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Datos técnicos · Ensayos y cálculo

Resistencia de las uniones StarModul: datos para el cálculo estructural

Esta página reúne los datos que entregamos con los presupuestos para el cálculo estructural de una estructura metálica atornillada con el sistema StarModul: materiales, cargas de referencia, la resistencia de las uniones atornilladas de la serie 1010 (tracción, compresión, cortante y momentos), la tornillería de refuerzo, las luces orientativas, los arriostramientos y las gráficas de los ensayos de rotura.

Importante: los valores de las uniones son resultados de ensayos de laboratorio (laboratorio LERMA de la Universitat Politècnica de Catalunya, 2017–2018) con tubo de 100×100×2 mm, el espesor más fino. Son valores orientativos, no cargas admisibles de cálculo. Cada proyecto lo calcula un ingeniero según el Código Técnico de la Edificación y la normativa aplicable; StarModul puede presupuestarte el cálculo estructural.

1 · Aspectos generales y materiales

Cálculo estructural de una estructura metálica StarModul

La estructura se calcula como un único modelo tridimensional. Las estructuras secundarias de premarcos de puertas y ventanas no se incluyen en el modelo general (del lado de la seguridad), salvo que hagan falta para situar arriostramientos como las cruces de San Andrés. El edificio se diseña para cumplir el CTE y la normativa estructural y de hormigón vigente.

Materiales considerados en el cálculo

ElementoMaterialfy (N/mm²)fu (N/mm²)Norma
Perfiles tubulares 100×2 y 100×3S250GD+Z250330UNE-EN 10346
Perfiles omega conformados en fríoS350GD+Z350420UNE-EN 10346
Laminados, arriostramientos y placasS275JR275430UNE-EN 10025-2
Tornillos ordinariosClase 8.8640800UNE-EN ISO 898-1

Coeficientes de minoración: 1,00; 1,00; 1,25. Datos del documento «Datos básicos para el cálculo estructural con sistema StarModul». En los proyectos recientes el tubo se modela además como S280 o S355 según el certificado del lote.

Certificados del tubo estructural 100×100 mm

TuboAcero y recubrimientoNormaCertificadoRe (MPa)Rm (MPa)
100×100×2 mm, 12 mS350GD + ZM310 (zinc-magnesio)EN 10219-1/-23.1 EN 10204 (2026)487–549511–615
100×100×3 mm, 12 mS350GD + ZM310 (zinc-magnesio)EN 10219-1/-23.1 EN 10204 (2026)467–549516–615
100×100×4 mm, 12 mGalvanizado Z275EN 10305-52.2 EN 10204 (2026)279–318371–399

Valores mínimos y máximos de las coladas certificadas. Según el certificado, el S350GD+ZM310 cumple la calidad S355JR de la UNE-EN 10219.

Uniones

Chapa de acero de 3 mm (DD11, EN 10111; certificado 3.1: Re 246 MPa, Rm 356 MPa) con cincado electrolítico y pasivado trivalente, sin cromo VI. Marcado CE según la norma armonizada EN 1090-1 (sistema 2+, EXC2), certificado de control de producción en fábrica 0370-CPR-2637. Reacción al fuego A1.

2 · Cargas de referencia

Cargas permanentes consideradas

Pesos propios: hormigón armado 25,00 kN/m³; acero 78,50 kN/m³. Las cargas permanentes de referencia del sistema son:

CargaValorDesglose (kN/m²)
G1 · Forjado de planta piso2,50 kN/m²panel 100 mm 0,125 · panel de cemento 10 mm 0,120 · pavimento 0,305 · mortero de suelo radiante 0,950 · tabiquería 1,000 · omegas (en el programa)
G2 · Terraza2,50 kN/m²panel 100 mm 0,125 · panel de cemento 0,120 · pavimento 0,305 · hormigón de pendientes 1,950
G3 · Cubierta ligera0,40 kN/m²panel 100 mm 0,125 · panel 35 mm 0,100 · estructura secundaria de pendiente 0,125 · falso techo 0,050
G4 · Fachada0,35 kN/m²panel 100 mm 0,125 · acabado exterior 0,225

Las sobrecargas de uso, nieve, viento y sismo dependen del emplazamiento y las fija el ingeniero en cada proyecto.

3 · Uniones serie 1010 (tubo 100×100)

Resistencia de las uniones atornilladas: tabla de cargas

Valores resistentes resumidos de cada tipología de unión, obtenidos en los ensayos de rotura del laboratorio LERMA (UPC) con tubo de 2 mm. Fuerzas en kN; momentos flectores en kN·m.

