Las estructuras metálicas son un pilar de la construcción moderna gracias a su resistencia, versatilidad y capacidad de adaptarse a proyectos de toda escala. Desde viviendas y naves industriales hasta rascacielos y puentes, aportan seguridad, durabilidad y un diseño eficiente.
Continúa leyendo, pues en esta guía te explicamos qué tipos de estructuras metálicas existen, cuáles son los principales materiales que se emplean para su levantamiento y las normas que regulan su construcción, así como otros datos relevantes acerca de dichos elementos estructurales.
¿Qué son las estructuras metálicas y para qué sirven?
Las estructuras metálicas son sistemas constructivos formados principalmente por elementos de acero o, en algunos casos, de otros metales como aluminio, hierro fundido, titanio o aleaciones. Los sistemas estructurales de acero se fabrican a través de la unión de postes, columnas, vigas, cerchas y otros elementos configurados a partir de una variedad de perfiles de acero y láminas de distintos tipos.
Estos armazones aprovechan al máximo las propiedades del metal: alta resistencia mecánica, gran capacidad de carga, ligereza relativa, prefabricación, versatilidad en el diseño y adaptabilidad a diferentes usos.
A diferencia de los sistemas tradicionales (hormigón armado, mampostería, madera), las estructuras metálicas permiten alcanzar luces mayores, alturas superiores, plazos de ejecución más cortos y una flexibilidad arquitectónica más amplia.
Su función principal es servir como esqueleto que transmite las cargas (el propio peso de la edificación), además de resistir otros factores externos como el viento, sismos y nieve. La forma en la que este tipo de sistemas estructurales de acero logran soportar ante estos embates, es mediante la repartición del peso hacia los cimientos, garantizando la estabilidad, seguridad y durabilidad del conjunto.
Las estructuras de acero se implementan dentro del sector de la construcción, abarcando ramos industriales, comerciales, urbanos, públicos, de arquitectura e ingeniería, como por ejemplo en:
- Fábricas y naves industriales
- Bodegas y almacenes
- Plazas y locales comerciales
- Hoteles
- Edificios y viviendas
- Estaciones de transporte
- Hospitales
- Museos
- Torres eléctricas
- Puentes
Principales características de las estructuras metálicas
Las estructuras metálicas destacan en la construcción moderna por una serie de atributos que las hacen muy competitivas frente a otros sistemas. Entre sus características más importantes se encuentran:
- Resistencia y durabilidad: resisten cargas elevadas manteniendo su forma y propiedades mecánicas dentro de los límites admisibles de deformación.
- Flexibilidad de diseño: presentan formas funcionales y complejas, así como estructuras visualmente atractivas.
- Rapidez de montaje: los elementos prefabricados se ensamblan rápidamente en el sitio de obra, lo que agiliza el proceso.
- Rigidez y estabilidad: mantienen su configuración estructural bajo la acción de cargas, transfiriéndolas a los cimientos y evitando desplazamientos o deformaciones que alteren el comportamiento previsto en el diseño.
- Sostenibilidad: el acero y otros metales son materiales reciclables, lo que contribuye a la generación de proyectos más respetuosos con el medio ambiente.
- Bajo mantenimiento: requieren intervenciones mínimas durante su vida útil, lo que reduce significativamente los costos de conservación y operación a largo plazo.
- Versatilidad: pueden trabajar junto a otros materiales y sistemas, aparte de permitir la configuración de una variedad de construcciones dentro de diversos sectores.
Componentes de estructuras metálicas
Los componentes principales de las estructuras metálicas incluyen columnas, vigas, cerchas y contraventeos, que soportan cargas y brindan estabilidad. Además, para su estabilidad, es necesaria una cimentación, la cual ancla la estructura al suelo. Los componentes anteriores dan paso a la siguiente clasificación:
- Estructura principal: compuesta por elementos que estabilizan la edificación y soportan las cargas más importantes, como vigas y columnas.
- Estructura secundaria: componentes que dan soporte a fachadas y cubiertas, ubicados en la estructura principal, como largueros o correas.
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Tipos de estructuras metálicas según su diseño
Las estructuras metálicas pueden clasificarse según su geometría y función estructural, lo que determina su resistencia, aplicaciones y estética en proyectos arquitectónicos, de infraestructura pública e industriales. Esta clasificación permite entender cómo el acero y otros metales se adaptan a diferentes soluciones constructivas, desde edificios de gran altura hasta cubiertas ligeras o sistemas innovadores. Estos son los tipos de estructuras metálicas más representativos.
