevan las cargas al terreno. Llega a luces mayores (20 a 60 m) con poco peso, pero ocupa mucho canto y tiene muchas uniones. Si el nudo cercha–columna es articulado, la estabilidad lateral debe darla el empotramiento de las columnas o un arriostramiento.
• Nave con puente grúa: las columnas llevan ménsulas o se escalonan para apoyar las vigas carril. Se trata más adelante, porque cambia por completo los criterios de diseño.
• Nave multivano: varios pórticos adosados con columnas intermedias. Cubre grandes superficies con luces moderadas, a cambio de canalones interiores que deben diseñarse con cuidado.
• Diente de sierra: faldones asimétricos con lucernarios verticales que dan luz natural uniforme. Se usa en talleres e industria textil, y aumenta la complejidad del drenaje.

Las tipologías de estructuras de acero en general, más allá de las naves, se describen en tipos de estructuras metálicas.

Componentes de una nave industrial metálica

La elección de cada perfil se explica en perfiles de acero estructural.

Predimensionamiento del pórtico

Antes del cálculo conviene fijar una geometría razonable. Las guías de diseño de pórticos de acero recogen proporciones que la práctica ha demostrado eficientes:

La lógica de la cartela merece una explicación. Bajo carga gravitatoria, el dintel tiene momento negativo máximo en el alero y positivo máximo cerca de la cumbrera. Si la cartela mide aproximadamente una décima de la luz, en su extremo el momento negativo ya ha bajado hasta igualar al positivo del centro. Así, el dintel puede dimensionarse para ese valor, que es menor, y la cartela absorbe el pico del nudo.

Dato práctico: en los pórticos de nave suelen gobernar las deformaciones (flecha del dintel y desplazamiento lateral del alero), no la resistencia. Por eso un acero de mayor límite elástico rara vez compensa aquí: el módulo de elasticidad es el mismo y la rigidez no mejora. Los grados habituales son los de uso general (A36 o A572 Gr. 50 en el marco ASTM; S235, S275 o S355 en el europeo), como se explica en acero estructural.

Cargas que gobiernan el diseño

Una nave es ligera, y eso cambia la jerarquía de las cargas respecto a un edificio de hormigón:

• Peso propio y cerramientos: son bajos, de ahí la eficiencia del sistema. Esa misma ligereza hace que el viento pueda invertir los esfuerzos.
• Sobrecarga de cubierta: cubre mantenimiento, montaje y personas. En el marco americano, ASCE 7-22 fija como referencia para cubiertas ordinarias 0,96 kN/m² (20 psf), con posibles reducciones según el área tributaria y la pendiente. Aplica siempre el valor de tu reglamento nacional.
• Viento: suele ser la carga dominante. Produce presión en barlovento y succión en cubierta y sotavento. Importa también la presión interior: una puerta grande abierta durante una tormenta aumenta la presión interior y, con ella, el levantamiento de la cubierta. Deben considerarse las aberturas dominantes.
• Nieve y granizo: en zonas andinas y de altura, el granizo acumulado en canalones, limahoyas y junto a cambios de nivel actúa como una carga de nieve concentrada. Los colapsos de cubiertas ligeras por acumulación son frecuentes. Además, si la cubierta es casi plana y flexible, el agua puede estancarse y aumentar la flecha, que a su vez acumula más agua (encharcamiento o ponding), hasta el colapso.
• Sismo: por su bajo peso, la nave suele estar más controlada por el viento que por el sismo. Esto cambia cuando hay entreplantas, grandes equipos colgados o puentes grúa, cuyo peso propio sí interviene en la masa sísmica.
• Instalaciones y cargas colgadas: ductos, bandejas eléctricas, luminarias, rociadores y, cada vez más, paneles solares. Muchas naves existentes no se proyectaron para ellos. Antes de instalar paneles sobre una cubierta existente, la estructura debe verificarse.
• Temperatura: en naves muy largas, la dilatación térmica exige juntas o una verificación explícita de sus efectos, sobre todo en los arriostramientos.

Para el cálculo de presiones de viento puedes apoyarte en la planilla Excel de análisis de carga de viento, adaptándola a la norma de cargas que corresponda.

La succión del viento y el ala inferior del dintel

Este es el punto que más diferencia a un proyecto correcto de uno peligroso. Bajo carga gravitatoria, el ala superior del dintel se comprime en el centro de la luz. Esa ala está sujeta por las correas, que impiden su desplazamiento lateral. Junto a los aleros, donde el momento es negativo, se comprime el ala inferior.

Con una cubierta ligera, la succión del viento puede superar al peso propio y los esfuerzos se invierten. Entonces es el ala inferior la que se comprime en el centro de la luz, y allí no hay correas que la sujeten. Si no se arriostra, el dintel puede sufrir pandeo lateral-torsional con cargas muy inferiores a las de diseño. La solución son las tornapuntas: diagonales ligeras que unen algunas correas con el ala inferior del dintel (y los largueros con el ala interior de las columnas). Deben aparecer en los planos, en las posiciones que exige el cálculo de estabilidad, y deben instalarse. Son de las piezas que con más frecuencia se omiten en obra «porque no parecen importantes».

Arriostramientos y estabilidad longitudinal

Un pórtico rígido es estable en su plano, pero en la dirección perpendicular es un mecanismo. Toda la estabilidad longitudinal de la nave, y la resistencia al viento que incide sobre los hastiales, depende del sistema de arriostramiento.

El recorrido de la carga debe poder seguirse sin interrupciones:

1. El viento empuja el cerramiento del hastial. Sus columnas trabajan como vigas entre la base y la cubierta.
2. La reacción superior de esas columnas llega a la viga contraviento: una cercha horizontal formada por las cruces de cubierta del vano extremo, con los dinteles y correas como cordones y montantes.
3. Las reacciones de la viga contraviento llegan a los aleros, y las vigas de atado las conducen a lo largo de la nave.
4. Las cruces de fachada las bajan a la cimentación, que debe resistir las tracciones y compresiones resultantes.

Lo habitual es arriostrar los vanos extremos o los vanos próximos a ellos. En naves largas se añaden vanos intermedios. Si un vano arriostrado coincide con un portón, las cruces pueden sustituirse por un pórtico rígido en sentido longitudinal, más caro pero sin diagonales.

Riesgo en montaje: muchos colapsos de naves ocurren durante la construcción, cuando los pórticos ya están levantados pero las cruces, las correas o las vigas de atado aún no. Un golpe de viento sobre una fila de pórticos sin arriostrar puede derribarlos en cadena. La secuencia de montaje debe empezar por el vano arriostrado y completarlo antes de avanzar. Donde haga falta, se colocan arriostramientos y vientos provisionales.

Naves con puente grúa

Un puente grúa convierte una nave ligera en una estructura industrial exigente. La viga carril recibe cargas móviles repetidas, con componente vertical, lateral y longitudinal, y la estructura debe ser mucho más rígida que en una nave convencional.

Las acciones de referencia en el marco americano las define ASCE 7:

• Impacto vertical: la carga máxima de rueda se incrementa un 25 % en puentes grúa y monorrieles motorizados con mando en cabina o remoto, y un 10 % en puentes motorizados con mando colgante.
• Fuerza lateral: el 20 % de la suma de la capacidad nominal y el peso del carro y el polipasto, aplicada en la cabeza del carril.
• Fuerza longitudinal: el 10 % de las cargas máximas de rueda.

La guía de diseño de naves industriales de AISC (Design Guide 7, 3.ª edición) recomienda limitar la flecha vertical de la viga carril según la clase de servicio de la grúa (clasificación CMAA): L/600 para las clases A, B y C, L/800 para la clase D y L/1000 para las E y F. La flecha lateral se limita a L/400 para todas las clases. El motivo es funcional. Una viga que se deforma demasiado hace que el puente «suba cuesta» hacia las columnas, desalinea los carriles y desgasta ruedas y rieles.

El otro gran tema es la fatiga. Cada paso del puente con carga es un ciclo de tensión, y a lo largo de la vida útil los ciclos se cuentan por cientos de miles o millones. Los detalles soldados de la viga carril (unión ala–alma, rigidizadores, fijación del canal de refuerzo y del carril) deben elegirse por su categoría de fatiga, no solo por su resistencia. Las tolerancias de fabricación y montaje del camino de rodadura son también más estrictas que las de una estructura convencional. Para monorrieles ligeros, puedes usar como apoyo la planilla Excel de análisis de viga monorriel.

Cimentación, placas base y pernos de anclaje

Las columnas de nave suelen proyectarse con bases articuladas, que simplifican la cimentación. Pero una base articulada no es una base sin fuerzas:

• Empuje horizontal: bajo carga gravitatoria, un pórtico con bases articuladas empuja hacia afuera sus apoyos. Ese empuje debe resistirlo la zapata, por rozamiento y empuje pasivo del terreno, o un tensor o viga de atado entre zapatas enterrado bajo la solera.
• Levantamiento: con succión de viento, la columna puede traccionar. Los pernos de anclaje y el peso de la zapata deben resistirlo. En estructuras ligeras, es frecuente que la zapata la dimensione el arranque y no la compresión.
• Anclaje al hormigón: los pernos se diseñan para los modos de falla del hormigón (arrancamiento del cono, desprendimiento lateral, extracción), que en el marco ACI están en el capítulo 17 de ACI 318.

Las bases empotradas reducen el desplazamiento lateral y el tamaño del pórtico, pero trasladan momentos a la cimentación. Son habituales en naves con puente grúa o con límites de deriva estrictos. El diseño de estas uniones se amplía en uniones en estructuras metálicas.

Cubierta, cerramientos y drenaje

El cerramiento más habitual es la chapa de acero trapezoidal, simple o en panel sándwich con aislamiento. Su capacidad de vano condiciona la separación de correas, y su sistema de fijación, la resistencia al arranque por succión. Tres aspectos estructurales conviene no subestimar:

• Drenaje: los canalones y bajantes se dimensionan para lluvias intensas con obstrucción parcial. Si los canalones interiores de una nave multivano rebosan, pueden causar encharcamiento y sobrecarga.
• Pendiente real: la pendiente de proyecto debe mantenerse con la flecha de las correas y del dintel. Una cubierta que se deforma hasta quedar plana retiene agua y granizo.
• Condensación: en naves con ambiente húmedo, la condensación bajo la chapa acelera la corrosión de correas y fijaciones. Se previene con aislamiento y barrera de vapor adecuados.

Naves prefabricadas o proyectadas a medida

Las naves prefabricadas (sistemas de edificios metálicos, con pórticos de alma variable y correas conformadas en frío) son muy competitivas. El fabricante optimiza el acero kilo a kilo y entrega un paquete completo. Su ventaja es también su riesgo: al estar optimizadas al límite, tienen poca reserva. Antes de aceptar una propuesta conviene verificar tres cosas. Primero, que las cargas de diseño sean las de la norma local, incluido el granizo si aplica. Segundo, que las futuras instalaciones y paneles solares estén contempladas. Tercero, que la memoria de cálculo esté firmada por un profesional habilitado en el país.

