Coste de la construcción de estructuras metálicas en acero: Tipos, desglose y factores, Apuntes de Diseño de Redes

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Construcción

Instituto Técnico

de la Estructura

en Acero

I T E A

CONSTRUCCIÓN

I

III

Problema resuelto Nº: 4.1 (i) y (ii): Garantía de Calidad/Control

 - ÍNDICE DEL TOMO 

• Lección 4.1.1: Fabricación general de estructuras de acero I
  • 1 INTRODUCCIÓN
  • 2 TIPOS DE CONTRATO Y ORGANIZACIÓN
    • 2.1 General
    • 2.2 Procedimientos contractuales
    • 2.3 Plan..........................................................................................................
    • 2.4 Delineación
  • 3 PROCEDIMIENTOS DE FABRICACIÓN
    • 3.1 Organización del taller...........................................................................
    • 3.2 Manipulación y preparación de materiales
    • 3.3 Plantillas y marcaje
    • 3.4 Líneas de corte y perfiles laminados...................................................
    • 3.5 Taladrado y líneas de vigas...................................................................
    • 3.6 Cizallas, Guillotinas y Punzonado........................................................
    • 3.7 Oxicorte de chapa
    • 3.8 Prensado y conformado
    • 3.9 Métodos de soldeo.................................................................................
    • 3.10 Plan de soldeo y control de la distorsión............................................
    • 3.11 Misión del ingeniero soldador
    • 3.12 Producción en serie de vigas armadas
    • 3.13 Operaciones de mecanizado.................................................................
    • 3.14 Tolerancias de fabricación
    • 3.15 Premontaje en el taller...........................................................................
    • 3.16 Inspección y Control de Calidad
  • 4 RESUMEN FINAL
  • 5 BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL
• Lección 4.1.2: Fabricación general de Estructuras de Acero II
  • 1 INTRODUCCIÓN
  • 2 FACTORES ECONÓMICOS.............................................................................
    • 2.1 Material....................................................................................................
    • 2.2 Fabricación
    • 2.3 Protección de las estructuras de acero
    • 2.4 Transporte...............................................................................................
    • 2.5 Factores comerciales.............................................................................
  • 3 EJEMPLOS DE CÓMO SE MEJORA EL PROYECTO
  • 4 RESUMEN FINAL
  • 5 BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL
• Lección 4.2.1: Montaje I
  • 1 INTRODUCCIÓN
  • 2 ESPECIFICACIÓN TÉCNICA
  • 3 ORGANIZACIÓN DE LA OBRA
    • 3.1 Tareas principales en la obra................................................................
    • 3.2 Estimación de necesidades
    • 3.3 Instalaciones básicas y condiciones de la obra.................................
    • 3.4 Mano de obra directa
    • 3.5 Grúas, herramientas y otros equipos
  • 4 RESUMEN FINAL
  • 5 BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL
• Lección 4.2.2: MONTAJE II.......................................................................
  • 1 INTRODUCCIÓN
  • 2 PROCEDIMIENTOS DE MONTAJE
    • 2.1 Recepción, descarga y manipulación del material de construcción....
    • 2.2 Cimientos y placas de asiento (nivelado, medición, etc.)
    • 2.3 Armado y montaje..................................................................................
    • 2.4 Uniones atornilladas en la obra............................................................
      • 2.4.1 Tornillos ordinarios
      • 2.4.2 Tornillos de alta resistencia (HSFG).........................................
        • 2.4.2.1 Método de torsión regulada
        • 2.4.2.2 Método de giro parcial..................................................
        • 2.4.2.3 Indicadores de carga
        • 2.4.2.4 Colocación
  • 3 RESUMEN FINAL
  • 4 BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL
• Lección 4.2.3: Montaje III
  • 1 INTRODUCCIÓN
  • 2 UNIONES SOLDADAS EN OBRA...................................................................
  • 3 CONTROL DE CALIDAD
    • 3.1 Manual de garantía de calidad..............................................................
    • 3.2 Programa de control de calidad
    • 3.3 Programa de inspección........................................................................
  • 4 SEGURIDAD EN EL MONTAJE
  • 5 RESUMEN FINAL
  • 6 BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL
• Lección 4.3: Principios de soldadura
  • 1 INTRODUCCIÓN
  • 2 TIPOS DE UNIÓN
  • 3 MÉTODOS PARA HACER UNA UNIÓN SOLDADA
  • 4 ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LAS SOLDADURAS
  • 5 PREPARACIÓN DE BORDES PARA SOLDADURA A TOPE
  • 6 PROCEDIMIENTO DE SOLDEO
