PERFILES DE ACERO

1. - PERFILES DE ACERO.

1. - Introducción al Diseño por Medio de Acero.

A través de la historia se ha comprobado que por medio de las estructuras, ya sean metálicas o de cualquier otro material de construcción, es posible llegar a transformar o alterar los paisajes de la superficie terrestre, pues como es sabido, las estructuras son las señales más visibles de nuestra civilización.

Se puede decir que la labor del ingeniero estructural es la de combinar sus conocimientos con otras personas igualmente ligadas que él al cambio del entorno visual del ambiente, como por ejemplo los arquitectos, pues con la colaboración de ambos es como se proponen y llevan a cabo obras de infraestructura y edificación para la mejora de la sociedad en que vivimos.

Como se sabe, el acero es uno de los materiales estructurales de mayor importancia en la actualidad, lo cual queda demostrado por la cantidad innumerable de estructuras importantes erigidas con dicho material. Entre las propiedades de mayor relevancia del acero para su uso estructural, se puede citar su alta resistencia y ductilidad. Otras ventajas de importancia en el uso del acero estructural son su disponibilidad y durabilidad, lo cual lo hace el material mayormente usado en edificaciones de gran magnitud, sin descartar las estructuras hibridas que pudiesen surgir de la combinaaión de éste con otros materiales como madera, ladrillo, paneles prefabricados, block, concreto, vidrio, plástico, etc.

Es un hecho que el acero estructural en la edificación es un material caro, comparándolo con el concreto, que requiere tiempos de colocación considerables,

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mayores volúmenes de cimentación        y otros factores, se estima que el acero estructural resulta más económico en una relación aproximada del 10%.

En lo referente al proceso de obtención del acero que es producido mediante la refinación del mineral de hierro y otros metales de desecho de acero (pequeñas cantidades de carbono, generalmente menores al 1%), junto con algunos agentes fundentes como el coque para el carbono y oxígeno, en hornos de altas temperaturas, en donde se produce el arrabio de primera fusión. Se continúa refinando el arrabio para eliminar el exceso de carbono y demás impurezas y se alea con algunos otros metales como cobre, níquel, cromo, manganeso, molibdeno, fósforo, sílice, azufre, titanio, colombio y vanadio, para dar resistencia, ductilidad, resistencia a la corrosión y soldabilidad al acero, características deseables para su óptima utilización como material estructural.

En el proceso de fabricación de los perfiles de acero los lingotes de acero obtenidos del proceso de fundición son pasados por rodillos, los cuales giran a la misma velocidad pero en direcciones contrarias, de donde se obtiene el producto semiterminado, largo y de forma semirectangular Ilamado plancha o lingote dependiendo de la sección transversal generada. Una vez realizado éste proceso se envían los lingotes (aún a altas temperaturas) a molinos laminadores para producir el perfil geométrico final de la sección, los cuales podrán ser barras, flejes, placas, ángulos, tubos, alambres, tiras. Los procesos de laminados a los que son sometidos, además de producir el perfil deseado, tienden al mejoramiento de éste en sus propiedades de tenacidad, resistencia y maleabilidad.

AI momento de diseñar, el ingeniero estructurista suele elegir un perfil estándar los cuales se encuentran tabulados en el Manual de A.I.S.l.C., donde se proporcionan sus dimensiones para detallar y propiedades de diseño. En éste Manual se incluyen diferentes tipos de vigas, así como canales y ángulos. El peralte de las vigas varía de 76 mm hasta 303 mm (o bien de 3 a 44 pulgadas,

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como son mejor conocidos en el ámbito estructural) incluyendo también una amplia variedad de perfiles para columna con peraltes nominales de 355.6 mm (14") con pesos que van desde los 134 hasta los 1,202 kilogramos por metro (134 a 808 lb/ft).

Los primeros perfiles estructurales de que se tiene conocimiento, fueron hechos en 1819 en Estados Unidos de Norteamérica, siendo éstos ángulos de hierro laminado. En 1884 se Jaminan por primera vez los perfiles I; en ese mismo año se monta la estructura del Home Inssurance Company, edificio de la ciudad de Chicago, conocido como la primera estructura reticular.

A partir de 1889, varias laminadoras fabrican perfiles estructurales y emiten catálogos con las dimensiones y propiedades básicas de sus elementos. Los primeros esfuerzos por estandarizar los perfiles de acero los realiza la Asociación Americana de Fabricantes de Acero (Association of American Steel Manufacturers), actualmente conocida como el Instituto Americano del Hierro y el Acero (A.I.S.I. por sus siglas en inglés). En la actualidad, prácticamente la totalidad de los perfiles laminados en caliente se han estandarizado.

El acero estructural puede laminarse en forma económica en una gran variedad de formas y tamaños sin cambios apreciables en sus propiedades fisicas. Generalmente los miembros estructurales más convenientes son aquellos con grandes momentos de inercia en relaciôn con sus áreas. Los perfiles I, T y C se adaptan a dicha propiedad.

La designación de los perfiles de acero se realiza en general, por la forma de su sección transversal (ángulos, tes, placas), pero cabe hacer la aclaración y distinción de los perfiles S (estándar americanos) y los perfiles W (ó perfiles de patín ancho), ya que ambos tienen forma de l. La superficie interna del patín de

una sección W es paralela a la superficie externa, o bien, casi paralela con una pendiente máxima de 1 a 20 en el interior, dependiendo del fabricante.

Los perfiles S, que fueron los primeros perfiles laminados en Estados Unidos, tienen una pendiente de 1 a 6 en el interior de sus patines. En comparación con los espesores constantes o casi constantes de los patines de los perfiles W, a diferencia de los patines de los perfiles S, facilitan mayormente las conexiones de piezas. Los perfiles W representan hoy en día casi el 50% de los perfiles estructurales laminados en caliente.

1. - Tipos y usos de los perfiles laminados en caliente.

El objetivo buscado por un proceso de disef\o, es básicamente, el de encontrar el perfil con la sección transversal apropiada para cada uno de los miembros de la estructura a diseñar. Es práctico realizar la selección del perfil de una sección estándar que sea de fabricación común, en vez de seleccionar un perfil con dimensiones y propiedades especiales, aún cuando esto implique que la cantidad de material a utilizar sea mayor para un perfil estándar que para uno especial, ya que la manufactura de los perfiles especiales suele ser más costosa. Los perfiles laminados en caliente son los que tienen la mayor cantidad de secciones estándar.

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