Errores frecuentes en una nave industrial metálica

• Omitir o no instalar las tornapuntas del ala inferior del dintel y de las columnas.
• Montar pórticos sin completar el vano arriostrado ni colocar arriostramientos provisionales.
• Subestimar la succión y la presión interior por aberturas grandes; esto se traduce en fijaciones de chapa arrancadas y cubiertas voladas.
• No considerar la acumulación de granizo o nieve en limahoyas, canalones y cambios de altura.
• Pernos de anclaje mal replanteados, que obligan a cortar, doblar o soldar en obra sin verificación.
• Ignorar el empuje horizontal en bases articuladas sobre zapatas aisladas en suelos blandos.
• Añadir cargas colgadas o paneles solares a una nave existente sin verificar la estructura.
• Corrosión en bases de columnas por contacto con agua, suelo o pisos industriales lavados con frecuencia.

Las debilidades generales del acero y cómo compensarlas se desarrollan en ventajas y desventajas de las estructuras metálicas.

Normas y guías de referencia

El procedimiento de verificación de cada elemento, y la diferencia entre los formatos LRFD y ASD, se explica en diseño de estructuras metálicas.

Preguntas frecuentes

¿Qué luz puede cubrir una nave industrial metálica?

Con pórticos de perfiles laminados, de forma eficiente entre 15 y 50 m, con el óptimo entre 25 y 35 m. Con cerchas o pórticos armados se superan los 60 m. Para superficies mayores se usan naves multivano con columnas intermedias.

¿Cada cuánto se colocan los pórticos de una nave?

La separación habitual es de 5 a 8 m. Separaciones mayores reducen el número de pórticos pero exigen correas y largueros más pesados. La separación óptima sale de equilibrar ambos costos.

¿Qué pendiente debe tener la cubierta de una nave?

En pórticos a dos aguas es habitual una pendiente de 5° a 10°, con 6° como valor frecuente. Lo importante es que, una vez deformada la estructura, siga habiendo pendiente suficiente para evacuar el agua y no acumular granizo o nieve. El fabricante de la chapa indica además la pendiente mínima de su producto.

¿Por qué se colocan cruces de acero en la cubierta y las fachadas?

Porque los pórticos solo son estables en su plano. Las cruces dan estabilidad en sentido longitudinal y conducen hasta la cimentación el viento que actúa sobre los hastiales. Sin ellas, la nave podría caer como un castillo de naipes en esa dirección.

¿Qué cambia si la nave tiene puente grúa?

Aparecen cargas móviles con impacto y fuerzas laterales y longitudinales, se exigen límites de flecha estrictos (del orden de L/600 a L/1000 en vertical) y la fatiga pasa a ser determinante en la viga carril. Normalmente las columnas llevan ménsulas o se escalonan, y las bases suelen ser empotradas.

¿Se pueden instalar paneles solares en una nave existente?

Solo después de verificar la estructura. Los paneles añaden peso permanente, modifican las cargas de viento y pueden favorecer la acumulación de nieve o granizo. Muchas naves ligeras se proyectaron sin esa reserva.

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Este artículo compara el acero estructural y el hormigón armado criterio por criterio: resistencia y peso, luces, plazo, costo, sismo, fuego, durabilidad, confort y sostenibilidad. Explica de dónde viene cada ventaja y cuándo deja de serlo. Forma parte de la serie sobre estructuras metálicas.

Respuesta corta: el acero gana cuando pesan las luces grandes, la rapidez en obra, el bajo peso propio o la posibilidad de ampliar y desmontar. El hormigón gana cuando pesan la resistencia al fuego sin protección, la masa y rigidez, la durabilidad con poco mantenimiento y el costo en edificios de luces cortas donde su mano de obra es abundante. En edificios medianos y altos, la mejor respuesta suele ser una estructura mixta que combina ambos.

Estructura metálica vs hormigón: diferencias de partida

Casi todas las diferencias prácticas nacen de cómo son los dos materiales. El acero es un material industrial, homogéneo, que resiste igual a tracción que a compresión y se fabrica con tolerancias de milímetros. El hormigón armado es un material compuesto que se fabrica, en general, en la propia obra. El hormigón aporta la compresión y las barras de acero la tracción, y su calidad final depende mucho de la ejecución: dosificación, compactación y curado.

Dos cifras resumen el contraste. El acero es unas diez veces más resistente que un hormigón corriente, pero solo tres veces más pesado. Además, su módulo de elasticidad es siete u ocho veces mayor. En la práctica, los elementos de acero son mucho más esbeltos y ligeros, y justamente por eso son más sensibles al pandeo y a las vibraciones.

Resistencia, peso y tamaño de los elementos

La ventaja estructural más clara del acero es su relación resistencia/peso. La figura 1 lo muestra con un ejemplo concreto: dos columnas de 3,5 m, arriostradas y con carga axial centrada, dimensionadas para una capacidad de diseño casi igual.

Con fy de 345 MPa y la fórmula de pandeo de AISC 360-22, el HEB 200 da una resistencia de diseño LRFD de unos 1711 kN. Una columna de hormigón de 35 x 35 cm, con f’c de 25 MPa y 1 % de armadura, da unos 1608 kN según ACI 318. La columna de acero pesa 61 kg/m frente a unos 304 kg/m, es decir, cinco veces menos, y ocupa un tercio de superficie en planta. Esto tiene consecuencias en cadena:

• Cimentaciones más pequeñas: menos peso propio significa zapatas menores. En suelos de baja capacidad, esto puede decidir el proyecto por sí solo.
• Menores fuerzas sísmicas: la fuerza sísmica es proporcional a la masa, así que una estructura más ligera recibe menos fuerza lateral.
• Más superficie útil: columnas más delgadas liberan espacio, algo valioso en estacionamientos, locales comerciales y oficinas.
• Ampliaciones en altura viables: sobre un edificio existente, el acero añade poca carga a una estructura y una cimentación que no se diseñaron para ella.

Matiz honesto: la comparación de la figura 1 es la de dos columnas desnudas. Si el uso exige resistencia al fuego, la columna de acero necesitará protección (pintura intumescente, mortero o placas), que suma costo y algo de espesor. La columna de hormigón ya la trae incorporada con el recubrimiento de sus armaduras.

Luces y libertad arquitectónica

La luz que se quiere cubrir sin apoyos intermedios es muchas veces el criterio que decide. El hormigón armado in situ es muy competitivo en luces cortas y medias, pero su propio peso crece rápido con la luz. Pasado cierto punto, la losa o la viga dedica casi toda su capacidad a sostenerse a sí misma.

Como orden de magnitud, las losas y pórticos de hormigón armado in situ trabajan con economía hasta unos 10 a 12 m. Más allá, el terreno pertenece a las vigas mixtas, los pórticos metálicos de alma llena y las cerchas metálicas, que cubren con naturalidad de 20 a 60 m. La excepción importante es el hormigón prefabricado pretensado, que compite con el acero en vigas de puentes y naves de 15 a 40 m. Por eso la nave industrial metálica es la solución dominante en almacenes y plantas industriales.

Plazo de ejecución

«El acero es más rápido» es cierto, pero conviene precisar en qué sentido. Una estructura de hormigón in situ avanza planta por planta: encofrar, armar, hormigonar, esperar resistencia y desencofrar. Cada ciclo depende del clima y de la mano de obra. La estructura metálica se fabrica en taller mientras en obra se hacen las cimentaciones, y luego se monta en pocas semanas.

La figura 3 muestra la parte que suele omitirse. El acero exige ingeniería de detalle, planos de taller y compra de material antes de empezar a fabricar, y eso consume semanas al principio del proyecto. Si esa fase no se planifica, el plazo total puede ser igual o incluso mayor que en hormigón. La ventaja real es otra: menos tiempo de ocupación de la obra, menos dependencia del clima y un montaje más predecible. Esto es decisivo en zonas urbanas congestionadas, en ampliaciones con el edificio en uso y en proyectos donde cada mes de retraso tiene un costo financiero alto.

Costo: por qué no hay una respuesta universal

La comparación de precios más habitual, el costo del kilo de acero frente al del metro cúbico de hormigón, es también la más engañosa. Para comparar con honestidad hay que sumar, para cada alternativa:

• Material: perfiles y placas, o bien hormigón, armadura y encofrado.
• Fabricación, transporte y montaje: en acero, la mano de obra de taller y las uniones pueden pesar tanto como el material.
• Cimentación: la estructura más ligera ahorra aquí, a veces mucho.
• Protección: pintura anticorrosiva o galvanizado, y protección contra incendio si la normativa la exige.
• Plazo: costo financiero, gastos generales de obra y fecha en que el edificio empieza a producir ingresos.
• Mantenimiento a lo largo de la vida útil: repintado del acero, reparaciones del hormigón.

Con esa suma, el resultado depende del mercado. Donde los perfiles laminados se importan y la mano de obra de hormigón es abundante y barata, que es la situación de muchos países latinoamericanos, el hormigón suele ganar en viviendas y edificios de luces cortas. En naves, grandes luces y obras con plazo crítico, el acero suele ganar aun con material más caro. Cualquier afirmación de que un material es «un X % más barato» sin un proyecto y un mercado concretos debe tomarse con desconfianza.

Comportamiento sísmico

Ambos materiales pueden construir estructuras sismorresistentes excelentes, y ambos han protagonizado colapsos cuando el diseño o los detalles fallaron. Las diferencias están en el punto de partida:

• Acero: es dúctil por naturaleza y ligero, lo que reduce las fuerzas sísmicas. Sus puntos débiles son las uniones y la inestabilidad. En el sismo de Northridge de 1994 se fracturaron muchas uniones soldadas viga–columna consideradas dúctiles, y el pandeo local de elementos esbeltos limita la disipación de energía. Además, los pórticos de acero son flexibles, y a menudo es la deriva entre pisos, y no la resistencia, la que obliga a añadir arriostramientos. Su diseño sísmico se rige por AISC 341.
• Hormigón armado: es pesado y, sin armadura adecuada, frágil. Su ductilidad depende por completo del detallado: estribos cerrados y poco separados, confinamiento de nudos y jerarquía de resistencias (columna fuerte, viga débil). Muchos colapsos en Latinoamérica se deben a columnas cortas, falta de confinamiento o construcción informal. No son fallas del material, sino de su ejecución. En ACI 318 las reglas sísmicas están en un capítulo específico (capítulo 18).

La conclusión práctica: en zona sísmica, elige el material cuyos detalles el equipo de diseño y el constructor dominen. Una estructura de acero con soldaduras de campo mal controladas es tan peligrosa como una de hormigón sin estribos.

Resistencia al fuego

Aquí el hormigón tiene una ventaja clara. Su baja conductividad térmica y el recubrimiento de las armaduras le dan una resistencia al fuego significativa sin añadir nada. El acero, en cambio, pierde resistencia rápidamente con la temperatura: hacia los 600 °C conserva menos de la mitad de su límite elástico. Por eso, en edificios donde la normativa exige resistencia al fuego, la estructura metálica necesita protección pasiva, lo que suma costo, mantenimiento e inspección.

El hormigón tampoco es invulnerable. Con temperaturas muy altas puede sufrir desconchado explosivo (spalling), sobre todo los hormigones de alta resistencia y muy compactos, que deja la armadura expuesta. Y una estructura de hormigón dañada por un incendio requiere evaluación antes de volver a usarse.

Durabilidad y mantenimiento

Los dos materiales se deterioran, pero de forma distinta:

• Acero: la corrosión es visible y progresiva. Se controla con sistemas de pintura adecuados a la corrosividad del ambiente (ISO 12944) o con galvanizado, y exige repintado periódico. Sus puntos críticos son las bases de columnas, las uniones y las zonas donde se acumula agua.
• Hormigón armado: se deteriora de forma más lenta y oculta. La carbonatación y los cloruros penetran por el recubrimiento hasta corroer las armaduras, que al oxidarse aumentan de volumen y fisuran el hormigón. Se previene con un recubrimiento y una calidad de hormigón adecuados a la clase de exposición. Cuando el daño aparece, la reparación es costosa.

