Aplicaciones de tubos de acero en estructuras de acero modulares y prefabricadas

La construcción modular de acero pasó del piloto a la ejecución repetible, y los tubos de acero son el centro del cambio. Ligeros y de sección eficiente, ya sostienen unidades espaciales completas, no solo el esqueleto. La misma disciplina rige cada unión atornillada, desde los empalmes de módulos hasta las conexiones donde las juntas de brida fijan la estanqueidad.

Tres rutas técnicas para los módulos tubulares

Los datos de más de 40 proyectos de demostración terminados entre 2020 y 2025, con ensayos de las universidades de Tianjin y de Xi'an, apuntan a tres rutas. Se diferencian por la proporción que sale de fábrica como unidad acabada.

Nivel de elemento: tubos cuadrados rellenos

Un grupo de Tianjin desarrolló un sistema con columnas de tubo cuadrado relleno de hormigón. Dos tubos de 150 mm × 150 mm × 8 mm se unen con placas de empalme en una columna reticulada. El módulo de resistencia sube un 38 % y permite torres residenciales de 80 m sin columnas interiores.

Nivel de módulo: unidades tipo caja

En Hunan se trabaja con tablero principal más arriostramiento diagonal. Cada tablero de 3 m × 6 m es una celosía de acero con forjado compuesto que integra instalaciones, protección contra incendios y acabados fuera de obra, con más de 90 % de componente prefabricado. La elevación alcanza un piso por día.

Nivel de sistema: módulos ligeros integrados

Un proyecto de vivienda en alquiler público de la Universidad Agrícola de Hunan empleó 388 cajas de acero ligero de tubo cuadrado de 210 mm × 150 mm × 4 mm dentro de una estructura principal de acero. Altura: 34,2 m; plazo total reducido un 40 %.

• El nivel de elemento ofrece los vanos más amplios sin columnas interiores.
• El nivel de módulo da el mayor grado de industrialización, con instalaciones ya montadas.
• El nivel de sistema se inserta en una estructura de acero existente para vivienda media.

Uniones de los módulos y forjados

Los empalmes entre módulos deciden si la estructura prefabricada se comporta como monolítica, por lo que dominan los detalles atornillados, que eliminan la soldadura en obra. La misma lógica sirve cuando un módulo se conecta a la tubería de proceso mediante bridas de tubería.

Uniones con manguito y placas laterales

• Unión atornillada con manguito y brida: los ensayos cuasiestáticos de la Universidad de Xi'an en 2023 muestran que pasar el manguito de 10 mm a 14 mm eleva un 23 % la capacidad última. La ductilidad llega a μ = 4,7, suficiente para una deriva de 1/50 en un sismo poco frecuente de intensidad 8.
• Unión con placas laterales: una columna de 200 mm × 200 mm con pared de 6 mm se une por placas de 12 mm a pernos de alta resistencia 10.9S M20. La histéresis se mantiene completa y la rotura pasa de la soldadura a las rótulas plásticas en los extremos de viga.

Forjados compuestos y sistemas resistentes

• Forjado reutilizable: losa de encaje en W de 120 mm, un 25 % más ligera que las celosías tradicionales y reutilizable durante 50 ciclos, aplicada en 340 000 m² en Yunnan.
• Sistema lateral: una columna de pared con muros de corte de placa de acero alcanzó 1/85 de deriva entre plantas en un ensayo de tres plantas a escala real sobre mesa vibratoria a 0,4 g, igualando al hormigón armado con 48 kg/m² de acero.

Tubos de acero preparados para su envío desde el almacén.

Coste, plazo y carbono

La elevación de los módulos tipo caja lleva unos 15 minutos por unidad, y un hotel de 12 plantas se terminó en siete días, cerca de un 70 % más rápido que el hormigón in situ. En Hunan, la mano de obra bajó de 2,5 a 0,6 jornadas por metro cuadrado.

Nota: promedios de 2024 en CNY por metro cuadrado construido; son datos comparativos.

Según GB/T 51366-2019, el acero modular emite 350 kg de CO₂ por metro cuadrado, un 28 % menos que un pórtico de hormigón armado. Cuesta entre un 8 % y un 15 % más al inicio, pero entregar de 3 a 6 meses antes deja un retorno de 2,6 años contando el valor temporal del dinero.

Límites en obra y lo que viene

Tres límites condicionan la obra; cada uno tiene contramedida.

• Transporte y elevación: los módulos de más de 6 m requieren remolques de ejes hidráulicos y plataformas móviles, con radio de giro de 15 m como mínimo. Lo resuelven los módulos segmentados 2+1 con empalme atornillado.
• Rigidez de las uniones: las vigas de los módulos superior e inferior no trabajan compuestas. Una unión pasante de doble viga y doble columna sube la rigidez alrededor de un 35 %.
• Fuego y corrosión: los tubos expuestos necesitan 1,5 h de resistencia. Una manta de aerogel de 20 mm con yeso ignífugo de 9 mm cumple GB/T 9978-2008 y añade menos de 8 kg por metro cuadrado.

Vienen los tubos Q690 con hormigón de ultraalto rendimiento, que deberían reducir un 20 % las columnas en torres de 100 m, y la programación digital de fábrica, ya en 30 minutos por módulo. Desde 2025, Pekín y Shanghái exigen un 60 % de prefabricación en obra pública, y los sistemas de tubo cuadrado dominarán la vivienda rápida, hoteles y hospitales.

Preguntas frecuentes

¿Qué sección de tubo conviene para el marco de un módulo?

Los perfiles huecos cuadrados y rectangulares, porque sus caras planas simplifican los empalmes atornillados y la fijación de acabados. El espesor de pared lo marcan la inestabilidad local y el grupo de pernos; los ejemplos van de 4 mm a 8 mm.

¿Qué aceros se emplean en los módulos tubulares?

El Q460 para reducir el tamaño de las columnas y el Q690 en ensayo para módulos de gran altura. El hormigón de relleno llega a C80 en los ejemplos más altos.

¿Cómo se unen los módulos en obra?

Solo con pernos: una columna de 200 mm × 200 mm con pared de 6 mm, placas laterales de 12 mm y pernos 10.9S M20, sin soldadura en obra ni su inspección.

¿Cómo se protege del fuego a los tubos expuestos?

Con una manta de aerogel de 20 mm y yeso ignífugo de 9 mm, que dan 1,5 h según GB/T 9978-2008 con menos de 8 kg por metro cuadrado.