Principios Fundamentales para el Diseño Óptimo de Uniones Soldadas en Estructuras Metálicas

Consideraciones Esenciales en el Diseño de Uniones Soldadas

El diseño adecuado de las uniones soldadas es crucial para garantizar la integridad y durabilidad de cualquier estructura metálica. A continuación, se detallan las principales precauciones a tomar:

• Evitar la concentración de tensiones: Se deben prevenir situaciones como soldaduras provisionales en zonas inadecuadas, la presencia de esquinas agudas y cambios bruscos de sección.
• Permitir la dilatación y contracción: Es fundamental evitar el excesivo embridamiento para permitir que las piezas se dilaten y contraigan libremente debido a las variaciones térmicas.
• Geometría de los cordones: Evitar que coincidan tres cordones de soldadura en el mismo punto.
• Resistencia a la fatiga: Prevenir uniones soldadas que, en general, presenten baja resistencia a la fatiga.
• Superficies lisas: Evitar a toda costa entallas o irregularidades, tanto en el cordón de soldadura como en el metal base.
• Ubicación estratégica: No situar las soldaduras en zonas con altas concentraciones de tensiones.
• Desgarre laminar: Evitar situaciones que puedan inducir al desgarre laminar.
• Soldaduras intermitentes: Evitar soldaduras intermitentes si la estructura está sometida a altas tensiones cíclicas.

Una inspección adecuada durante la ejecución de la estructura ayudará significativamente a evitar fallos catastróficos.

Importancia del Correcto Diseño de la Unión

Las uniones soldadas son elementos determinantes en el rendimiento global de la estructura:

• Condicionan el comportamiento general de la estructura.
• Su calidad es difícil de conseguir y, a menudo, difícil de medir con precisión.
• Suelen estar ubicadas en zonas fuertemente solicitadas mecánicamente.
• Representan un coste fundamental en el precio final de la estructura.
• Pueden inducir tensiones y deformaciones no deseadas en el resto de la estructura.
• Muchos fallos estructurales se originan precisamente en estas zonas críticas.

Funciones Primordiales de una Junta Soldada

Una junta soldada debe cumplir con los siguientes requisitos funcionales:

1. Cumplir la función estructural solicitada (resistencia, estabilidad, etc.).
2. Definir si la conexión debe ser articulada o rígida, según se necesite en el diseño.
3. Asegurar que no se introduzcan concentradores de tensión en la estructura.
4. Permitir que la calidad conseguida pueda comprobarse fácilmente.
5. Poseer la resistencia y rigidez adecuadas para las cargas aplicadas.
6. Ser fácil de ejecutar y realizar con los menores costes posibles.

Recomendaciones Prácticas de Diseño

Para optimizar el proceso y el resultado final, se recomienda:

• Minimizar la soldadura: Esto implica una preparación de bordes adecuada, reducir sobreespesores innecesarios y seleccionar el proceso de soldadura más eficiente.
• Considerar la posición de soldeo durante la fase de diseño.
• Evitar concentraciones de tensión: prestar especial atención a evitar entallas, mordeduras o cualquier discontinuidad superficial.
• Transiciones suaves: Evitar la unión de espesores muy diferentes, procurando siempre realizar transiciones suaves entre ellos.
• Evaluar la facilidad de acceso para el proceso elegido y asegurar la libertad de movimientos necesaria para el soldador o el equipo automatizado.

Proceso de Cálculo de Uniones Soldadas

El procedimiento para el dimensionamiento de las uniones soldadas sigue una secuencia lógica:

1. Definir la concepción y el diseño general de la unión.
2. Calcular los esfuerzos que solicita la unión para obtener las tensiones resultantes en cada cordón.
3. Llevar a cabo la comparación de las tensiones obtenidas con los estados límite de comprobación aplicables.

Marco Normativo y Supuestos de Cálculo

Las uniones deben verificar los requisitos de ejecución, montaje y control establecidos en el Eurocódigo 3 (EC-3), específicamente en su parte 1-8, que aborda el diseño de uniones en las estructuras de acero.

Las piezas a unir deben ser de acero estructural soldable con un espesor mínimo de 4 mm.

Supuestos Fundamentales en el Cálculo

Además de la normativa, se deben considerar las siguientes simplificaciones y supuestos teóricos:

• Los cordones se suponen homogéneos, isótropos y elásticos.
• Las piezas conectadas se asumen lo suficientemente rígidas como para que las deformaciones asociadas resulten despreciables.
• No se considera la influencia de las tensiones residuales ni la asociada a la forma geométrica de los cordones.
• Se asume que el material de aportación presenta características mecánicas (límite elástico y tensión de rotura) no inferiores a las del metal base.
• Se supone que se han tomado las medidas oportunas para evitar riesgos de rotura frágil.