Estructuras metálicas entramadas
Son las más empleadas en todo tipo de construcciones, desde grandes edificios y naves industriales hasta estructuras metálicas para casas. Para su diseño, se requieren diversos elementos como vigas, pilares o columnas, que serán colocados de manera vertical u horizontal para el reparto de fuerzas que mantendrán en pie al armazón. Aun cuando requieren múltiples elementos, las estructuras entramadas son relativamente ligeras, lo que permite el levantamiento de edificaciones de gran altura, por ejemplo el Empire State Building, uno de los rascacielos más emblemáticos de la ciudad de Nueva York.
Estructuras trianguladas o reticulares
Sistemas metálicos a base de armaduras, cerchas o cabrillas de acero conformadas por perfiles que, conectados, generan patrones triangulares, lo que les confiere una gran rigidez y estabilidad. La triangulación es clave, dado que dicha configuración geométrica es indeformable, a diferencia de otras como la cuadrada.Las fuerzas se distribuyen eficientemente a través de la estructura, y los puntos donde los triángulos se conectan se llaman nudos. Son capaces de soportar grandes pesos y resistir las fuerzas de compresión y tensión. En términos más simples, reparten el trabajo de manera equitativa, lo que les otorga una gran capacidad de carga. Un ejemplo famoso de este sistema es la Torre Eiffel, levantada con acero pudelado que conforma estructuras metálicas atornilladas entre sí.
Estructuras metálicas abovedadas
Por lo general, se emplean como estructuras metálicas para techos. Se componen de bóvedas, cúpulas o arcos en su construcción; gracias a su diseño se logran cubrir claros muy amplios, además de posibilitar espacios para la ventilación e iluminación del recinto que cubrirán. El diseño abovedado permite equilibrar y repartir el peso de toda la estructura.
Estructuras laminares
Las estructuras metálicas laminares se caracterizan por ser relativamente delgadas y con diseños curvos, compuestas por hojas de metal unidas entre sí. Destaca su aplicación arquitectónica como estructuras metálicas para techos livianos o fachadas completas. Son eficientes, flexibles y estéticas. Al respecto, una edificación paradigmática es la famosa Ópera de Sídney, ubicada en Australia, la cual se distingue y destaca gracias a su forma tan particular.
Estructuras metálicas colgantes
Los sistemas estructurales de acero colgantes son aquellos que presentan cables o barras, también conocidas como tirantes, los cuales se unen a los soportes de la estructura, ya sean cimientos o pilares. Dichos cables son los encargados de soportar el peso estructural, además de brindar estabilidad.
Asimismo, los tirantes son los encargados de soportar la fuerza de tracción para mantener en pie a la estructura, por ello, los cables son fabricados con materiales de gran resistencia, como el acero. Entre las estructuras metálicas colgantes más famosas del mundo está el puente Golden Gate, ubicado en la ciudad de San Francisco, Estados Unidos. Otro referente es el puente del Cañón Huajiang, ubicado en China.
Estructuras geodésicas
Estas estructuras metálicas son poco comunes y presentan un diseño esférico o semiesférico, mismo que se forma de patrones triangulares que, a su vez, conforman rombos, hexágonos o pentágonos. El diseño de estructuras metálicas como estas ofrece gran estabilidad, ligereza y llamativo, por lo que puede tener tanto un uso estructural como decorativo, dependiendo de las especificaciones de cada proyecto. Un ejemplo de su aplicación fundamentalmente estética se encuentra en la Reunion Tower de Texas, en la cima del rascacielos.
Tabla comparativa de estructuras metálicas
Ahora que conoces los principales tipos de estructuras metálicas, en la siguiente tabla te compartimos una comparativa entre los mismos con la finalidad de que identifiques mejor sus principales características, aplicaciones y nivel relativo de carga.
| Tipo | Forma estructural | Uso principal | Nivel de carga | Ejemplos | |||||||||
| Entramadas | Esqueleto de ángulos rectos formado por vigas, columnas y refuerzos. | Edificios de múltiples pisos, naves industriales, casas modernas. | Medio a Alto | Torre Latinoamericana | |||||||||
| Trianguladas o Reticulares | Red de perfiles metálicos con patrones triangulares. | Cubiertas, torres, puentes, fachadas modernas. | Alto | Estadio Nacional de Pekín | |||||||||
| Abovedadas | Arqueada y cupular. | Cubiertas de amplios claros sin soportes intermedios. | Medio a Alto | Galleria Umberto I | |||||||||
| Laminares | Superficies generalmente planas, curvas y con relativa delgadez. | Cubiertas y fachadas arquitectónicas. | Medio (distribución superficial) | Palacio de los Deportes | |||||||||
| Colgantes | Sistemas de cables o tirantes anclados a mástiles o soportes. | Puentes, techos y otros elementos suspendidos. | Alto(soporta cargas grandes por tracción) | Puente de Brooklyn | |||||||||
| Geodésicas | Esférica o semiesférica con patrones triangulares que forman rombos, hexágonos o pentágonos. | Pabellones de exposición, cubiertas, fachadas, invernaderos y refugios | Medio a Alto (gran estabilidad) | Biosfera de Montréal | |||||||||
Perfiles más usados en estructuras metálicas
Además de las láminas, tanto los perfiles estructurales como los perfiles comerciales son elementos fundamentales en la construcción de estructuras metálicas, donde destaca el acero; dichos materiales aportan resistencia, rigidez y estabilidad a todo tipo de obras. Enseguida te hablamos de cada uno.