    • 6.1 Corriente
    • 6.2 Posición de la soldadura
    • 6.3 Medio ambiente
  • 7 RETRACCIÓN
  • 8 RESUMEN FINAL
  • 9 BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL
• Lección 4.4: Procesos de soldadura
  • 1 INTRODUCCIÓN-FUENTES DE CALOR Y MÉTODOS DE COBERTURA......
  • 2 SOLDEO MANUAL DE METALES AL ARCO.................................................
  • 3 SOLDEO DE METAL CON GAS NOBLE (MAG)
  • 4 SOLDEO CON ARCO SUMERGIDO (SAW)
  • 5 SOLDADURA DE CONECTORES...................................................................
  • 6 ELECCIÓN DEL PROCESO
  • 7 RESUMEN FINAL
  • 8 BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL
• Lección 4.5: Fabricación y montaje de edificios
  • 1 INTRODUCCIÓN-FABRICACIÓN
  • 2 ESTRUCTURA DEL COSTE
  • 3 RED DE PRODUCCIÓN...................................................................................
    • 3.1 Producción primaria y secundaria
    • 3.2 Organización del taller-Preparación del material................................
    • 3.3 Organización del taller-Montaje y acabado
  • 4 PROYECTO/ECONOMÍA DE LOS DETALLES
  • 5 GENERALIDADES-MONTAJE
    • 5.1 Planificación de la obra
    • 5.2 Organización de la obra
    • 5.3 Comienzo
    • 5.4 Operaciones............................................................................................
    • 5.5 Edificios de una planta
    • 5.6 Edificios de varias plantas
    • 5.7 Tiempo.....................................................................................................
    • 5.8 Seguridad................................................................................................
  • 6 RESUMEN FINAL
  • 7 BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL
• Lección 4.6: Inspección/Garantía de Calidad
  • 1 INTRODUCCIÓN Y DEFINICIONES................................................................
  • 2 OBJETIVOS......................................................................................................
  • 3 MÁRGENES DE SEGURIDAD
    • 3.1 Variaciones del proceso
    • 3.2 Grandes errores
  • 4 RESPONSABILIDADES
    • 4.1 Intervención
    • 4.2 Evolución mediante la experiencia
    • 4.3 Causas de los fallos y su prevención
    • 4.4 Programación
    • 4.5 Especialización.......................................................................................
    • 4.6 Registros
  • 5 TIPOS PRINCIPALES DE INSPECCIÓN.........................................................
    • 5.1 Proyecto
    • 5.2 Fabricación
  • 6 FASES DE LA INSPECCIÓN...........................................................................
    • DE ACEPTACIÓN............................................................................................. 7 MÉTODOS DE INSPECCIÓN, PROPÓSITO Y CRITERIOS
    • 7.1 Identificación
    • 7.2 Análisis químico.....................................................................................
    • 7.3 Ensayos mecánicos
    • 7.4 Análisis dimensional..............................................................................
  • 8 RESUMEN FINAL
  • 9 BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL - de Calidad de Calidad y Sistemas de Garantía
• 1 GARANTÍA DE CALIDAD/CONTROL DE CALIDAD......................................
  • 1.1 Propósito.................................................................................................
  • 1.2 Definiciones
  • 1.3 Responsabilidades.................................................................................
  • 1.4 Descripción.............................................................................................
    • 1.4.1 Sistemas de garantía de calidad...............................................
    • 1.4.2 Manual de garantía de calidad
    • 1.4.3 Procedimientos...........................................................................
    • 1.4.4 Subcontratistas y proveedores.................................................
    • 1.4.5 Auditorías de calidad
    • 1.4.6 Plan de calidad
      • por parte de la dirección 1.4.7 Sistema de garantía de calidad mediante análisis
  • 1.5 Referencias
• 2 SISTEMA DE GARANTÍA DE CALIDAD.........................................................
  • 2.1 Introducción............................................................................................
  • 2.2 Bases del sistema de calidad
  • 2.3 Programa de garantía de calidad..........................................................
  • 2.4 Manual de garantía de calidad..............................................................
  • 2.5 Procedimientos de Tabajo Generales
  • 2.6 Plan de calidad
  • 2.7 Procedimientos de Proyecto Específicos
  • 2.8 Definiciones
  • 2.9 Referencias
  • 2.10 Matriz de referencia de la ISO 9001......................................................
  • 2.11 Muestra del desglose de los Procedimientos de Trabajo Generales
  • DIAPOSITIVAS COMPLEMENTARIAS