UniónTipo de nudoTracción (kN)Compresión (kN)Cortante (kN)My (kN·m)Mz (kN·m)
1010-01Nudo de esquina, 3 brazos a 90°17,9034,6324,752,302,15
1010-02Nudo en L, 2 brazos a 90°25,00––3,001,70
1010-032 brazos a 90° + 1 articulado19,46––––
1010-05Nudo en T20,26–28,971,454,20
1010-06Nudo de 4 brazos a 90°21,10–23,111,072,98
1010-073 brazos a 90° + 1 articulado21,99––––
1010-11Nudo en cruz, 4 brazos––22,182,883,73
1010-13Anclaje de pilar a superficie (pie de pilar)20,00––4,001,20
1010-14Anclaje articulado a superficie25,00––––
1010-15Fijación de tubo a superficie paralela–––2,002,80
1010-16Cruce articulado de dos tubos30,00––––
1010-17Unión articulada en T (arriostramientos)35,00––––
1010-19Nudo a 120° (cumbrera)45,00––2,504,40
1010-21Empalme de 2 tubos a 180°65,00––3,20–

«–»: no ensayado. Valores orientativos de laboratorio; no son cargas admisibles. En muchos ensayos la rotura se produjo en el tubo (abolladura o desgarro), no en la unión. Con tubo de 3 o 4 mm la capacidad del conjunto aumenta, pero cada caso se comprueba en el cálculo.

Carga de rotura de cada probeta (ensayos 2017–2018)
UniónEnsayoProbeta 1Probeta 2Modo de fallo
1010-01Tracción19,42 kN17,90 kNdeformación de la unión y de la fijación
1010-01Compresión34,63 kN35,30 kNabolladura del tubo
1010-01Flexión My2,43 kN·m2,29 kN·mdeformación de la unión
1010-01Flexión Mz2,60 kN·m2,14 kN·mdeformación de la unión
1010-01Cortante Ty / Tz32,29 / 24,75 kN27,14 / 26,56 kNabolladura del tubo
1010-02Tracción28,61 kN30,98 kNdeformación del tubo
1010-02Flexión My2,03 kN·m2,27 kN·mtornillo y deformación
1010-02Flexión Mz+ / Mz−3,95 / 3,42 kN·m3,95 / 3,77 kN·mdeformación del nudo
1010-03Tracción (brazo articulado)19,46 kN20,73 kNdeformación de la unión
1010-05Tracción20,26 kN22,81 kNdeformación de la unión
1010-05Flexión My (2017 / 2018)1,45 / 3,06 kN·m1,61 / 2,89 kN·mdeformación de la unión
1010-05Flexión Mz4,24 kN·m4,20 kN·mdeformación de la unión
1010-05Cortante Ty / Tz30,31 / 34,10 kN28,97 / 34,06 kNabolladura del tubo
1010-06Tracción23,55 kN21,10 kNdeformación de la unión
1010-06Flexión My (2017 / 2018)1,19 / 0,86 kN·m1,07 / 1,13 kN·mdeformación
1010-06Flexión Mz2,99 kN·m3,59 kN·mdeformación
1010-06Cortante Ty / Tz23,11 / 25,55 kN24,35 / 34,04 kNabolladura del tubo
1010-07Tracción (brazo articulado)24,22 kN21,99 kNdeformación de la unión
1010-11Flexión My / Mz2,89 / 3,73 kN·m2,98 / 4,29 kN·mdeformación
1010-11Cortante Ty23,12 kN22,18 kNabolladura del tubo
1010-13Tracción57,12 kN52,32 kNdeformación de la placa
1010-13Flexión My / Mz4,92 / 1,41 kN·m4,67 / 2,36 kN·mdeformación de la placa
1010-14Tracción31,36 kN29,78 kNdesgarro del tubo
1010-15Flexión My / Mz2,14 / 3,30 kN·m2,56 / 3,24 kN·mdeformación
1010-16Tracción30,49 kN34,41 kNdesgarro del tubo
1010-17Tracción49,33 kN40,42 kNdesgarro del tubo
1010-19Tracción49,99 kN53,14 kNdeformación del tubo
1010-19Flexión My / Mz4,07 / 4,89 kN·m2,93 / 4,68 kN·mdeformación
1010-21Tracción72,75 kN71,88 kNcizalla de la tornillería
1010-21Flexión My3,59 kN·m3,65 kN·mdeformación del tubo

4 · Tornillería y arriostramientos

Autotaladrantes, pletinas y tensores

Tornillo autotaladrante de refuerzo 6,3×25

Como refuerzo de las uniones se usa el autotaladrante 6,3×25, que evita que los elementos se separen con esfuerzos de tracción. Cada autotaladrante aporta 3,40 kN a cortante con un coeficiente de seguridad adicional de 3. Cada unión lleva como mínimo 2 fijaciones en dos de sus caras, y la mayoría lleva 6 o más.

Diámetro (mm)Tracción (kN)Cortante (kN)
4,89,346,58
5,512,508,95
6,314,459,40

Resistencia mecánica del tornillo (dureza del núcleo 390 HV; superficial 560 HV).

Autotaladrante 6,3: espesor de chapa (mm)Resistencia a extracción (kN)Tiempo de taladrado (s)
49,852,8
512,303,4
614,503,7

Arriostramientos con pletina

Los arriostramientos se consideran tirantes que solo trabajan a tracción: cruces de San Andrés de pletina 40×4 o elementos rígidos de tubo, situados en fachada donde lo permiten los huecos.

