En Construcción.

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Verificación de Alineación y Nivelación de la Estructura: Control de Calidad Esencial en el Montaje de Estructuras Metálicas

La verificación de la alineación y nivelación de la estructura metálica es un aspecto crítico del control de calidad durante el montaje. Este proceso asegura que los elementos estructurales (columnas, vigas, diagonales, etc.) se ubiquen en la posición correcta, con la orientación y el plomo especificados en los planos de diseño, y que la estructura en su conjunto cumpla con las tolerancias geométricas establecidas. Una correcta alineación y nivelación es fundamental para garantizar la estabilidad, seguridad y funcionalidad de la estructura, así como para facilitar la instalación de otros elementos constructivos (cerramientos, fachadas, instalaciones, etc.) y cumplir con los requisitos estéticos del proyecto.

En Colombia, la Norma Sismo Resistente NSR-10, en su Título F (Estructuras Metálicas), establece requisitos generales para el montaje de estructuras metálicas, incluyendo la verificación de la alineación y el plomo. La NSR-10 no especifica tolerancias concretas para la alineación y nivelación, pero remite a normas internacionales reconocidas como la AISC 303 ("Code of Standard Practice for Steel Buildings and Bridges") del American Institute of Steel Construction (AISC), que sí proporciona tolerancias detalladas. También se pueden aplicar otras normas internacionales o las especificaciones del proyecto, siempre y cuando se cumplan con los requisitos mínimos de la NSR-10.

Una alineación y nivelación incorrectas pueden generar una serie de problemas, como:

• Problemas de estabilidad: Si las columnas no están perfectamente verticales (a plomo), pueden generarse momentos flectores adicionales que reduzcan la capacidad de carga de la estructura y aumenten el riesgo de pandeo.
• Problemas de ajuste con otros elementos: Si la estructura no está correctamente alineada y nivelada, puede ser difícil o imposible instalar correctamente los cerramientos, las fachadas, las ventanas, las puertas, las instalaciones y otros elementos constructivos.
• Problemas estéticos: Las desalineaciones y desniveles pueden ser visibles y afectar negativamente la apariencia final de la estructura.
• Sobrecargas en conexiones: Una mala alineación puede generar que las conexiones trabajen de forma incorrecta, concentrando tensiones.
• Problemas de funcionalidad: En algunos casos, las desalineaciones pueden afectar la funcionalidad de la estructura, por ejemplo, impidiendo el correcto funcionamiento de puertas, ventanas, equipos o maquinarias.
• Dificultades en futuras ampliaciones o modificaciones: Una estructura mal alineada puede dificultar futuras intervenciones.

El Proceso de Verificación de Alineación y Nivelación

El proceso de verificación de alineación y nivelación debe ser sistemático y documentado, e incluir las siguientes etapas:

1. Planificación de la Verificación

• Definir las tolerancias: Antes de iniciar el montaje, se deben definir claramente las tolerancias de alineación, plomo y nivelación permitidas para cada elemento y para la estructura en su conjunto, basándose en los planos de diseño, las normas aplicables (como la AISC 303) y los requisitos del proyecto.
• Elaborar un plan de verificación: Se debe elaborar un plan de verificación que especifique los elementos a verificar, la frecuencia de verificación (por ejemplo, por cada nivel, por cada tramo, por cada elemento), los métodos de verificación a utilizar (equipos topográficos, niveles, plomadas, láseres, etc.), los equipos e instrumentos necesarios, y los responsables de la verificación.
• Preparar la documentación: Se debe preparar la documentación necesaria para la verificación, como los planos de montaje, las especificaciones técnicas, las normas aplicables y los formatos de registro de verificación.
• Establecer puntos de control: Definir puntos de referencia fijos y estables, que se usarán como base para todas las mediciones.

2. Verificación de la Cimentación

• Nivelación de las placas base: Antes de iniciar el montaje de las columnas, se debe verificar que las placas base estén correctamente niveladas y que cumplan con las tolerancias especificadas. Se pueden utilizar niveles ópticos, estaciones totales o niveles láser para esta verificación. Si es necesario, se deben utilizar cuñas o mortero de nivelación para corregir cualquier desnivel.
• Alineación de los pernos de anclaje: Se debe verificar que los pernos de anclaje estén correctamente ubicados y alineados según los planos, para asegurar que las columnas se puedan instalar en la posición correcta.

3. Verificación durante el Montaje

• Plomo de las columnas: A medida que se montan las columnas, se debe verificar su plomo (verticalidad) en dos direcciones perpendiculares. Se pueden utilizar plomadas, niveles de burbuja, niveles láser o equipos topográficos (estación total, teodolito) para esta verificación. Las desviaciones del plomo deben corregirse inmediatamente, antes de continuar con el montaje.
• Alineación de las vigas: Se debe verificar la alineación horizontal de las vigas, tanto en planta como en elevación. Se pueden utilizar niveles láser, estaciones totales o cuerdas tensadas para esta verificación.
• Nivelación de las vigas: Se debe verificar que las vigas estén a la altura correcta, según los planos. Se pueden utilizar niveles ópticos, estaciones totales o niveles láser para esta verificación.
• Control de las conexiones: Se debe verificar que las conexiones entre los elementos (columnas y vigas, vigas y diagonales, etc.) se realicen correctamente y que no haya holguras o desajustes que puedan afectar la alineación y la nivelación de la estructura.
• Verificación progresiva: La verificación de la alineación y nivelación debe ser un proceso continuo y progresivo, a medida que avanza el montaje de la estructura. No se debe esperar hasta el final del montaje para realizar la verificación, ya que las correcciones pueden ser más difíciles y costosas.