Perfiles estructurales
- Viga IPR: perfecta para estructuras industriales, puentes y edificios; su forma en “I” proporciona una alta capacidad de carga.
- Viga IPS: similar a la IPR pero con dimensiones distintas, se usa como soporte o refuerzo estructural.
- HSS: estructura hueca y relativamente ligera; ofrece una excelente relación entre resistencia y peso.
- Canal CPS: es utilizado como soporte y refuerzo; su forma de canal permite una buena distribución de esfuerzos.
- Monten: ideal para la configuración de vigas y columnas para cubiertas, entrepisos y estructuras ligeras; ofrece excelente resistencia y facilidad de instalación.
Perfiles comerciales
- PTR: producto de gran resistencia a la compresión y capacidad para distribuir adecuadamente cargas moderadas.
- Ángulo de acero: ideal para refuerzos, estructuras ligeras y uniones metálicas; combina ligereza y solidez.
- Solera de acero: empleada como soporte y refuerzo en estructuras ligeras; su forma plana permite múltiples usos.
- Cuadrado macizo: ofrece gran versatilidad en estructuras ligeras o cerramientos; este tipo de barra se puede encontrar con configuración retorcida e incluso redonda.
- Perfil Tubular: perfil cerrado y hueco con gran resistencia y ligereza para una variedad de aplicaciones ligeras.
- Tubería Cédula: fabricada con acero al carbón con o sin costura para la configuración de estructuras metálicas o sistemas de conducción, según sus especificaciones.
Diseño y cálculo de estructuras metálicas
El diseño y cálculo de estructuras metálicas es un proceso riguroso de ingeniería que asegura la estabilidad, resistencia y funcionalidad de una construcción. Inicia con la conceptualización arquitectónica y se formaliza mediante la aplicación de principios físicos y matemáticos, garantizando que la estructura soporte con seguridad todas las fuerzas a las que estará expuesta a lo largo de su vida útil.
Principios de diseño estructural
- Carga Muerta (D): es el peso propio de los elementos permanentes de la estructura y la edificación. Incluye el peso de las vigas, columnas, cubiertas, muros y revestimientos fijos. Es una carga estática y constante
- Carga Viva (L): es el peso variable y no permanente que se espera que la estructura soporte durante su uso. Incluye personas, mobiliario, equipos móviles y almacenamiento. Se especifica en las normas según el uso del edificio (residencial, oficina, almacenamiento).
- Seguridad: se garantiza al configurar la estructura para que su resistencia de diseño sea mayor que las cargas factorizadas (cargas amplificadas por coeficientes de seguridad para prever variaciones e imprecisiones). Los métodos comunes son el límite de fatiga, también conocido como Límite de Resistencia (LRFD), y el Esfuerzo Permisible (ASD).
Importancia del cálculo estructural
El cálculo estructural es crucial para el levantamiento de diversas estructuras metálicas, principalmente las de gran magnitud. En este sentido, a continuación te explicamos brevemente las razones más relevantes:
- Garantiza seguridad: determina con precisión las dimensiones de los elementos (columnas, vigas, refuerzos) para que no fallen por esfuerzo excesivo, pandeo o inestabilidad global.
- Optimiza el uso de material: permite utilizar solo la cantidad necesaria para la fabricación de estructuras metálicas, reduciendo costos y el impacto ambiental sin comprometer la resistencia.
- Asegura la funcionalidad: limita las deformaciones (flechas) y vibraciones de la estructura a niveles aceptables para el usuario, manteniendo la integridad de elementos no estructurales (como acabados y cerramientos).
- Cumplimiento normativo: es la evidencia técnica requerida por las autoridades para obtener permisos de construcción, demostrando el apego a las normativas de seguridad.