En ambientes marinos o industriales agresivos, un hormigón bien diseñado y ejecutado suele requerir menos intervención que el acero. El acero bien protegido puede durar lo mismo, pero solo si el mantenimiento se hace de verdad.

Rigidez, vibraciones y confort

La masa del hormigón es una ventaja para el confort: amortigua vibraciones, aísla el ruido y da inercia térmica. Los entrepisos de acero, más ligeros y esbeltos, pueden resultar perfectamente resistentes y aun así vibrar de forma molesta al caminar. Por eso requieren una verificación dinámica específica. También transmiten más el ruido de impacto si no se trata el piso. La solución habitual, la losa de hormigón sobre chapa colaborante, añade la masa que al acero le falta.

Sostenibilidad

Es un terreno donde abundan afirmaciones simplistas. Lo que puede decirse con rigor es lo siguiente:

• El acero es reciclable indefinidamente sin perder propiedades. Una parte importante del acero estructural se produce a partir de chatarra en hornos eléctricos, y una estructura metálica atornillada puede desmontarse y reutilizarse.
• La mayor parte de la huella de carbono del hormigón viene del clínker del cemento. Existen hormigones con adiciones que la reducen de forma apreciable.
• La comparación seria se hace por proyecto, con declaraciones ambientales de producto (DAP/EPD) de los materiales realmente disponibles, y no con promedios genéricos. La edición 2025 de ACI 318 incorpora un apéndice de sostenibilidad y resiliencia, señal de que el tema ya forma parte del diseño estructural.

La tercera vía: estructuras mixtas acero-hormigón

En la práctica, la pregunta rara vez se resuelve con un material puro. Las estructuras mixtas aprovechan lo mejor de cada uno:

• Losa colaborante (steel deck): la chapa grecada sirve de encofrado perdido y de armadura inferior de una losa de hormigón.
• Vigas mixtas: la losa se une a la viga de acero con conectores de cortante, de modo que el hormigón trabaja a compresión y el acero a tracción. Así se consiguen más luz y rigidez con menos acero.
• Columnas mixtas: tubos de acero rellenos de hormigón o perfiles embebidos. Combinan capacidad, rigidez y resistencia al fuego.

AISC 360-22 dedica un capítulo completo (capítulo I) al diseño de elementos mixtos, y en Europa lo hace el Eurocódigo 4. En edificios de oficinas de altura media, la solución mixta es la más habitual.

Tabla resumen: estructura metálica vs hormigón por criterio

Cuándo elegir cada una

Una forma práctica de decidir es hacerse cinco preguntas en este orden:

1. ¿Qué luz necesito sin apoyos? Por encima de unos 12 a 15 m, el acero o el prefabricado pasan a ser la opción natural.
2. ¿Cuánto vale el tiempo? Si el plazo en obra es crítico, el acero y la construcción mixta toman ventaja, siempre que la ingeniería y el taller arranquen a tiempo.
3. ¿Cómo es el terreno y qué hay debajo? Suelos pobres o estructuras existentes favorecen al material ligero.
4. ¿Qué exige la normativa de incendio y el ambiente? Resistencia al fuego alta o ambiente agresivo sin mantenimiento favorecen al hormigón.
5. ¿Qué ofrece el mercado local? Disponibilidad de perfiles, talleres calificados, soldadores certificados y mano de obra de hormigón. La mejor solución teórica fracasa si no hay quien la ejecute bien.

Si la decisión entre estructura metálica vs hormigón no es clara, compara ambas alternativas a nivel de anteproyecto, con costo total y plazo, antes de comprometer el diseño. Es una inversión pequeña frente al costo de elegir mal.

Normas de referencia

Los Eurocódigos están en transición a su segunda generación: la primera se retira el 30 de marzo de 2028. En cualquier país, la norma exigible la fijan el reglamento nacional y los documentos del contrato.

Sigue leyendo

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• Tipos de losas de hormigón armado
• Elementos de hormigón armado en la construcción

Preguntas frecuentes

¿Qué es más barato, una estructura metálica o una de hormigón?

Depende del proyecto y del mercado. En viviendas y edificios de luces cortas, sobre todo donde los perfiles se importan, el hormigón suele ser más económico. En naves, grandes luces y obras con plazo crítico, el acero suele ganar al sumar cimentación, plazo y montaje. La comparación válida es la de costo total, no la del precio del material.

¿Qué es más resistente, el acero o el hormigón?

El acero es mucho más resistente por unidad de volumen y de peso: su fluencia es unas diez veces la resistencia a compresión de un hormigón corriente, y resiste igual a tracción. Pero una estructura no es «más resistente» por su material, sino por su diseño. Ambas se dimensionan para las mismas cargas con los mismos niveles de seguridad.

¿Qué se construye más rápido?

La estructura metálica ocupa la obra durante menos tiempo, porque se fabrica en taller mientras se hacen las cimentaciones. Pero requiere ingeniería de detalle y compra de material al inicio. Si esa fase no se planifica, el plazo total puede no mejorar.

¿Cuál resiste mejor un incendio?

El hormigón armado, que tiene resistencia al fuego propia gracias a su masa y al recubrimiento de las armaduras. El acero necesita protección pasiva (pinturas intumescentes, morteros o placas) cuando la normativa exige una resistencia al fuego determinada.

¿Cuál es mejor en zona sísmica?

Ambos pueden ser excelentes si se diseñan y ejecutan con los detalles sísmicos correctos. El acero parte con ventaja por su ductilidad y su menor masa, pero sus uniones son críticas. El hormigón depende por completo del confinamiento y del detallado de la armadura. Lo decisivo es la calidad del diseño y de la ejecución.

¿Se pueden combinar acero y hormigón en una misma estructura?

Sí, y es muy frecuente: losas colaborantes sobre vigas de acero, vigas mixtas con conectores, columnas de tubo relleno de hormigón o núcleos de hormigón con pórticos metálicos. Las estructuras mixtas se diseñan con reglas específicas, como el capítulo I de AISC 360-22 o el Eurocódigo 4.

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En este artículo verás las familias de perfiles estructurales más usadas (IPE, IPN, HEA, HEB, W, UPN, ángulos, tubos y conformados en frío). Para cada una explicamos cómo se fabrica, cómo se lee su designación, en qué elemento rinde mejor y qué limitaciones tiene. Forma parte de la serie sobre estructuras metálicas.

En pocas palabras: los perfiles doble T de ala estrecha (IPE, W) son para vigas. Los de ala ancha (HEA, HEB) y los tubos son para columnas. Los ángulos y tubos se usan en arriostramientos y cerchas, y los perfiles C y Z conformados en frío en correas y largueros. La razón está en la geometría: cuánta inercia aporta cada kilo de acero y en qué eje.

Qué es un perfil de acero y cómo se fabrica

Un perfil de acero es una barra de sección transversal constante y forma normalizada, producida en serie para uso estructural. La forma de fabricación de los perfiles de acero condiciona espesores, tolerancias, tensiones residuales y hasta la norma de diseño aplicable:

• Laminados en caliente: el acero se hace pasar al rojo por rodillos que le dan forma (IPE, IPN, HE, UPN, ángulos, W). Tienen espesores gruesos, radios de acuerdo en las esquinas interiores y tolerancias normalizadas.
• Tubos estructurales: se fabrican conformando chapa y soldándola longitudinalmente, en frío o en caliente, o sin costura. Pueden ser circulares, cuadrados o rectangulares.
• Conformados en frío: chapa delgada plegada a temperatura ambiente (C, Z, omega, costaneras). Son muy ligeros, pero su comportamiento está dominado por el pandeo de sus paredes delgadas.
• Armados o soldados: se fabrican en taller uniendo placas con soldadura cuando ningún laminado cubre la necesidad, por ejemplo en vigas de gran canto o pórticos de alma variable.

Perfiles doble T: IPE, IPN, HEA, HEB y W

La sección doble T concentra el material en las alas, lejos del eje neutro, que es donde más aporta a la inercia. Por eso es la forma más eficiente para resistir flexión en un plano. Dentro de la familia hay diferencias importantes.

IPE: la viga por excelencia

El IPE tiene alas paralelas, estrechas en relación con el canto (su ancho es aproximadamente la mitad de la altura) y almas delgadas. Esa proporción le da mucha inercia en el eje fuerte por cada kilo de acero. A cambio, es débil en el eje perpendicular y en torsión, por lo que una viga IPE sin arriostramiento lateral puede sufrir pandeo lateral-torsional. La serie normalizada va del IPE 80 al IPE 600, y el número indica el canto en milímetros.

IPN: la serie clásica de alas inclinadas

El IPN es el antecesor del IPE. Sus alas tienen la cara interior inclinada (pendiente del 14 %), lo que complica las uniones atornilladas: exige arandelas en cuña para que la tuerca apoye bien. A igual canto pesa más que el IPE y rinde algo menos por kilo. Se sigue usando en carriles de polipasto y en reposición de estructuras existentes, pero en obra nueva el IPE lo ha desplazado casi por completo.

HEA, HEB y HEM: ala ancha

En los perfiles HE, el ancho de ala es igual al canto hasta los 300 mm y se queda en 300 mm a partir de ahí. La serie B es la de referencia. La A es más ligera: sus alas son más delgadas y su canto real es algo menor que el nominal (un HEA 200 mide 190 mm). La M es muy pesada: un HEM 200 mide 220 mm de canto y pesa 103 kg/m. Al tener inercias más equilibradas entre ambos ejes, los HE son la opción natural para columnas y para vigas muy cargadas con poco canto disponible.

Perfiles W (norma americana)

En el mercado americano, la familia equivalente es la W (wide flange). Incluye tanto secciones de ala estrecha, que se comportan como vigas, como de ala ancha, que se comportan como columnas. Se designan por canto nominal y peso: un W8x31 tiene unas 8 pulgadas de canto y pesa 31 libras por pie. En sistema métrico es el W200x46.1, con unos 200 mm y 46,1 kg/m. Sus dimensiones y tolerancias las regula ASTM A6, y sus propiedades se publican en el Manual de Construcción en Acero de AISC.

La tabla muestra dos datos que conviene retener. El IPN pesa un 17 % más que el IPE del mismo canto y apenas mejora su módulo resistente, así que es menos eficiente. El HEB 200 casi triplica el peso del IPE 200, pero su radio de giro en el eje débil es más del doble, que es justo lo que necesita una columna.

Perfiles UPN y UPE: canales en U

El canal en U tiene un alma y dos alas hacia el mismo lado. El UPN, de alas interiores inclinadas, es el más difundido; el UPE, de alas paralelas, facilita las uniones atornilladas. Su espalda plana los hace muy prácticos para largueros de fachada, cordones de cerchas, marcos de aberturas, zancas de escalera y bordes de losas.

Su limitación está en el centro de cortante, que queda fuera del alma. Si la carga actúa en el plano del alma, el perfil tiende a torcerse. Por eso se usa a menudo en parejas: espalda con espalda con presillas, o boca con boca formando un cajón soldado. Así se consigue una sección simétrica, sin torsión y con buena inercia en ambos ejes.

Ángulos o perfiles L

Los ángulos pueden ser de alas iguales (L 100x100x10) o desiguales (L 120x80x10). Son baratos, fáciles de unir y omnipresentes en arriostramientos, cerchas ligeras, torres de transmisión y elementos secundarios.