4. Verificación Final

• Verificación global: Una vez finalizado el montaje de la estructura, se debe realizar una verificación global de la alineación, el plomo y la nivelación para asegurar que la estructura en su conjunto cumple con las tolerancias especificadas. Se pueden utilizar equipos topográficos (estación total) para esta verificación.
• Documentación: Se deben documentar los resultados de la verificación final en un informe, incluyendo las mediciones realizadas, las desviaciones encontradas y las acciones correctivas tomadas (si aplica).

5. Registro y Documentación

• Formatos de registro: Se deben utilizar formatos de registro de verificación de alineación y nivelación para documentar los resultados de las mediciones. Estos formatos deben incluir la identificación del elemento o la zona de la estructura verificada, la fecha y hora de la verificación, los puntos de control utilizados, las mediciones realizadas, las tolerancias permitidas, las desviaciones encontradas, la aceptación o rechazo, y las observaciones relevantes.
• Informes de no conformidad: Si se detectan desviaciones que superen las tolerancias permitidas, se debe emitir un informe de no conformidad, describiendo la desviación, sus posibles causas y las acciones correctivas propuestas.
• Archivo de la documentación: Toda la documentación relacionada con la verificación de alineación y nivelación (planos, especificaciones, formatos de registro, informes de no conformidad, etc.) debe ser archivada de forma ordenada y accesible.

Equipos e Instrumentos de Medición

La verificación de la alineación y nivelación de estructuras metálicas requiere el uso de diversos equipos e instrumentos de medición, que pueden variar según la precisión requerida y el tamaño de la estructura. Algunos de los equipos e instrumentos más comunes incluyen:

• Plomada: Es un instrumento sencillo que consiste en un peso suspendido de una cuerda. Se utiliza para verificar la verticalidad (plomo) de las columnas.
• Nivel de burbuja: Es un instrumento que contiene una burbuja de aire dentro de un tubo lleno de líquido. Se utiliza para verificar la horizontalidad o la verticalidad de elementos pequeños.
• Nivel óptico (equialtímetro): Es un instrumento topográfico que se utiliza para medir diferencias de altura (desniveles) entre puntos. Se utiliza para verificar la nivelación de las placas base, las vigas y otros elementos horizontales.
• Nivel láser: Es un instrumento que proyecta un haz de luz láser horizontal o vertical. Se utiliza para verificar la alineación y la nivelación de elementos de forma rápida y precisa.
• Estación total: Es un instrumento topográfico electrónico que combina un teodolito (para medir ángulos) y un distanciómetro (para medir distancias). Se utiliza para medir ángulos, distancias y desniveles con alta precisión, y para verificar la alineación, el plomo y la nivelación de la estructura en su conjunto.
• Teodolito: Es un instrumento topográfico que se utiliza para medir ángulos horizontales y verticales.
• Cinta métrica: Se utiliza para medir longitudes y distancias cortas.
• Regla: Se utiliza para verificar la rectitud.
• Escuadra: Se utiliza para verificar ángulos rectos.
• Escáner láser 3D: En algunos casos, se puede usar para un levantamiento final de la estructura.

Es fundamental que todos los equipos e instrumentos de medición estén calibrados y en buen estado de funcionamiento para asegurar la precisión de las mediciones.

Tolerancias de Alineación, Plomo y Nivelación

Las tolerancias de alineación, plomo y nivelación especifican las desviaciones máximas permitidas con respecto a la posición teórica de los elementos estructurales, definida en los planos de diseño. Estas tolerancias se establecen para asegurar la estabilidad, seguridad y funcionalidad de la estructura, así como para facilitar la instalación de otros elementos constructivos.

Las tolerancias pueden variar según la norma aplicable, el tipo de estructura, el tipo de elemento y los requisitos del proyecto. En Colombia, como se mencionó, la NSR-10 no especifica tolerancias concretas, pero se suele remitir a la AISC 303, que proporciona tolerancias detalladas para diferentes situaciones.

Algunos ejemplos de tolerancias comunes (según AISC 303, *estos valores son ilustrativos y pueden variar*):

• Plomo de columnas (desviación de la vertical):
  • Para columnas individuales: H/500 (donde H es la altura de la columna), pero no más de 25 mm (1 pulgada) para columnas exteriores y 50 mm (2 pulgadas) para columnas interiores, en cada piso.
  • Desviación máxima total en la altura del edificio: Puede variar, llegando hasta 75mm o 100mm, dependiendo de la altura y otros factores.
• Alineación de vigas (desviación horizontal): Puede variar, pero un valor común es ±25 mm (1 pulgada) con respecto a la línea teórica.
• Nivelación de vigas (desviación vertical): Puede variar, pero un valor común es ±25 mm (1 pulgada) con respecto al nivel teórico.
• Variación en la elevación de la placa base: ±3 mm (1/8 de pulgada) es un valor común, pero puede variar.