ESDEP TOMO 4

CONSTRUCCIÓN

Lección 4.1.1: Fabricación general

de estructuras de acero I

1. INTRODUCCIÓN

El objeto de esta lección es dar a conocer los aspectos de la fabricación de estructuras de acero. Sólo se puede lograr que el proyecto de una estruc- tura de acero sea óptimo considerando su fabrica- ción y montaje al mismo tiempo que las necesida- des funcionales, arquitectónicas y estructurales.

Para reducir el coste total y producir un proyecto óptimo de la estructura de acero, impor- ta que las distintas especialidades que intervie- nen trabajen coordinadamente en forma de equi- po en todas las fases del proyecto.

El coste de fabricación no depende sólo de la fabricación misma, también influyen el alcance del contrato, el procedimiento de con- tratación y la organización. La mano de obra que interviene en la fabricación tiene gran efecto en los costes. Un buen proyecto se cen- tra en reducir la manipulación y preparación del material; se hace notar al respecto que en los procedimientos y secuencias de fabricación influye la protección superficial que requiere la obra de acero. También debe prestarse aten- ción cuidadosa a otros aspectos, como las características de los materiales, la distorsión y las tolerancias.

TIPOS DE CONTRATO Y ORGANIZACIÓN

2. TIPOS DE CONTRATO

Y ORGANIZACIÓN

2.1 General

El tipo de contrato y la organización depen- den mucho de la clase de obra, de la propiedad y del fabricante. Es práctica común que el contrato con la empresa de construcciones metálicas com- prenda la fabricación y montaje y la confección de los planos de detalle; esto favorece mucho la com- petencia, ya que en el coste de fabricación de una estructura de acero influye mucho la preocupación por el coste al resolver los detalles de ingeniería.

Las obras grandes, como rascacielos, puentes y estructuras marinas, suelen ser pro- yectadas por firmas consultoras de ingeniería especializada con un contrato aparte; sin embar- go, no es raro que el proyecto total de estructuras más comunes (pórticos, etc.) lo realice el fabri- cante bajo un contrato conjunto con la propiedad.

2.2 Procedimientos contractuales

Después de recibir el encargo y acordar las condiciones, se pasan copias de los docu- mentos principales a la oficina de proyectos. Estos documentos suelen ser los siguientes:

• Planos de ingeniería.
• Condiciones del contrato.
• Especificación técnica.
• Programa del contrato.

2.3 Plan

El buen fin de un contrato suele depender del cumplimiento con los requisitos del programa del proyecto; las desviaciones del programa pue- den tener efectos muy serios sobre el coste y los retrasos podrían perjudicar mucho a los otros ofi- cios participantes y posteriormente a la propiedad.

El programa se suele confeccionar en un formato de barras fundado en las técnicas de red, entre ellas el análisis de camino crítico.

Los elementos esenciales son:

• Secuencia de montaje;
• Compra de materiales a la acería;
• Elaboración de planos de taller;
• Preparación de los materiales;
• Fabricación;
• Armado;
• Tratamiento de protección;
• Entrega a pie de obra.