Tienen dos particularidades que el proyectista no debe pasar por alto. La primera es que sus ejes principales de inercia están girados 45° en los ángulos de alas iguales. El radio de giro mínimo, en el eje v-v, es bastante menor que el de los ejes paralelos a las alas: en un L 100x100x10 es de 1,95 cm frente a 3,04 cm. Es ese radio mínimo el que gobierna el pandeo de un ángulo aislado. La segunda es que casi siempre se unen por una sola ala, lo que introduce excentricidad en la carga y reduce la resistencia efectiva en tracción (el llamado retraso de cortante). Los ángulos dobles, espalda con espalda y unidos con presillas a intervalos, corrigen buena parte de estos problemas.

Perfiles tubulares: cuadrados, rectangulares y circulares

Los tubos estructurales (SHS, RHS y CHS en la nomenclatura europea; HSS en la americana) son secciones cerradas. Tienen excelente rigidez a torsión, radio de giro parecido en ambos ejes y una superficie exterior reducida, lo que ahorra pintura y protección contra el fuego. Son ideales para columnas moderadamente cargadas, cerchas, pórticos ligeros y estructuras vistas.

Su normativa depende del proceso de fabricación. En Europa, EN 10210 cubre los tubos acabados en caliente y EN 10219 los conformados en frío. En el marco americano, el más habitual es ASTM A500: su grado C tiene una fluencia mínima de 345 MPa en tubos cuadrados y rectangulares y de 317 MPa en circulares. Un detalle de diseño importante es que ASTM A500 admite una tolerancia de espesor de hasta el 10 % por defecto. Por eso AISC 360 obliga a calcular con un espesor de diseño igual a 0,93 veces el nominal. El tubo según ASTM A1085, con tolerancias más estrictas, permite usar el espesor nominal completo, pero su disponibilidad es limitada.

Ojo en obra: un tubo cerrado que se va a galvanizar en caliente necesita agujeros de venteo y drenaje. Sin ellos, el aire atrapado puede provocar explosiones en el baño de zinc y el interior queda sin proteger. Si el tubo no se galvaniza, sus extremos deben sellarse para evitar la corrosión interior, que no se ve hasta que es tarde.

La contrapartida de los tubos está en las uniones. Como no hay acceso al interior, los nudos se resuelven con soldadura directa entre tubos o con placas y pernos, y la pared del tubo puede plastificarse localmente bajo la carga concentrada de una unión. Este tema se trata en uniones en estructuras metálicas.

Perfiles conformados en frío: C, Z y costaneras

Los perfiles conformados en frío se fabrican plegando bobinas de chapa de pequeño espesor, típicamente entre 1,5 y 6 mm. Son los reyes de la estructura secundaria: correas de cubierta, largueros de fachada y bastidores de tabiquería (steel framing). Los labios o rigidizadores de borde que ves en las C y Z no son decorativos. Estabilizan las alas, que de otro modo se abollarían con poca carga.

Su comportamiento es distinto al de los laminados, y por eso tienen normas propias: AISI S100 en el marco americano y EN 1993-1-3 en el europeo. En ellos pesan mucho el pandeo local de las paredes, el pandeo distorsional de la sección y la sensibilidad a la corrosión. Una pérdida de un milímetro por oxidación es irrelevante en un HEB, pero en una correa de 2 mm supone la mitad de su espesor. Las correas Z tienen una ventaja práctica: pueden solaparse sobre los apoyos y trabajar como vigas continuas. Todas necesitan tirantillas o tensores intermedios que las estabilicen frente a la succión del viento.

Perfiles armados y vigas alveolares

Cuando la luz o la carga superan lo que ofrecen los laminados, se recurre a perfiles armados: dos alas y un alma de placas soldadas, con el canto y los espesores exactos que pide el cálculo. Son habituales en puentes, vigas carril de gran capacidad y naves de pórticos de alma variable, donde el canto crece hacia los nudos siguiendo al momento flector. Las almas altas y delgadas exigen rigidizadores para evitar su abolladura.

Las vigas alveolares o celulares se obtienen cortando el alma de un laminado en zigzag o en arcos y volviéndola a soldar desplazada. Así se aumenta el canto sin añadir acero y quedan huecos para el paso de instalaciones. La segunda generación del Eurocódigo 3 incorpora una parte específica, EN 1993-1-13, para vigas con grandes aberturas en el alma.

Cómo se lee un perfil: dimensiones, ejes y designación

Todas las tablas de perfiles usan las mismas variables: canto h, ancho b, espesor de alma tw, espesor de ala tf y radio de acuerdo r. De ellas se derivan el área A, las inercias, los módulos resistentes elástico y plástico y los radios de giro en ambos ejes. Tres recomendaciones para leerlas sin errores:

• Verifica la convención de ejes. El Eurocódigo llama y-y al eje fuerte y z-z al débil. AISC llama x-x al fuerte e y-y al débil. Con Iy puede estar hablándose de ejes distintos según el catálogo o el programa.
• No confundas canto nominal con canto real. En un HEA 200 el canto es de 190 mm, y en perfiles W el número es solo aproximado.
• Estima el peso con el área. Multiplicando el área en cm² por 0,785 obtienes el peso en kg/m, que sirve para verificar tablas, presupuestos o metrados.

Cómo elegir perfiles de acero para cada elemento

La elección de perfiles de acero depende sobre todo del tipo de esfuerzo dominante y de la dirección en que el elemento está arriostrado. La figura 3 lo muestra con dos perfiles de peso casi idéntico:

El IPE 360 pesa un 7 % menos que el HEB 200 y, sin embargo, tiene casi tres veces su inercia en el eje fuerte y un 59 % más de módulo resistente. Como viga, controlará mejor la flecha y la tensión con menos acero. El HEB 200, en cambio, tiene un radio de giro en el eje débil un 34 % mayor. Como columna, pandeará más tarde alrededor de ese eje, que suele ser el crítico. La regla práctica que se deduce es sencilla: canto para flexión, ancho para compresión.

Además del esfuerzo, conviene considerar otros criterios:

• Arriostramiento lateral: una viga IPE con la losa conectada al ala superior está protegida frente al pandeo lateral-torsional. La misma viga sin nada que la sujete puede perder gran parte de su capacidad.
• Uniones: las alas paralelas y las superficies planas simplifican los detalles. Las secciones con alas inclinadas o cerradas los encarecen.
• Protección: los tubos tienen menos superficie que pintar y proteger del fuego, pero requieren cuidado con la corrosión interior.
• Disponibilidad y costo total: un perfil óptimo en el papel pero importado bajo pedido puede costar más, y retrasar más, que uno algo más pesado disponible en el almacén local. En muchos mercados latinoamericanos, los tubos y los conformados en frío son de producción local y los IPE, HEB y W se importan. Consulta el catálogo del proveedor antes de cerrar el diseño.
• Número de piezas: en acero, la mano de obra de uniones pesa tanto como el kilo de material. A veces un perfil más pesado que ahorra una unión es la solución más barata.

Las propiedades mecánicas de cada grado de acero con que se fabrican estos perfiles (A36, A572, A992, S275, S355) se explican en acero estructural: tipos y propiedades. Cómo se verifican según AISC 360 se ve en diseño de estructuras metálicas.

Normas de los perfiles de acero

Errores frecuentes al especificar perfiles de acero

• Usar una tabla de propiedades con la convención de ejes equivocada e introducir en el programa la inercia débil como si fuera la fuerte.
• Calcular un tubo A500 con el espesor nominal en lugar del espesor de diseño reducido que exige AISC 360.
• Verificar el pandeo de un ángulo con el radio de giro de un eje paralelo al ala, cuando manda el eje principal mínimo.
• Tratar una correa conformada en frío como si fuera un laminado, ignorando el pandeo local y el distorsional.
• Especificar un perfil que el mercado local no ofrece, lo que obliga a sustituirlo en obra por otro «equivalente» que nadie recalcula.
• Olvidar el sentido del perfil en los planos, especialmente en canales y ángulos, donde girarlo cambia su comportamiento.

Recursos relacionados en IngeCivil

• Planilla Excel con dimensiones y propiedades de perfiles AISC. Está basada en la 13.ª edición del manual; para proyectos nuevos, contrasta los valores con la base de datos de perfiles vigente de AISC.
• Información sobre vigas de acero
• Cercha metálica: tipos, partes y diseño
• Nave industrial metálica
• Tipos de estructuras metálicas
• Estructura metálica vs hormigón
• Ventajas y desventajas de las estructuras metálicas

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre un perfil IPE y un HEB?

El IPE tiene alas estrechas (aproximadamente la mitad del canto) y es muy eficiente como viga a flexión. El HEB tiene alas tan anchas como su canto (hasta 300 mm), inercias más equilibradas en ambos ejes y mayor peso. Por eso es la opción habitual para columnas y vigas muy cargadas con poco canto disponible.

¿Qué diferencia hay entre IPE e IPN?

El IPN es la serie antigua, con la cara interior de las alas inclinada. A igual canto pesa más y rinde algo menos, y sus alas inclinadas complican las uniones atornilladas. El IPE, de alas paralelas, lo ha sustituido en la obra nueva.

¿Qué significa HEA, HEB y HEM?

Son tres series de perfiles de ala ancha con el mismo número nominal pero distinto espesor. HEA es la ligera, con un canto real algo menor que el nominal. HEB es la serie de referencia. HEM es la pesada, con más canto y espesores mucho mayores.

¿Cómo se calcula el peso de un perfil de acero por metro?

Multiplicando su área de sección en cm² por 0,785, lo que corresponde a una densidad de 7850 kg/m³. Por ejemplo, un IPE 200 con 28,5 cm² pesa 22,4 kg/m.

¿Qué equivalencia hay entre perfiles W americanos y perfiles europeos?

No hay una equivalencia exacta, porque las series tienen dimensiones distintas. Los W de ala estrecha se parecen a los IPE y los W de ala ancha a los HE. Para sustituir un perfil por otro hay que comparar las propiedades que gobiernan el diseño (inercias, módulos y radios de giro) y recalcular, nunca cambiarlo solo por el canto.

¿Qué perfil es mejor para una columna?

Uno con radio de giro alto en ambos ejes: perfiles de ala ancha (HEB, HEA, W de ala ancha) o tubos cuadrados y circulares. Un IPE usado como columna suele pandear pronto alrededor de su eje débil, salvo que esté arriostrado en esa dirección.

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Esta guía está pensada para ingenieros, arquitectos y estudiantes que quieren entender las estructuras de acero de forma completa y ordenada. Explica cómo funcionan, de qué están hechas, cómo se diseñan según AISC 360, cómo fallan, qué riesgos reales tienen y cómo se llevan del plano a la obra. Cada tema se desarrolla en profundidad en un artículo específico del clúster, enlazado en su sección.

En pocas palabras: una estructura metálica es un sistema de barras y placas de acero, unidas con pernos o soldadura, que lleva las cargas hasta la cimentación. Su diseño se controla por tres familias de verificaciones: resistencia del material, estabilidad (pandeo) y servicio (flechas y vibraciones). La mayoría de los problemas reales no vienen de la resistencia, sino de la estabilidad, las uniones y la protección.

Qué es una estructura metálica

Una estructura metálica es aquella cuyos elementos resistentes principales son de metal, en la práctica casi siempre acero estructural. El aluminio y el acero inoxidable también se usan, pero en nichos concretos (estructuras ligeras, ambientes muy agresivos o fachadas), con normas propias.