Software útil
La complejidad de las geometrías y las combinaciones de carga hacen indispensable el uso de software especializado para el análisis estructural. Estas herramientas modelan el comportamiento de la estructura bajo diversas condiciones. Aquí te compartimos algunas de ellas:
- SAP2000: ideal para análisis estático y dinámico de estructuras metálicas complejas.
- ETABS: amplio uso en diseño de edificios de acero y concreto, con análisis de carga sísmica y viento.
- STAAD: permite cálculos estructurales avanzados bajo distintas normas internacionales.
- Tekla Structures: enfocado en modelado de información de construcción (BIM, por sus siglas en inglés) para estructuras metálicas; ideal para prefabricación y montaje.
- AutoCAD: útil para la creación de planos, detalles y documentación técnica de estructuras.
Estos programas ayudan a sistematizar el proceso de diseño, reduciendo errores y mejorando la precisión en la fabricación y montaje de componentes metálicos.
Normativas internacionales y nacionales para estructuras metálicas
El diseño de estructuras metálicas se rige por normas técnicas internacionales y nacionales, mismas que garantizan la eficacia de diversos proyectos constructivos, regulando métodos de cálculo, límites de resistencia, procedimientos de soldadura y criterios de seguridad. Enseguida te hablamos de las más relevantes:
Normativas internacionales
- AISC 360: regula el diseño de estructuras de acero, bajo las especificaciones del American Institute of Steel Construction, referencia mundial en diseño de acero estructural.
- Eurocódigo 3: norma europea que regulan el diseño de estructuras de acero, enfocándose en estados límite de resistencia y servicio.
- AWS D1.1: norma de la American Welding Society sobre soldadura estructural en acero.
Normativas nacionales
- NTC de Construcción (CDMX): establece las especificaciones para diseño y construcción de estructuras metálicas dentro de la Ciudad de México.
Ventajas y desventajas de las estructuras metálicas
La aplicación de estructuras metálicas en la construcción moderna ofrece diferentes ventajas en cuanto a resistencia, rapidez y sostenibilidad, aunque también presenta algunos retos técnicos y de mantenimiento. Conocer ambos aspectos permite seleccionar el sistema estructural más adecuado para cada obra. Al respecto, ahora te presentamos una tabla donde comparamos tanto sus ventajas como limitaciones:
| Ventajas | Desventajas | ||||
| Alta resistencia y durabilidad | Requiere mantenimiento anticorrosivo | ||||
| Rapidez y facilidad de montaje | Pérdida de resistencia ante el fuego | ||||
| Versatilidad en el diseño arquitectónico | Mayor costo inicial | ||||
| Comportamiento sísmico favorable | Necesidad de aislamiento térmico y acústico | ||||
| 100 % reciclable y sostenible | Precisión crítica en fabricación y montaje | ||||
| Peso ligero y cimentaciones más económicas | Dependencia de protección superficial |
Preguntas frecuentes sobre estructuras metálicas
¿Qué diferencia hay entre una estructura metálica y una de acero?
Una estructura metálica es un término genérico que incluye todo tipo de estructuras de metal, mientras que una estructura de acero es un tipo específico de estructura metálica producida con dicha aleación.
¿Qué tipo de estructura metálica es mejor para techos livianos?
Las estructuras metálicas triangulares o reticulares son las más recomendadas para techos livianos, ya que combinan resistencia, ligereza y estabilidad, permitiendo cubrir grandes claros con poco material.
¿Cuánto cuesta una estructura metálica por m²?
El costo de una estructura metálica por metro cuadrado en México varía considerablemente, pero puede oscilar entre $600 y $1,800 MXN para estructuras simples, mientras que las estructuras más complejas para viviendas o edificios pueden costar entre $7,250 y $16,000 MXN o más. El precio exacto depende del tipo de proyecto, diseño, ubicación, materiales, acabados y mano de obra.
¿Cuánto tiempo dura una estructura metálica bien protegida?
Una estructura metálica bien protegida puede durar de 50 a 100 años, pero puede tener una vida útil todavía más larga de hasta 200 años para infraestructuras u otras aplicaciones de alta exigencia.
¿Qué norma regula el diseño y la fabricación de estructuras metálicas?
Las normas que rigen el diseño y la fabricación de estructuras metálicas dependen de la región, pero unas de las más importantes son la norma estadounidense AISC 360 en Estados Unidos, y la NTC de Construcción (CDMX) en México.
En conclusión, las estructuras metálicas son mucho más que el esqueleto de una construcción: son la unión entre resistencia, innovación y diseño inteligente. Gracias a sus múltiples configuraciones, permiten crear espacios amplios, seguros y visualmente impresionantes.
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