Todos los elementos se planean a plazos fijos y coordinados con las actuaciones paralelas de otros contratos que se realicen al mismo tiempo. Si el programa de montaje impone exi- gencias de trabajo en taller superiores a la capa- cidad del fabricante, se hace necesario subcon- tratar trabajos en conjunción con los requisitos de garantía y control de calidad (GC y CC).

2.4 Delineación

Únicamente se pueden confeccionar los planos con rapidez y economía si el ingeniero consultor proporciona toda la información preci- sa acerca de la geometría de la estructura, dimensiones de los elementos y los esfuerzos y momentos de las uniones. Sin la información oportuna, habrá retrasos muy caros, no solo en delineación de proyectos, sino en toda la cadena de producción. Las variaciones del proyecto una vez acabados los planos ocasionan gastos extra. Y peor aún, habrá más gastos extra si hay que modificar el trabajo ya realizado en el taller; las modificaciones hechas en obra suelen ser muy costosas, en particular si producen retrasos en el programa.

La delineación de los planos se divide en tres fases:

• Preparación y comienzo del trabajo.
• Dibujo de los detalles.
• Revisión de los planos.

El tiempo y dinero dedicado a la confec- ción de los planos depende mucho del grado de

3. PROCEDIMIENTOS

DE FABRICACIÓN

3.1 Organización del taller

Los fabricantes de estructuras van desde pequeñas empresas generalistas hasta grandes fábricas especializadas que disponen de distin- tos equipos. En todo caso, la fabricación debe organizarse siempre de modo que el material cir- cule por el taller en un solo sentido desde que entra hasta que sale (diapositiva 1). Un diagra- ma de circulación, como el de la diapositiva 2, muestra las principales actividades de un taller moderno; las actividades concretas de la fabri- cación de una estructura sencilla también se pueden organizar mediante un diagrama de cir- culación (diapositiva 3).

La mayor parte de los talleres están dota- dos de puentes grúas móviles, a veces con con- trol a distancia desde el suelo. En talleres gran- des son comunes los sistemas de cintas transportadoras. Se reducen así mucho los cos- tes de acarreo.

Se deben prever instalaciones especiales para almacenar materiales inflamables, e insta- larse tuberías para gas y oxígeno. Las áreas de soldadura requieren un elevado suministro de energía eléctrica y pantallas para proteger la vista contra la luz ultravioleta. Ciertas operacio- nes, como el desbastado mecánico y el corte por arco, causan mucho polvo y ruido. Por lo tanto,

PROCEDIMIENTOS DE FABRICACIÓN

Diapositiva 1

Diapositiva 2

Diapositiva 3

siempre que sea posible, deben separarse de las demás zonas de trabajo.

3.2 Manipulación y preparación

de materiales

El material se almacena temporalmente de modo que sea fácil identificarlo y moverlo. Algunas empresas apilan el material de modo que se facilite el acceso y traslado con grúas con cadenas y ganchos. En otras se maneja el mate- rial con mucha automatización, mediante grúas y transportadores de izado magnético; en la dia- positiva 4, por ejemplo, se ve una grúa móvil magnética Goliath capaz de izar chapas y perfi- les (la diapositiva 5 muestra una operación simi- lar). Los datos de dimensión, longitud, peso y calidad del acero perteneciente a una marca de identificación se registran por medios informáti- cos.

Si es necesario, se granalla el acero, ya sea a mano o mecánicamente. Algunas instala- ciones automatizadas pueden detectar las medi- das de los elementos. Puede seguir la pintura con pistola (a mano o automática), pero en fun- ción del programa de producción; por ejemplo, si hay que soldar, se debe pintar posteriormente.

3.3 Plantillas y marcaje

El acero se puede marcar directamente trazando a mano líneas de corte y ejes de tala-

dros; pero actualmente casi todos los talleres tie- nen máquinas automáticas programables. Tradicionalmente se hacían plantillas a tamaño natural de madera o cartón grueso para trazar las líneas de corte y los ejes de los taladros que debían hacerse en el acero.

A veces se producen piezas repetidas por medio de una plantilla de acero taladrada para evitar el desgaste. Aún se trabaja con plantillas, en especial para chapas y cartelas de unión pequeñas, pero las propias plantillas se trazan por métodos automáticos una vez trazados en la sala de dibujo con ordenador. Esta técnica redu- ce mucho el trabajo del trazador de plantillas tra- dicional.