Toda estructura, de cualquier material, debe cumplir tres condiciones: resistencia (no romperse), estabilidad (no volcar ni pandear) y rigidez (no deformarse más de lo tolerable). En acero, las tres pesan por igual, y la segunda suele ser la más exigente. Como el material es tan resistente, los elementos resultan esbeltos, y un elemento esbelto tiende a inestabilizarse antes de agotar su resistencia.

Cómo funciona: el recorrido de las cargas

Entender una estructura metálica es entender el camino que siguen las cargas. Tomemos el caso más común, una nave de pórticos:

• Cerramiento (cubierta y fachadas): recibe directamente el peso propio, la sobrecarga de uso o mantenimiento, el granizo o la nieve y el viento.
• Estructura secundaria (correas y largueros): perfiles ligeros, a menudo conformados en frío, que recogen la carga del cerramiento y la llevan a los pórticos.
• Estructura principal (pórticos, vigas y columnas): resiste las cargas gravitatorias y, en su plano, las horizontales. Las cartelas refuerzan el nudo columna–dintel, donde el momento es máximo.
• Arriostramientos: cruces de barras o cables que dan estabilidad en la dirección en la que los pórticos no trabajan (la longitudinal), y en el plano de cubierta.
• Placas base, pernos de anclaje y cimentación: transmiten al terreno las fuerzas verticales, horizontales y, si la base es empotrada, los momentos.

Idea clave: una estructura metálica sin arriostramiento en alguna dirección es un mecanismo. Los pórticos rígidos son estables en su plano, pero en el perpendicular dependen de las cruces de arriostramiento. Olvidarlas, o no instalarlas a tiempo durante el montaje, es una de las causas clásicas de colapso.

El material: acero estructural

El acero estructural es una aleación de hierro con bajo contenido de carbono (en torno al 0,25 % como máximo en los grados comunes) y pequeñas adiciones de manganeso, silicio y, en los aceros de alta resistencia, microaleantes como niobio o vanadio. Sus propiedades clave para el diseño son casi constantes entre grados:

Lo que sí cambia entre grados es la tensión de fluencia (fy) y la resistencia última (fu). La figura 2 muestra por qué el acero es a la vez resistente y dúctil: tras la zona elástica aparece una meseta de fluencia y luego un endurecimiento por deformación. Esa reserva le permite deformarse mucho y avisar antes de romper.

Los grados, su composición, la tenacidad y cómo verificar un certificado de calidad se desarrollan en acero estructural: tipos y propiedades.

Error frecuente: pensar que cambiar a un acero de mayor grado resuelve un problema de flechas o de pandeo. No lo hace, porque ambos dependen del módulo E y de la geometría, no de fy. Un acero de alta resistencia solo rinde cuando el elemento está controlado por resistencia.

Perfiles y secciones

El acero llega a la obra en forma de perfiles y placas. Conocer sus familias es imprescindible para leer un plano y para elegir secciones eficientes:

• Perfiles laminados en caliente: doble T de ala estrecha (IPE, W) para vigas; de ala ancha (HEA, HEB, W robustos) para columnas; IPN; canales UPN; ángulos; barras.
• Perfiles armados o soldados: fabricados con placas cuando ningún laminado cumple, típicos en vigas de gran canto y pórticos de alma variable.
• Perfiles tubulares (HSS): secciones circulares, cuadradas o rectangulares, muy eficientes a compresión y torsión, y de estética limpia.
• Perfiles conformados en frío: C, Z y costaneras de chapa delgada, habituales en correas y largueros. Se diseñan con su propia norma (AISI S100), porque su comportamiento está dominado por el pandeo local.

Las dimensiones, las propiedades geométricas y cómo elegir entre ellos se detallan en perfiles de acero estructural. Si necesitas una base de datos de perfiles americanos, puedes usar la planilla Excel de dimensiones y propiedades de perfiles AISC.

Sistemas estructurales más usados

La forma de organizar las barras define cómo resiste la estructura las cargas horizontales, que casi siempre son las que dimensionan el sistema:

La clasificación completa, con ejemplos y criterios de elección, está en tipos de estructuras metálicas. Dos tipologías tienen artículo propio por su importancia práctica: las cerchas metálicas y la nave industrial metálica.

Las uniones: donde se juega la estructura

Una estructura metálica es tan buena como sus uniones. Allí se concentran las tensiones, se acumulan los errores de fabricación y se decide si un nudo se comporta como articulado o como rígido. Hay dos grandes tecnologías:

• Uniones atornilladas: pernos de alta resistencia (grados ASTM F3125, antes A325 y A490) que pueden trabajar por aplastamiento o, si el deslizamiento es inadmisible, por fricción con pretensado controlado. Son rápidas en obra y fáciles de inspeccionar.
• Uniones soldadas: soldaduras de filete o de penetración con electrodos compatibles con el acero base (por ejemplo, E70XX). Son continuas y rígidas, pero su calidad depende del soldador, del procedimiento y de la inspección, idealmente según AWS D1.1.

La regla práctica es soldar en taller y atornillar en obra, porque las condiciones controladas del taller dan mejores soldaduras. Todo el detalle está en uniones en estructuras metálicas.

Lección histórica: en el terremoto de Northridge (California, 1994) se detectaron fracturas frágiles en numerosas uniones soldadas viga–columna de pórticos resistentes a momento, que hasta entonces se consideraban muy dúctiles. De ahí nacieron las uniones precalificadas y las exigencias actuales de tenacidad de soldaduras en zonas sísmicas. Una unión mal concebida puede anular la ductilidad del acero.

Cómo se diseña: AISC 360 y el Eurocódigo 3

En América, y como referencia de hecho en gran parte de Latinoamérica, el diseño de estructuras de acero se basa en la especificación ANSI/AISC 360. La edición vigente es la AISC 360-22, que reemplazó a la de 2016. AISC ya trabaja en la siguiente edición, prevista como 2027. En tu país, la norma aplicable la fijan el reglamento nacional y los pliegos del contrato; en proyectos con financiamiento multilateral suele especificarse de forma expresa.

AISC 360 admite dos formatos de diseño equivalentes:

• LRFD (diseño por factores de carga y resistencia): las cargas se mayoran con factores de carga y la resistencia nominal se reduce con un factor φ. La resistencia requerida mayorada no debe superar φ·Rn.
• ASD (diseño por resistencias admisibles): se usan cargas de servicio combinadas, y la resistencia nominal se divide por un factor de seguridad Ω. La resistencia requerida no debe superar Rn/Ω.

Por ejemplo, para la fluencia de un elemento en tracción, AISC 360 usa φ = 0,90 en LRFD y Ω = 1,67 en ASD. Para la rotura en la sección neta usa φ = 0,75 y Ω = 2,00. La comparación completa, con ejemplos resueltos, está en diseño de estructuras metálicas: LRFD vs ASD.

La especificación se organiza por tipo de solicitación: requisitos de estabilidad y análisis (capítulo C, con el método de análisis directo), tracción (D), compresión (E), flexión (F), cortante (G), esfuerzos combinados (H), uniones (J) y servicio (L). También incluye capítulos de fabricación y montaje (M) y de control y aseguramiento de la calidad (N), y un apéndice dedicado al diseño frente a incendio. Las acciones y sus combinaciones no están en AISC 360, sino en la norma de cargas (en EE. UU., ASCE 7). Si la estructura debe disipar energía ante sismo, se añade la AISC 341, de disposiciones sísmicas.

En Europa rige el Eurocódigo 3 (EN 1993), que está en plena transición. La segunda generación (EN 1993-1-1:2022) ya está disponible, los países deben publicarla a más tardar el 30 de septiembre de 2027 y la primera generación se retira el 30 de marzo de 2028. Entre los cambios, amplía el alcance hasta aceros S700 y revisa las reglas de estabilidad. Conceptualmente, el Eurocódigo 3 es un método de estados límite equivalente al LRFD, pero clasifica las secciones en cuatro clases (1 a 4) según su capacidad de plastificar, en lugar de las categorías compacta, no compacta y esbelta de AISC.

Nota normativa: no mezcles normas dentro de un mismo cálculo. Los factores φ de AISC están calibrados con las combinaciones de ASCE 7, y los coeficientes γM del Eurocódigo con las de EN 1990. Tomar la resistencia de una norma y las cargas de otra rompe la calibración de seguridad.

Cómo falla un elemento de acero: los estados límite

Diseñar en acero consiste en demostrar que ninguno de los modos de falla posibles se alcanza. La figura 3 resume los principales:

Resistencia del material

En tracción se verifican dos modos: la fluencia de la sección bruta, que produce alargamientos excesivos, y la rotura de la sección neta, debilitada por los agujeros. En uniones aparecen además el aplastamiento en agujeros, el desgarro en bloque y el corte de pernos y soldaduras.

Estabilidad

Es el capítulo que más distingue al acero. Una columna esbelta pandea con una carga muy inferior a la de fluencia. Una viga sin arriostramiento lateral sufre pandeo lateral-torsional: el ala comprimida se desplaza de costado y la sección gira. Las placas delgadas de alas y almas pueden abollarse localmente. Por eso AISC limita las relaciones ancho/espesor y exige considerar los efectos de segundo orden y las imperfecciones en el análisis global.

Servicio

Una estructura puede ser perfectamente segura y aun así inutilizable si tiene flechas que agrietan tabiques, vibraciones que molestan a los usuarios de un entrepiso o desplazamientos laterales que dañan fachadas. Los límites de flecha habituales van de L/240 a L/360 según el uso y el acabado, y los entrepisos ligeros de acero merecen una verificación específica de vibraciones.

Riesgos y limitaciones reales

Las ventajas del acero son conocidas: ligereza, rapidez, precisión y capacidad para grandes luces. Una guía honesta debe detenerse también en sus debilidades, porque son las que causan patologías y siniestros. El balance completo está en ventajas y desventajas de las estructuras metálicas.

Fuego

El acero no arde, pero pierde resistencia y rigidez con la temperatura mucho antes de fundirse. A 600 °C conserva menos de la mitad de su límite elástico (figura 4). Un incendio normalizado alcanza temperaturas de gases de ese orden en pocos minutos, así que una estructura sin protección puede fallar rápido. Las soluciones son pinturas intumescentes, morteros proyectados, placas de protección o el sobredimensionamiento verificado por cálculo.

Corrosión

El acero al carbono se oxida en presencia de humedad y oxígeno, y el proceso se acelera con cloruros (ambiente marino) o contaminantes industriales. La protección se elige según la categoría de corrosividad del ambiente (de C1, interior seco, a CX, extrema, según ISO 12944) y la durabilidad buscada. Las opciones son sistemas de pintura, galvanizado en caliente o ambos (sistema dúplex). Los puntos débiles están siempre en los detalles: rincones que acumulan agua, bases de columnas enterradas, uniones sin sellar y soldaduras de obra sin retocar.

Pandeo y montaje

La esbeltez que hace eficiente al acero lo hace vulnerable durante el montaje, cuando aún faltan arriostramientos, correas o la losa que estabiliza las vigas. Muchos colapsos ocurren en esa fase y no en servicio. Un procedimiento de montaje con arriostramientos provisionales y secuencia definida es parte del proyecto, no un detalle del contratista.