  • Pletina 40×4 de acero S275JR: NRd = 30,0 kN a tracción.
  • Doble pletina 2 × 40×4: NRd = 62,0 kN.
  • La pieza que une los tensores es la 1010-17, con 35,00 kN a tracción según los ensayos, por encima de lo que soporta la pletina.
  • Fijación de la pieza de arriostramiento a la estructura con tornillos M12 de clase 8.8.

Tensores de los arriostramientos

TensorM6M8M10M12M16M20M24M30M36
Resistencia a tracción garantizada (kN)2,353,205,356,6516,6525,3536,6553,3571,65

5 · Luces orientativas

Luces máximas orientativas con tubo y omega

Luces de referencia del sistema StarModul con tubo de 100×100 y perfil omega de 200 mm. Son orientativas: cada proyecto se calcula.

ElementoLuz máxima (m)Intereje (m)
Cubierta, tubo al mismo nivel4,501,90
Cubierta, tubo al mismo nivel5,271,39
Cubierta, tubo a 2 niveles3,003,00
Cubierta, tubo a 2 niveles3,702,15
Cubierta, tubo a 2 niveles5,301,50
Cubierta, omega 2005,361,65
Forjado interior, doble tubo5,271,00
Forjado, omega 2006,500,50

Para naves, el sistema de tubo y uniones llega a unos 12 m de luz; para luces mayores, hasta unos 20 m, trabajamos con naves de perfiles IPE atornilladas.

6 · Cálculo por elementos finitos (2026)

Riostras y unión de empalme: verificación con IDEA StatiCa (Eurocódigo 3)

En 2026 se han verificado por cálculo, con IDEA StatiCa Connection (método de elementos finitos por componentes, UNE-EN 1993-1-8, 1-3, 1-1 y 1-5), dos uniones del sistema con tubo SHS 100×100×3 mm.

Unión articulada de riostras

Dos perfiles SHS 100×100×3 (S250) a 45° o a 90°, con tornillos de clase 8.8. Capacidad resistente máxima frente a cada esfuerzo por separado (no combinados, sin momentos):

ConfiguraciónTornillos M10 8.8: axil (kN)V horizontal (kN)V vertical (kN)Autotaladrantes 5,5: axil (kN)V horizontal (kN)V vertical (kN)
45°, 3 tornillos por línea38,011,015,030,09,212,0
45°, 2 tornillos33,010,512,520,08,59,2
45°, 1 tornillo18,010,59,210,010,09,2
90°, 3 tornillos77,09,211,752,08,511,4
90°, 2 tornillos68,09,011,735,08,211,0
90°, 1 tornillo33,08,510,011,0–7,9

Las memorias estudian 4, 8 y 12 tornillos en total por unión (1, 2 o 3 por línea). Valores válidos solo para la geometría, materiales y disposición estudiados.

Unión de empalme de tubos

Empalme de dos SHS 100×100×3 (S280) con un capuchón exterior de tubo 110×110×4 (S235) y 12 tornillos pasantes M12 de clase 8.8 (6 por lado). Unión articulada (transmite axiles y cortantes, no momentos).

  • Verificación con las cargas de un proyecto real (nave): carga de diseño de ±75 kN a tracción y compresión, con un aprovechamiento de los tornillos del 21,6 %.
  • Análisis de resistencia última: factor de carga del 300 %, es decir, unos 225 kN de axil a tracción o compresión.

7 · Ensayos de rotura

Carga de rotura de las uniones: ensayos en el laboratorio LERMA (UPC)

Las uniones de la serie 1010 se ensayaron a rotura en el Laboratori d'Elasticitat i Resistència de Materials (LERMA) de la Universitat Politècnica de Catalunya, en dos campañas: mayo de 2017 (informes 46009) y octubre de 2018 (informes 47008). Cada ensayo se hizo con dos probetas de tubo 100×100×2 mm, cargadas hasta rotura con célula de carga de 100 kN.

Cada ensayo tiene su gráfica carga-desplazamiento (tracción y compresión) o momento-giro (flexión en los ejes y y z). Si las necesitas para tu proyecto, pídenoslas.

8 · Ejemplos y documentación

Ejemplos de cálculo estructural y documentos

Con cada presupuesto entregamos el documento «Datos básicos para el cálculo estructural con sistema StarModul». Para proyectos que necesitan cálculo (viviendas, naves, edificios), nuestro ingeniero hace el informe de cálculo y los planos estructurales, que se presupuestan aparte.

Vivienda unifamiliar en planta baja (Alicante, 2024)

Estructura StarModul de tubo SHS 100×100×3 y 100×100×2 con uniones de la serie 1010, cubierta plana con perfiles omega y arriostramientos en fachada. Planta de unos 113 m² y 4,26 m de altura a la primera cubierta.

Contiene: informe de cálculo (normativa, acciones, combinaciones, modelo 3D, comprobación de barras, uniones y omegas, reacciones) y planos estructurales (planta, cubierta, secciones y vistas 3D).

Naves de perfiles IPE (Torre-serona y Gabón)

Planos de cálculo de dos naves IPE atornilladas: en la página de naves IPE.