3.4 Líneas de corte y perfiles laminados

Diapositiva 4

Diapositiva 5

Diapositiva 6

Existen unas brocas espirales nuevas, capaces de alcanzar mayores velocidades y ren- dimientos, a saber:

• Brocas refrigeradas que triplican la veloci- dad de perforación.
• Brocas forradas de nitruro de titanio que sextuplican la velocidad de perforación.
• Brocas con punta de carburo con velocida- des de perforación excepcionales.

3.6 Cizallas, Guillotinas

y Punzonado

Los perfiles pequeños de reducido espe- sor se pueden cortar con cizalla.

Las chapas de hasta 25 mm de espesor se pueden cortar con guillotina, pero la fuerte

presión de contacto de la hoja inferior suele deformar la chapa y por tanto sólo puede hacer- se si lo permite la especificación. Sin embargo, las punzonadoras modernas que funcionan a gran velocidad deforman menos el material.

Es mucho más rápido punzonar el acero que taladrarlo, y por lo tanto menos costoso; pero el punzonado se reduce generalmente a las estruc- turas de poco espesor con carga predominante- mente estática o elementos secundarios, salvo que las uniones sean con tornillería de alta resistencia o los taladros se escarien a mayor diámetro. El máximo espesor al que se puede aplicar el punzo- nado depende de la clase y calidad del material.

3.7 Oxicorte de chapa

El biselado y oxicorte de chapas es prác- tica general en muchos talleres. El oxígeno y el propano se suelen guardar a granel en depósi- tos exteriores y alimentan al taller por tuberías. El equipo para cortar a la llama va desde el soplete manual hasta multilanzas con control numérico (diapositiva 13). Para cortar chapas anchas se disponen varios cabezas a fin de ase- gurar la misma temperatura a cada lado, evitán- dose así la deformación. Se puede dotar incluso el tren de corte de tres sopletes para producir cantos con doble bisel.

Las máquinas de una sola cabeza pue- den operar dirigidas por un cabezal óptico, siguiendo un perfil trazado en papel a escala

Diapositiva 10

Diapositiva 11 Diapositiva 12

1:10 o tamaño natural. El perfilado lo suelen rea- lizar máquinas con control numérico que también pueden marcar la posición de los agujeros y estampar marcas de identificación.

Si no se considera esencial la precisión de los bordes, hay otros métodos con mayor velocidad de corte, como corte con plasma bajo agua o bajo polvo inerte. El corte con láser empieza a introdu- cirse, pero por ahora se reduce a chapas finas; no obstante, la poca precisión del borde resultante lo hace inadecuado para ciertas aplicaciones.

El fabricante debe estar al tanto de que el oxicorte siempre causa contracción, por las mis- mas razones que el soldeo.

El oxicorte simétrico de las chapas reduce la distorsión. El mecanizado de un solo lado pro- duce deformación debido la tensión residual.

3.8 Prensado y Conformado

Para el fabricante moderno, la aplicación más importante del prensado y conformado de chapas es aumentar la gama disponible de perfi- les laminados. Un buen ejemplo es la viga arte- sa trapezoidal con la que se rigidizan tableros de puente (diapositiva 14). Otro ejemplo son las secciones tubulares de dimensiones mayores que las normalizadas (diapositiva 15).

3.9 Métodos de soldeo

Son tres los procesos de soldeo más utili- zados en los talleres modernos:

• Soldeo manual con arco para piezas auxi- liares y ciertas soldaduras de perfiles y posicionales (diapositiva 16);

PROCEDIMIENTOS DE FABRICACIÓN

Diapositiva 13

Diapositiva 15

Diapositiva 14 Diapositiva 16

redactará una hoja con procedimientos para cada tipo de soldadura. También comprobará que el soldador está calificado según la norma exigida.

Igualmente debe supervisar los ensayos no destructivos (END) que se realicen por medios radiográficos, ultrasónicos, partículas magnéticas o líquidos penetrantes.