Fatiga y fractura frágil

En elementos sometidos a cargas repetidas, como vigas carril de puentes grúa, puentes o soportes de maquinaria, pueden aparecer grietas por fatiga en detalles soldados, aunque las tensiones estén muy por debajo de fy. La tenacidad del acero y de las soldaduras (ensayo Charpy), sobre todo a baja temperatura y en espesores grandes, controla el riesgo de fractura frágil.

Dependencia de la calidad de ejecución

Una soldadura con falta de fusión, un perno sin el apriete especificado o una placa base mal nivelada invalidan hipótesis del cálculo. El acero exige planos de taller revisados, soldadores calificados e inspección documentada.

Estructura metálica o de hormigón

La elección entre acero y hormigón armado no tiene una respuesta universal. El acero gana cuando pesan la rapidez, las grandes luces, el peso propio bajo (suelos pobres, ampliaciones sobre estructuras existentes) o la posibilidad de desmontar y reutilizar. El hormigón gana en resistencia al fuego sin protección adicional, masa y rigidez, durabilidad en ciertos ambientes y costo en países donde el acero es importado y la mano de obra de hormigón abunda. Muchas veces la mejor solución es mixta.

El análisis comparativo por criterios (costo, plazo, sismo, fuego, mantenimiento y sostenibilidad) está en estructura metálica vs hormigón.

Del proyecto a la obra: fabricación y montaje

Una estructura metálica recorre un ciclo más industrial que una de hormigón:

1. Ingeniería básica y de detalle: definición de cargas, modelo, dimensionamiento y diseño de uniones.
2. Planos de taller: cada pieza con cotas, agujeros, soldaduras y marcas de montaje. Deben ser revisados por el proyectista.
3. Fabricación: corte, perforación, armado, soldadura en taller y control dimensional.
4. Protección: preparación de superficie (chorreado), pintura o galvanizado.
5. Transporte: las piezas se limitan por las dimensiones y pesos transportables, lo que condiciona dónde van las uniones de obra.
6. Montaje: izado con grúa, aplomado, arriostramiento provisional, apriete de pernos y soldaduras de obra.
7. Inspección y recepción: ensayos no destructivos de soldaduras, verificación de aprietes y retoques de protección.

Puedes ver una descripción práctica de la secuencia de obra en el proceso constructivo de estructuras metálicas, y un ejemplo de especificaciones de materiales en las normas técnicas para estructuras metálicas.

Consejo de obra: los pernos de anclaje se colocan antes del hormigonado de la cimentación y son la primera interfaz entre dos contratistas distintos. Un error de replanteo de pocos centímetros obliga a cortar, perforar o soldar en obra. Exige una plantilla de posicionamiento y verifica cotas antes de hormigonar.

Normas y documentos de referencia

Si buscas material de estudio complementario, en IngeCivil tienes los apuntes de estructuras metálicas en PDF, basados en la normativa española.

Mapa de esta serie sobre estructuras metálicas

• Perfiles de acero estructural: IPE, HEB, IPN, UPN, tubos y ángulos
• Estructura metálica vs hormigón: cuál elegir
• Nave industrial metálica: diseño y componentes
• Ventajas y desventajas de las estructuras metálicas
• Tipos de estructuras metálicas
• Acero estructural: tipos y propiedades (A36, A572, A992)
• Cercha metálica: tipos, partes y diseño
• Uniones en estructuras metálicas: atornilladas y soldadas
• Diseño de estructuras metálicas: LRFD vs ASD según AISC 360

Preguntas frecuentes

¿Qué es una estructura metálica?

Es un sistema estructural cuyos elementos resistentes principales, como columnas, vigas, cerchas y arriostramientos, son de metal, casi siempre acero estructural. Estos elementos se unen con pernos o soldadura y transmiten las cargas hasta la cimentación.

¿Qué norma se usa para diseñar estructuras metálicas?

En América y en buena parte de Latinoamérica, la referencia es ANSI/AISC 360, cuya edición vigente es la de 2022, complementada con AISC 341 en zonas sísmicas. En Europa se usa el Eurocódigo 3, en transición a su segunda generación hasta marzo de 2028. Siempre prevalece lo que exijan el reglamento nacional y el contrato.

¿Qué acero se usa en estructuras metálicas?

Los más comunes en el marco ASTM son el A36 (fy de 250 MPa), el A572 grado 50 y el A992 (fy de 345 MPa). En el marco europeo, S275 y S355. Todos tienen el mismo módulo de elasticidad, 200 000 MPa.

¿Una estructura metálica resiste un incendio?

No de forma fiable sin protección. El acero no arde, pero hacia los 600 °C conserva menos de la mitad de su límite elástico. Por eso se protege con pinturas intumescentes, morteros proyectados o placas, o se justifica su resistencia al fuego por cálculo.

¿Cuánto dura una estructura metálica?

Una estructura bien diseñada, protegida y mantenida puede durar tanto como una de hormigón. La vida de la protección anticorrosiva es otra cosa: según ISO 12944, los sistemas de pintura se clasifican por durabilidad, de menos de 7 años hasta más de 25. El mantenimiento periódico de la protección es parte del costo real.

¿Las estructuras metálicas se comportan bien ante sismos?

Sí, si se diseñan para ello. La ductilidad del acero y su bajo peso reducen las fuerzas sísmicas y permiten disipar energía. Pero ese buen comportamiento depende de detalles de unión y de sistemas diseñados con criterios sísmicos, como los de AISC 341. Una unión frágil anula la ventaja del material.

¿Es más barata una estructura metálica que una de hormigón?

Depende del proyecto y del mercado local. El acero suele salir más caro por kilo de material, pero reduce plazos, cimentaciones y mano de obra en obra. En naves y grandes luces suele ser más competitivo; en edificios de vivienda de poca luz, el hormigón suele ganar. La comparación debe hacerse con costo total y plazo.

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Hablar de las ventajas y desventajas de las estructuras metálicas suele reducirse a dos listas: «es rápida y ligera» frente a «se oxida y no resiste el fuego». La realidad técnica es más útil. Cada ventaja del acero se cumple solo bajo ciertas condiciones, y cada desventaja tiene medidas de control conocidas, normalizadas y con un costo que se puede estimar. Entender ambas cosas es lo que permite decidir con criterio cuándo conviene una estructura metálica y cómo proyectarla para que sus puntos débiles no se conviertan en patologías.

Si buscas una visión general del sistema (componentes, material, diseño y montaje), empieza por la guía de estructuras metálicas. Aquí nos centramos en el balance: qué gana y qué arriesga un proyecto al elegir acero.

Resumen: las ventajas principales del acero son su alta resistencia por peso, su ductilidad, su rapidez de montaje, su capacidad para grandes luces, su calidad industrial, su flexibilidad para modificarse y su reciclabilidad. Sus desventajas son la pérdida de resistencia con el fuego, la corrosión, la sensibilidad al pandeo, la fatiga, las vibraciones y una fuerte dependencia de la calidad de ejecución. Ninguna de estas desventajas impide usar acero; todas obligan a diseñar, especificar y mantener bien.

Ventajas de las estructuras metálicas

Alta resistencia por unidad de peso

El acero estructural tiene un límite elástico de 250 a 345 MPa en los grados habituales y pesa 7850 kg/m³. Resiste unas diez veces más que un hormigón corriente pesando solo tres veces más. El resultado son elementos esbeltos y estructuras ligeras. Por ejemplo, una columna HEB 200 y una de hormigón armado de 35 x 35 cm con capacidad similar pesan 61 y unos 304 kg/m respectivamente, como se detalla en la comparación estructura metálica vs hormigón. Menos peso significa cimentaciones más pequeñas y menores fuerzas sísmicas.

Cuándo deja de ser ventaja: cuando el elemento es tan esbelto que lo gobiernan el pandeo, la flecha o la vibración y no la resistencia. En ese caso sobra resistencia y falta rigidez, y un acero de mayor grado no ayuda, porque todos tienen el mismo módulo de elasticidad.

Ductilidad: el acero avisa antes de romper

Después de la fluencia, el acero se deforma mucho antes de romperse: los grados estructurales admiten alargamientos del orden del 20 %. Esa ductilidad permite redistribuir esfuerzos, da señales visibles (deformaciones) antes del colapso y es la base del buen comportamiento sísmico, porque la estructura disipa energía deformándose plásticamente.

Condición: la ductilidad del material no garantiza la de la estructura. Las secciones deben ser compactas para no abollarse antes de plastificar, y las uniones deben ser más resistentes que los elementos que unen. En zona sísmica, los sistemas se proyectan con las disposiciones específicas de AISC 341.

Construcción rápida y en seco

La estructura se fabrica en taller mientras en obra se ejecutan las cimentaciones. El montaje no requiere encofrados, apuntalamientos prolongados ni tiempos de curado, y apenas usa agua. Esto reduce el tiempo de ocupación de la obra, la dependencia del clima y las molestias en zonas urbanas.

Condición: la ingeniería de detalle, los planos de taller y el suministro de material deben planificarse desde el inicio. Si no, el plazo que se gana en obra se pierde esperando al taller.

Grandes luces y espacios libres

Con pórticos, cerchas y vigas armadas, el acero cubre con naturalidad de 20 a 60 m sin apoyos intermedios. Por eso domina en naves, hangares, coliseos, mercados y estaciones. La nave industrial metálica es el ejemplo más claro.

Calidad industrial y material certificado

Los perfiles y placas se fabrican bajo normas de producto (ASTM o EN) con propiedades garantizadas y certificado de calidad de la acería. Las piezas se cortan, perforan y sueldan en taller con tolerancias de milímetros. Frente a un material fabricado en obra, la dispersión de calidad es mucho menor.

Condición: hay que exigir y revisar los certificados, verificar que el grado recibido es el especificado y controlar las soldaduras y los aprietes. La calidad industrial existe si se controla.

Flexibilidad para modificar, ampliar y reforzar

Una estructura metálica admite con relativa facilidad nuevas aberturas, refuerzos de vigas, entreplantas o ampliaciones en altura, porque se puede atornillar o soldar acero nuevo al existente. En hormigón, las mismas intervenciones son lentas, costosas y a menudo destructivas.

Reutilización y reciclaje

El acero se recicla sin perder sus propiedades mecánicas, y una estructura atornillada puede desmontarse y montarse en otro lugar. Es una ventaja real, aunque hay que matizarla: producir acero nuevo consume mucha energía, y su huella depende de la ruta de fabricación y del contenido reciclado. La comparación ambiental seria se hace con las declaraciones ambientales de producto de cada proyecto.

Desventajas de las estructuras metálicas y cómo se controlan

Pérdida de resistencia con el fuego

El acero no arde, pero con la temperatura pierde resistencia y rigidez: hacia los 600 °C conserva menos de la mitad de su límite elástico. Un incendio desarrollado alcanza esas temperaturas en minutos, y una estructura sin protección puede colapsar antes de que termine la evacuación o actúen los bomberos.

Control: la protección pasiva (pinturas intumescentes, morteros proyectados, placas), el diseño por cálculo según el apéndice de incendio de AISC 360-22 o la parte 1-2 del Eurocódigo 3, o soluciones mixtas como los tubos rellenos de hormigón. Los perfiles robustos se calientan más despacio que los delgados, porque exponen menos superficie por unidad de volumen. Costo: la protección contra incendio puede representar una parte apreciable del costo de la estructura, y hay que incluirla desde el presupuesto.