Es importante destacar que estas son solo tolerancias *típicas*. Siempre se deben consultar los planos de diseño, las especificaciones del proyecto y las normas aplicables para determinar las tolerancias específicas para cada caso.

Además, existen tolerancias para:

• La ubicación de los ejes de columnas.
• La posición relativa entre elementos.
• La rectitud de los elementos.
• La posición de los agujeros para pernos.

Causas Comunes de Desviaciones

Las desviaciones de alineación, plomo y nivelación pueden tener diversas causas, como:

• Errores en la fabricación de los elementos: Si los elementos no se fabrican con las dimensiones y formas correctas, pueden generar problemas de alineación y nivelación durante el montaje.
• Errores en el replanteo: Si el replanteo de la estructura en el terreno no es preciso, la estructura se montará en una posición incorrecta.
• Errores en la instalación de la cimentación: Si la cimentación no está correctamente nivelada o si los pernos de anclaje no están correctamente ubicados, las columnas no se podrán montar a plomo.
• Errores en el montaje de los elementos: Si los elementos no se montan correctamente, utilizando las herramientas y los procedimientos adecuados, pueden quedar desalineados o desnivelados.
• Deformaciones de los elementos bajo carga: Los elementos estructurales pueden deformarse bajo su propio peso o bajo las cargas de montaje, lo que puede generar desviaciones de alineación y nivelación.
• Asentamientos diferenciales de la cimentación: Si la cimentación se asienta de forma desigual, la estructura puede sufrir deformaciones y desviaciones de alineación y nivelación.
• Viento: Durante el montaje, el viento puede mover los elementos, afectando la alineación.

Corrección de Desviaciones

Si durante la verificación de alineación y nivelación se detectan desviaciones que superen las tolerancias permitidas, se deben tomar medidas correctivas. Las acciones correctivas pueden incluir:

• Ajuste de las conexiones: En algunos casos, se pueden corregir pequeñas desviaciones ajustando las conexiones atornilladas o soldadas.
• Uso de cuñas o suplementos: Se pueden utilizar cuñas o suplementos metálicos para nivelar o alinear elementos.
• Reapriete de pernos: Si el problema es por conexiones flojas.
• Refuerzo de elementos: En casos más graves, puede ser necesario reforzar los elementos estructurales o las conexiones para corregir las desviaciones.
• Desmontaje y remontaje de elementos: En casos extremos, puede ser necesario desmontar y volver a montar los elementos que presenten desviaciones significativas.
• Modificación de elementos: En algunos casos, si la desviación no es muy grande y no compromete la seguridad de la estructura, se puede modificar el elemento en obra (cortar, soldar, etc.), siempre con la aprobación del diseñador y siguiendo procedimientos calificados. Esta opción debe ser cuidadosamente evaluada.

Todas las acciones correctivas deben ser documentadas y aprobadas por el responsable del proyecto.

El Rol del Topógrafo

El topógrafo juega un papel fundamental en la verificación de alineación y nivelación de estructuras metálicas. Sus responsabilidades incluyen:

• Realizar el replanteo inicial de la estructura: Marcar en el terreno la ubicación exacta de las columnas, los ejes y otros elementos de referencia, según los planos de diseño.
• Verificar la nivelación de la cimentación: Asegurar que las placas base y los pernos de anclaje estén correctamente nivelados y ubicados.
• Controlar la alineación, el plomo y la nivelación de los elementos durante el montaje: Realizar mediciones periódicas con equipos topográficos (estación total, nivel óptico, teodolito) para verificar que los elementos se monten en la posición correcta.
• Realizar la verificación final de la estructura: Una vez finalizado el montaje, realizar una verificación global de la alineación, el plomo y la nivelación para asegurar que la estructura cumple con las tolerancias especificadas.
• Documentar los resultados de las mediciones: Elaborar informes topográficos que incluyan las mediciones realizadas, las desviaciones encontradas y las acciones correctivas tomadas.

La Importancia de la Comunicación y Coordinación

La verificación de alineación y nivelación requiere una estrecha comunicación y coordinación entre el topógrafo, el montador, el inspector de calidad y el responsable del proyecto. Es fundamental que:

• El topógrafo informe oportunamente al montador sobre cualquier desviación detectada.
• El montador siga las instrucciones del topógrafo y realice las correcciones necesarias.
• El inspector de calidad verifique que las correcciones se hayan realizado correctamente.
• El responsable del proyecto esté informado sobre el progreso del montaje y cualquier problema que surja.

Tabla: Tolerancias Comunes (AISC 303 - Ejemplos)

*Nota: Estos son solo ejemplos. Siempre consultar AISC 303, la NSR-10, y las especificaciones del proyecto.*

Tabla: Equipos de Medición y su Uso

Lista de Verificación para Alineación y Nivelación (Ejemplo)

Ejemplo: Formato de Registro