3.12 Producción en serie

de vigas armadas

Las vigas armadas soldadas son una manera de suplementar la gama de perfiles lami- nados existente. La secuencia de producción típica es como sigue:

• Las chapas para las vigas se ensayan con ensayos no destructivos por si hubiera hojas procedentes de la laminación u otros defectos; luego se oxicortan a la medida precisa y se chorrean con granalla.
• Las vigas se fijan firmemente en posición y se sueldan por puntos; sigue el soldeo con arco sumergido, moviéndose las cabezas por las líneas de soldadura (diapositivas 19 y 20). Los rigidizadores que hagan falta se sueldan por puntos y luego, generalmente, con soldadura MAG.

La soldadura simultánea de ambas alas reduce la distorsión.

3.13 Operaciones de mecanizado

Casi todos los talleres disponen de cepilla- doras, fresadoras radiales y máquinas para meca- nizar la superficie de la chapa (diapositiva 21).

Las asperezas de los bordes de la chapa, a menudo debidas al oxicorte, se suprimen cepi- llándolas.

Los bordes de las piezas se cepillan para conseguir una escuadra mejor que la que produce la sierra. El eje de la pieza se alinea con la cabeza de corte mediante métodos de rayo láser óptico.

Sólo es necesario mecanizar las superfi- cies de apoyo especiales, y a veces, la placa de asiento de los pilares sobre el forjado.

3.14 Tolerancias de fabricación

Los talleres modernos regulan con preci- sión las dimensiones de las piezas fabricadas y no tienen dificultad para cortar el material lamina- do a su tamaño. El mayor problema estriba en la inexactitud de los perfiles y planchas que sirve la

PROCEDIMIENTOS DE FABRICACIÓN

Diapositiva 20

Diapositiva 21

acería. Las Euronormas (EN) y las normas ISO establecen las tolerancias dimensionales de los perfiles, chapas y pletinas, perfiles huecos y angu- lares laminados. Las alas de los tramos de viga en los puntos de unión críticos se enderezan con plegadora. Como se ha dicho, reducir la distorsión debida a la soldadura es un factor importante para producir con precisión perfiles soldados.

Los detalles y las uniones han de proyec- tarse de modo que se respeten las tolerancias dentro de los límites de la buena ejecución. Se da un ejemplo en la diapositiva 22.

3.15 Premontaje en el taller

A veces es preciso comprobar las correc- tas dimensiones del producto premontando una parte de la estructura en el taller.

Es probable que lo requieran las partes de la estructura de un puente, en especial las desti-

nadas al extranjero, o que pertenezcan a instala- ciones complejas.

El premontaje es caro y debe evitarse si es posible incorporando al proyecto medios de ajus- te en obra y con perfecta control de las medidas.

3.16 Inspección y Control de Calidad

El control de calidad debe empezar en el proyecto y seguir durante la elaboración de los planos y el acopio de materiales; el manteni- miento de la calidad en todo el proceso de pro- ducción depende mucho de los detalles de fabri- cación y de los materiales que se acopien.

Los fabricantes grandes tienen un control de calidad propio que crea y mantiene un manual de Calidad describiendo el método de trabajo en todo el proceso de fabricación. El departamento de control de calidad se integra con la dirección del taller para asegurar que todos los trabajado- res poseen la formación que exige el trabajo y los soldadores la homologación para ejecutar los procedimientos de soldadura prescritos.

Es necesario realizar revisiones periódi- cas que aseguren que:

• Todos los materiales coinciden con los especi- ficados.
• Se examine el material por si hubiese hojas o defectos de laminación.
• Los electrodos de soldadura sean identificables.
• Los electrodos de soldar se almacenen en las condiciones exigidas.
• Se sigan los procedimiento de soldadura.
• Se inspeccionen las soldaduras mientras se ejecutan.
• Se han implantado procedimientos correctos para apretar los tornillos de alta resistencia
• Las marcas de identificación son claras y visibles.
• Todo el equipo se conserva en perfecto estado.

Debe mantenerse siempre un enlace estrecho entre el personal de control de calidad y el de delineación.

Diapositiva 22