Corrosión

El acero al carbono se oxida en presencia de humedad y oxígeno. Los cloruros y los contaminantes industriales aceleran mucho el proceso. La velocidad depende del ambiente, y la norma ISO 12944-2 lo clasifica en seis categorías de corrosividad:

En un ambiente C2 (rural, o una nave sin calefacción), el acero desnudo pierde como máximo 25 µm de espesor en el primer año. En uno C5 (costa con alta salinidad o industria agresiva) puede perder hasta 200 µm. En perfiles laminados gruesos eso tarda en ser crítico, pero en una correa conformada en frío de 2 mm no.

Control: un sistema de pintura o galvanizado elegido para la categoría de corrosividad y la durabilidad buscada. Según ISO 12944-1, la durabilidad es baja si llega hasta 7 años, media de 7 a 15, alta de 15 a 25 y muy alta si supera los 25. Esa durabilidad es el plazo hasta el primer mantenimiento mayor, no una garantía. También se controla con detalles que no acumulen agua, con el sellado de perfiles cerrados, con la protección de las bases de columnas y evitando el contacto directo con otros metales, como el aluminio o el cobre, que provoca corrosión galvánica. Costo: el repintado periódico forma parte del costo de vida útil y debe presupuestarse.

Sensibilidad al pandeo y a la inestabilidad

Los elementos de acero son esbeltos, y la inestabilidad (pandeo de columnas, pandeo lateral-torsional de vigas, abolladura de placas) aparece a menudo antes que la falla por resistencia. Además, la estructura completa depende de sus arriostramientos para ser estable.

Control: un análisis que considere los efectos de segundo orden y las imperfecciones (el método de análisis directo del capítulo C de AISC 360-22), arriostramientos bien definidos, y un procedimiento de montaje con arriostramiento provisional. Muchos colapsos ocurren durante el montaje, cuando la estructura aún no está completa.

Fatiga bajo cargas repetidas

En elementos sometidos a millones de ciclos de carga, como vigas carril de puentes grúa, puentes y soportes de maquinaria vibrante, pueden aparecer grietas en detalles soldados aunque las tensiones estén muy por debajo del límite elástico.

Control: diseño específico a fatiga (apéndice 3 de AISC 360-22), elección de detalles de buena categoría, y control de calidad e inspección de las soldaduras. La fatiga es un tema de diseño, no una razón para descartar el acero: la mayoría de los puentes y caminos de rodadura del mundo son de acero.

Vibraciones, acústica y puentes térmicos

Los entrepisos de acero son ligeros y pueden vibrar de forma molesta al caminar, aunque sean perfectamente resistentes. También transmiten el ruido de impacto. Y como el acero conduce muy bien el calor, los elementos que atraviesan la envolvente forman puentes térmicos que favorecen pérdidas de energía y condensaciones.

Control: verificación dinámica de entrepisos, losas de hormigón sobre chapa colaborante que aportan masa, y detalles de envolvente con rotura de puente térmico.

Fractura frágil

A baja temperatura y en espesores grandes, algunos aceros y soldaduras pueden fracturarse de forma frágil, sin la deformación previa que caracteriza al material. El riesgo aumenta con concentraciones de tensión y defectos de soldadura.

Control: especificar tenacidad mínima (ensayo Charpy) cuando las condiciones lo exigen, y usar procedimientos de soldadura calificados. En estructuras convencionales con espesores moderados y temperaturas templadas, el riesgo es bajo.

Dependencia de la ejecución y de mano de obra especializada

Una soldadura con falta de fusión, un perno sin el apriete especificado o un perno de anclaje mal replanteado invalidan hipótesis del cálculo. El acero exige planos de taller revisados, soldadores calificados (por ejemplo, según AWS D1.1), inspección documentada y, en muchos mercados, mano de obra que no siempre está disponible.

Control: un plan de control y aseguramiento de la calidad (capítulo N de AISC 360-22), la calificación de soldadores y procedimientos, y una inspección independiente en uniones críticas. Las técnicas de unión se explican en uniones en estructuras metálicas.

Costo del material y volatilidad de precios

El precio del acero varía con los mercados internacionales, y en países donde los perfiles se importan dependen también del tipo de cambio y de los plazos de suministro. Un presupuesto cerrado con precios de hace meses puede quedar desfasado.

Control: comparar el costo total y no solo el del material, prever fórmulas de reajuste en contratos largos, y confirmar la disponibilidad de perfiles antes de cerrar el diseño. Los tipos y su disponibilidad se tratan en perfiles de acero.

Resumen: cada desventaja con su control

Mitos frecuentes sobre las estructuras metálicas

Parte de la confusión sobre las ventajas y desventajas de las estructuras metálicas viene de ideas repetidas durante años que la práctica actual ya ha superado.

• «No se debe usar en atmósfera agresiva». Falso. Puertos, plantas químicas y plataformas marinas se construyen en acero. Lo que exige el ambiente agresivo es un sistema de protección para categoría C5 o CX y un plan de mantenimiento.
• «No es recomendable ante acciones dinámicas». Falso. Los puentes, las vigas carril y los soportes de maquinaria son habitualmente de acero. Las acciones dinámicas exigen diseño a fatiga y verificación de vibraciones, no cambiar de material.
• «Arde en un incendio». A medias. No arde, pero pierde resistencia. Donde la normativa exige resistencia al fuego, hay que protegerlo o justificarlo por cálculo.
• «Siempre es más cara». Depende. El material suele costar más por unidad de capacidad que el hormigón, pero ahorra cimentación, plazo y encofrados. La comparación válida es la de costo total.
• «Dura poco porque se oxida». Falso. Una estructura metálica dura lo que dure su protección. La Torre Eiffel, terminada en 1889, sigue en servicio gracias a su repintado periódico.
• «Es mejor ante sismos, sin más». A medias. Es dúctil y ligera, pero en el sismo de Northridge (1994) se fracturaron numerosas uniones soldadas que se creían dúctiles. El comportamiento sísmico depende del detallado.

Cuándo conviene una estructura metálica y cuándo no

Con el balance de ventajas y desventajas de las estructuras metálicas, estos son los casos en los que el acero suele ser la mejor opción y aquellos en los que conviene pensarlo dos veces.

La elección entre acero y hormigón en cada caso se analiza en detalle en estructura metálica vs hormigón. Las formas estructurales que puede adoptar el acero se describen en tipos de estructuras metálicas.

Sigue aprendiendo

• Estructuras metálicas: guía completa
• Acero estructural: tipos y propiedades
• Diseño de estructuras metálicas: LRFD vs ASD
• Proceso constructivo de estructuras metálicas
• Normas técnicas para estructuras metálicas
• Apuntes de estructuras metálicas (PDF)

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la principal ventaja de las estructuras metálicas?

Su alta resistencia por unidad de peso. Permite elementos esbeltos, luces grandes, cimentaciones menores y montaje rápido. De ella se derivan casi todas las demás ventajas prácticas.

¿Cuál es la principal desventaja de las estructuras metálicas?

Su comportamiento frente al fuego y la corrosión, que obligan a protegerlas. Desde el punto de vista del diseño, la sensibilidad al pandeo es igual de importante, porque exige un buen sistema de arriostramiento y un montaje controlado.

¿Cuánto dura una estructura metálica?

Tanto como una de hormigón si se protege y se mantiene. La vida del sistema de pintura según ISO 12944 va de menos de 7 años a más de 25, según el sistema elegido. Al final de ese plazo se hace el mantenimiento, y la estructura sigue en servicio.

¿Se puede usar acero en zonas costeras o industriales agresivas?

Sí, con una protección diseñada para la categoría de corrosividad del lugar (C4, C5 o CX), habitualmente galvanizado y pintura, y con un plan de inspección y mantenimiento. Si no habrá mantenimiento, conviene evaluar otras soluciones.

¿Las estructuras metálicas son seguras ante sismos?

Sí, cuando se diseñan con criterios sísmicos. Su ductilidad y su bajo peso son favorables, pero las uniones y el pandeo local deben diseñarse para permitir que la estructura disipe energía sin fracturas. En sistemas que resisten sismo se aplican las disposiciones sísmicas de AISC 341.

¿Es más barata una estructura metálica?

No siempre. Suele serlo en naves, grandes luces y obras con plazo crítico. En edificaciones pequeñas de luces cortas, sobre todo donde los perfiles se importan, el hormigón suele ser más económico. Hay que comparar el costo total, incluidos cimentación, protección, plazo y mantenimiento.

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¿Cuál es el Proceso Constructivo de Estructuras Metálicas?

Básicamente podemos mencionar las siguientes etapas:

Etapa 1: Fundaciones

1. Se realizan estudios de suelos que permiten saber cuál será el tipo de fundación se utilizará, sea directa o pilotes.
2. Abertura de los huecos respectivos en donde se colocará la fundación.
3. Una vez armada la fundación que se va a colocar, se vacía el concreto.
4. De la fundación saldrán cuatro (4) anclajes, sobre estos habrá una plancha sostenida por cuatro tuercas previamente niveladas.
5. Cada uno de los perfiles de las columnas tendrá soldados en su parte inferior una plancha. Las columnas se fija a la fundación por medio de los cuatro anclajes, en cada uno de ellos se enroscan cuatro tuercas hasta llegar al torque debido.
6. Se colocan las columnas en diferentes sentidos, es decir, en un sentido que se vea la parte frontal del alma y en el otro que se vea el ala, esto permitirá absorber el “momento” y disminuir las posibilidades de que la estructura se mueva.
7. Una vez colocadas la columnas se continua con las vigas de carga y antisísmicas.

Etapa 2: Conexiones de Vigas de Carga y Sísmicas

1. Se procede a colocar las vigas de cargas, después se colocan las vigas sísmicas, para ello se arma la estructura desde abajo hacia arriba.
2. Cuando la viga vaya unida al alma de la columna, a esta debe soldarse un perfil de menor tamaño que pueda pasar entre las alas de esta, en el otro extremo del perfil irá soldada un plancha que es en donde estará la unión a la viga, dicha unión será por medio de pernos.
3. Las vigas sísmicas van conectadas a las vigas de carga y estas a su vez van conectadas a las columnas.

Toma en Cuenta Estas Consideraciones

Las vigas de cargas son de mayor tamaño que las sísmicas ya que su función principal es soportar las respectivas cargas para transmitirla a las columnas y estas a su vez a las fundaciones.

La plancha que va soldada a la viga de carga posee ocho aberturas y, por lo tanto, también la plancha que va soldada a la columna debe poseer las mismas aberturas. Estas deben estar ubicadas a la misma distancia para que así pueda entrar fácilmente el perno a las dos planchas sin ningún obstáculo. Este hecho permite para que el perno tenga gran resistencia al corte.

Estos pernos que se utilizan son SAE ya que tiene una forma muy específica. En ambos extremos son roscados, luego posee en su parte central una cierta longitud con superficie lisa. Esta superficie lisa es donde van a unirse las dos planchas.

A las vigas de carga también llevan soldada una plancha de menor longitud que las que van a empernarse con la columna. En esta plancha de menor tamaño van empernadas las vigas sísmicas.

Las vigas sísmicas son de menor tamaño que las de carga ya que su principal función es resistir a los vientos o grandes masas de aire que lleguen a la zona donde se encuentra la estructura. Las vigas sísmicas van conectadas a las vigas de carga y estas a su vez van conectadas a las columnas.

Etapa 3: Escaleras

1. Colocación de las columnas de la escalera, conectándolas a las planchas de fundación. Se fijan y atornillan.
2. Se fijan las vigas a las columnas, de abajo hacia arriba.
3. Encofra todo lo que es pasillo para permitir el paso de los obreros de un lado al otro.
4. Se hacen las fundaciones especiales para colocar las planchas que va a ir empernada a las zancas. Estas zancas son perfiles longitudinales conectados al descanso de la escalera.
5. Se sueldan las pletinas a las zancas, y sobre estas pletinas van soldados los marcos de los escalones, que es formado por cuatro ángulos de 50 mm.  Estos son encofrados y se coloca una parrilla de 3/8″ a cada 15 cm.
6. Luego se agrega el concreto.
7. Es recomendable colocar las barandas a lo último para evitar que se rompa o doble durante el proceso de construcción.

Estos son solo algunos pasos del sistema constructivo de las estructuras metálicas, te invitamos a seguir aprendiendo del maravilloso mundo de la Ingeniería Civil. Compartimos estos Apuntes de Ingeniería Civil: Estructuras Metálicas.

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Acero Estructural

Los grados del acero estructural, aprobados para ser usados serán los cubiertos por las especificaciones correspondientes de las Normas ASTM y COVENIN-MINDUR 1618 “Estructuras de Acero para Edificaciones, Proyecto, fabricación y Construcción”.

Todo el material, sin excepción, a ser empleado en la fabricación de miembros de acero deberá ser nuevo y estar acorde con la calidad indicada en los planos del proyecto.

Constituirá evidencia suficiente de la calidad de acero a emplear, los informes certificados de ensayo de fabricación del acero, informes certificados de los ensayos ejecutados por LA CONTRATISTA o de un laboratorio designado para tal fin, previamente aprobado por La Inspección de la Obra, de acuerdo en un todo con la especificación ASTM A6 O A568, según sea aplicable.

Las planchas, barras y los perfiles estructurales a ser utilizado en la fabricación de estructuras de acero deberán estar de acuerdo en un todo con lo indicado en los planos, especificaciones del proyecto y con la especificación ASTM A36, con una resistencia mínima admisible a la cedencia fy=2530 Kgf/cm2 y a la rotura fu= 4080 Kgf/cm2.

En caso de que no se encuentre disponible en el mercado local un acero que cumpla con especificación ASTM A36 LA CONTRATISTA podrá adoptar, previa autorización del REPRESENTANTE DE OBRA, un material equivalente de conformidad con los códigos venezolanos.

Pernos y Tuercas

Bajo este título se especifica la calidad de los conectores de acero a ser colocados de acuerdo con lo indicado en los planos de proyectos, en las diferentes uniones de los elementos que componen una estructura metálica.

Los pernos estructurales deberán ser de alta resistencia, seguir las especificaciones ASTM A325 “High Strength Bolts For Structural Steel Joins, Includin Suitable Nuts an plain Hardened Washers”, o ASTM A490 “ Quenched and Tempered Alloy Steel Bolts for Structural Steel Joints” y galvanizados según ASTM A153. No se permitirá el uso de pernos ASTM A490 en ambientes altamente corrosivos.

A menos que se especifique otra cosa, todas las tuercas y arandelas utilizados con los requerimientos de las especificaciones ASTM A194 o A563 y las arandelas a ASTM F436 O F959 en el caso de pernos A325, y ASTM F436 cuando se utilicen pernos A490 los pernos de anclaje y las tuercas de arandelas correspondientes deberán seguir las especificaciones ASTM A307 “Low-Carbón Steel Externally Threaded standard fasteners”, de diámetro no menor de 5/8”.

Los pernos comunes de acero para conectores de corte en construcción mixta de acero y concreto estarán de acuerdo a la norma AWS D1.1- Structural Welding Code, de la American welding Society y a la Norma COVENIN 1618

En todos los casos, salvo indicación diferente del REPRESENTANTE DE LA OBRA o de las especificaciones particulares del proyecto, la certificación de fabricante constituirá evidencia suficiente de conformidad con el código correspondiente.

Todas las juntas de campo, salvo los casos especiales indicados en los planos de proyecto, deberán ser empernadas.

Soldadura

Las soldaduras se realizaran solo en taller, salvo los casos especiales a realizarse en campo e indicados en los planos de proyecto, ya sea para la elaboración de perfiles soldados o para la unión de diferentes elementos que formen parte de la estructura, en cualquier caso cumplirá las indicaciones de AWS. D1.1 Structural Welding Code Steel.  

Los electrodos utilizados para soldadura manual con arco metálico protegido serán del tipo  E60 o E70, de acuerdo con lo especificado en el proyecto, y se ajustaran a los requerimientos de las especificaciones AWS A5.1”Especification  for Mild  Steel  Covered Arc-welding Electrodes “ y a la AWS A5.5 “ Specification for low-Alloy Steel Covered Arc-welding Electrodes”.

Para los casos en que se utilice el proceso de soldadura denominado “Arco Sumergido”, los electrodos descubiertos y el fundente se ajustarán, de acuerdo con lo indicado en el proyecto, a la clasificación F6X-EXXX de las especificaciones AWS A5.17 “Specification for Bare low – Alloy Steel electrodes a fluxes for submerged Arc Welding”.

No se permitirá el uso de alambres o electrodos de aporte que muestre señales de deterioro.  Todo el material deberá almacenarse y usarse siguiendo las recomendaciones del fabricante.

La certificación del fabricante del material de soldadura constituirá evidencia suficiente de la conformidad, de este material, con los códigos citados anteriormente.

Esperamos que la información les sea de utilidad, compartimos este Manual de diseño de estructuras metálicas.

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El acero se utiliza para el diseño y la instalación de vigas porque este material presenta ciertas características interesantes y útiles. Por ejemplo, el acero es isotrópico y es más resistente que la madera y el hormigón. Por otra parte, puede con la comprensión y la tracción y teniendo en cuenta su resistencia, pueden considerarse livianas.

Tipos de vigas de acero

Hay distintas maneras de fabricar un perfil de acero para usar en la construcción. En el caso de las vigas, según las prestaciones estructurales, se puede usar la mayoría de las formas de fabricación de perfiles que existen. Los perfiles hechos en frío de secciones y espesores por lo general no muy altas, pueden conseguir vigas eficientes ya sea en perfiles tubulares -de sección cuadrada o rectangular, o perfiles abiertos como perfiles tipo U o de canales atiesadas.

Las vigas de acero laminadas son muy útiles y hay una amplia gama de opciones, por ejemplo están las vigas UPN, UPE, IPE, HEA y HE.

Cuando los perfiles laminados no cumplen las exigencias estructurales de algún proyecto, se crean perfiles específicos en talleres usando planchas especiales. Estas vigas de acero soldadas permiten diseñar y crear los perfiles más adecuados para los requerimientos del proyecto de cálculo estructural. Estas se crean en base a uniones soldadas hechas en  condiciones controladas de los talleres, asegurando uniones perfectas.

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En estos apuntes de estructuras metálicas desarrollan los siguientes puntos:

TEMA 0. EL ACERO EN LA CONSTRUCCIÓN.

• Los metales en la construcción.
• Ventajas e inconvenientes de las construcciones metálicas y de hormigón.
• Materiales metálicos.
• El acero estructural.
• Proceso de fabricación del acero.
• Tipos de aceros para estructuras.
• Tipos de productos siderúrgicos y características.
• Procesos básicos de la fabricación y montaje en taller.

TEMA 1. ENSAYOS ELEMENTALES.

• Efecto Bauschinger
• Resiliencia: Ensayo en Péndulo Charpy
• Factores que favorecen la rotura frágil
• Tensiones residuales por enfriamiento

TEMA 2. CRITERIOS DE PLASTIFICACIÓN.

• Criterio de Von Mises-Hencky.

TEMA 3. BASES DE CÁLCULO.

• Seguridad Estructural (normativa española).
• Idealización de la estructura.
• Métodos de cálculo.
• Clases de sección.
• Imperfecciones.

TEMA 4. PIEZAS A FLEXIÓN EN TEORÍA LINEAL.

• Tensión Tangencial en Sección Abierta.
• Cálculo de flechas.

TEMA 5. PIEZAS SOMETIDAS A TORSIÓN.

• Torsión Uniforme en Secciones Macizas.
• Método de Timoshenko.

TEMA 6. RESISTENCIA DE LAS SECCIONES.

• Tracción.
• Cortante.
• Compresión.
• Flexión.
• Torsión.
• Interacción de esfuerzos en secciones.

TEMA 7. COMPRESIÓN.

• Longitud de pandeo.
• Piezas compostas.

TEMA 8. PANDEO LATERAL.

• Pandeo Lateral en CTE.
• Pandeo a Torsión.

TEMA 9. RESISTENCIA DE LAS BARRAS.

• Compresión.
• Flexión.
• Interacción entre esfuerzos.

TEMA 10. ABOLLADURA DEL ALMA EN PIEZAS DELGADAS.

• Abolladura del alma por cortante CTE.
• Cargas concentradas.

TEMA 11. UNIONES.

• Clasificación de las uniones.
• Rigidez de las uniones.
• Uniones apernadas (Roscadas)
• Funcionamiento resistente de la unión.
• Comprobaciones.
• Cálculo de esfuerzos.
• Soldaduras a tope.
• Soldaduras en ángulo.

TEMA 12. NAVES INDUSTRIALES.

• Tipología.
• Elementos estructurales.
• Estabilidad horizontal.

TEMA 13. CONSTRUCCIÓN MIXTA.

Esperamos que estos apuntes de estructuras metálicas les sean de utilidad, no olviden dejar sus comentarios… Saludos a toda la comunidad de Ingeniería Civil.

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(1) Cabe mencionar, que las barras y sus respectivos nodos forman figuras triangulares.

¿Cuáles son las partes que forman una cercha?

Par o Cuerda Superior:

Pueden ser una o dos piezas que están inclinadas que forman en conjunto las aguas de la armadura – cercha.

Tirante o Cuerda inferior:

Es la pieza horizontal de una cercha encargada de soportar y transferir las cargas a los apoyos, esta pieza une el extremo inferior de los pares o cuerdas superiores impidiendo su separación.

Pendolón:

Es el elemento vertical que une el punto de la cumbrera con otro punto del tirante (cuerda inferior), evitando que este se pandee.

Diagonales o tornapuntas:

Es la pieza inclinada que tiene por función unir un punto del par (cuerda superior) con el tirante (cuerda inferior).

Montante:

Elemento vertical que une un punto del par (cuerda superior) con otro punto del tirante (cuerda interior).

Uniones o nodos:

Son los puntos donde se unen los elementos mencionados anteriormente, las uniones pueden ser ejecutadas de diferente manera, según el material y tipo de cercha.

Los elementos mencionados anteriormente en conjunto con los siguientes elementos, forman la estructura (armadura – cercha) que soportará la cubierta.

Cabios y correas:

Los cabios son elementos que van en la misma dirección que los pares (cuerdas superiores), estos transmiten las cargas a las correas (están apoyados sobre estas).

Las correas son elementos que van en dirección perpendicular a los pares, se apoyan y transmiten las cargas a estos.

Clasificación de las cerchas

Las cerchas se clasifican en los siguientes grupos:

– De acuerdo al material del que está construido

– Por su forma

– De acuerdo a la distribución de sus elementos

– Por las secciones que la componen

Estos últimos puntos serán desarrollados posteriormente y de manera individual, esperamos que la información relacionada con las partes que forman una cercha sea de utilidad para los ingenieros civiles y demás personas interesadas en el tema.

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