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Especificar el material metálico incorrecto en un plano estructural compromete la seguridad del inmueble y, por lo tanto, del personal de construcción y los usuarios finales, además de que provoca sobrecostos irreparables. Por ello dominar las diversas clasificaciones de los perfiles de acero nos permite elegir el material correcto para cada contexto.
En esta guía técnica analizamos las diferentes maneras en las que se pueden dividir los perfiles comerciales y estructurales, de acuerdo a su diseño, acabado, grado y función. Abordar el acero desde todos estos aspectos te dará los argumentos técnicos para justificar cada partida de tu presupuesto.
La forma en la que se extruye o rola un perfil de acero determina su momento de inercia y su comportamiento frente a la torsión. Entender esta geometría es el primer paso para seleccionar el componente adecuado en la transmisión de cargas axiales y momentos flexionantes. Veamos cómo se clasifican los perfiles de acuerdo a su diseño.
Los perfiles cerrados de configuración cuadrada, rectangular y redonda ofrecen un comportamiento estructural superior frente a fuerzas de compresión y torsión, al distribuir el estrés térmico y mecánico uniformemente a lo largo de todo su perímetro. Por ello son indispensables cuando el diseño exige columnas esbeltas pero de alta capacidad de carga.
En esta categoría destacan el perfil PTR, que se utiliza comúnmente para la configuración marcos ligeros y elementos de herrería, además del perfil HSS, diseñado para soportar la carga viva y muerta de edificios multinivel o estructuras de gran envergadura. Ambos se fabrican en formato cuadrado y rectangular, y redondo en el caso del HSS.
Dentro de la clasificación de perfiles tubulares tenemos finalmente a la tubería industrial. Este componente, además de ser empleado para la construcción de estructuras de soporte, se utiliza para la configuración de sistemas de conducción de fluidos a presión y para la manufactura de piezas automotrices.
Estos elementos se caracterizan por tener un alma central y dos patines paralelos, logrando una excelente resistencia a la flexión con un peso propio significativamente bajo. Son las piezas maestras para la creación de marcos rígidos y sistemas de soporte para cubiertas. Dentro de este tipo de perfiles encontramos dos componentes principales:
A diferencia de lo que sucede con los perfiles tubulares, los de sección abierta facilitan enormemente las conexiones atornilladas y soldadas, tanto en el taller de herrería como en el montaje final en sitio. La configuración geométrica de algunos de ellos soporta enormes momentos flexionantes sin sufrir pandeos laterales.
Dentro de esta clasificación encontramos perfiles con una amplia variedad de diseños y capacidades portantes:
El entorno en el que se llevará a cabo la construcción de una estructura metálica dicta el tipo de protección que el acero necesita. Ignorar la atmósfera operativa resulta en la oxidación prematura del esqueleto metálico y, en casos graves, la paralización del recinto para ejecutar mantenimientos correctivos urgentes.
A continuación hablamos de la clasificación de los diferentes perfiles de acero de acuerdo al tipo de aleación o recubrimiento con el que cuentan.
La gran mayoría de la infraestructura civil se construye con perfiles de acero al carbón: su relación entre costo, soldabilidad y ductilidad es inmejorable para condiciones estándar. Su principal debilidad es la vulnerabilidad ante la humedad extrema si no se le aplica un primario anticorrosivo después de su construcción o como mantenimiento constante.
Cuando el acero al carbón necesita resistir la intemperie severa se somete a un baño de inmersión en zinc fundido. Este proceso sella las piezas, otorgándoles protección catódica: al estar expuestas a la intemperie, el zinc se sacrifica antes de que el núcleo de hierro comience a oxidarse.
Especificar montenes o componentes tubulares con este acabado elimina las costosas y lentas partidas de pintura en sitio. Es la solución estructural más lógica para proyectos agrícolas, establos o almacenes de fertilizantes donde los gases amoniacales destruyen la pintura convencional en cuestión de meses.
Al respecto, materiales como el PTR, el perfil tubular rectangular o cuadrado y el canal monten suelen comercializarse galvanizados tanto en color rojo como verde.
Este tipo de perfiles están hechos a partir de una aleación de hierro, carbono y cromo, lo cual crea un material que cuenta con una capa pasiva que bloquea la oxidación a nivel molecular. Son obligatorios en plantas procesadoras de alimentos, laboratorios farmacéuticos y fachadas expuestas a brisa salina constante.
Debido a lo costosa que es la producción de acero inoxidable, comúnmente encontrarás solo piezas de dimensiones menores fabricadas a partir de esta aleación: ángulos de lados iguales o desiguales, o bien, solera de acero fabricada a partir de placas.
La seguridad de una obra no depende exclusivamente de las dimensiones de las columnas, sino del límite de fluencia del material que la compone. En este sentido, el acero de la más alta calidad debe contar con la certificación de que se deformará elásticamente ante una carga sísmica antes de llegar a la fractura.
A continuación te contamos cómo se clasifican los perfiles metálicos de acuerdo a las especificaciones normativas con las que cuplen o deben de cumplir:
El grado A36, validado por la norma internacional ASTM, es el referente mundial en el acero al carbón para aplicaciones estructurales. Este estándar certifica que los materiales poseen un límite de fluencia mínimo de 36,000 psi (250 MPa), lo que asegura su capacidad de carga sin deformación plástica permanente.
Los componentes fabricados en acero a36 que encontrarás en el mercado son los siguientes:
Estos perfiles son ideales para la configuración de soportes secundarios y elementos de herrería que no están sometidos a cargas dinámicas críticas.
Para soportar cargas masivas, la ingeniería estructural exige grados de alta resistencia.
Normativas como ASTM A500 B/C, A1085, A-529-50 y A-572-50 garantizan fluencias de hasta 50,000 psi para columnas principales y claros amplios, mientras los estándares A-513 y A-568 dominan en aplicaciones tubulares y mecánicas que requieren tolerancias dimensionales exactas y resistencia a la fatiga sin incrementar el peso muerto del inmueble.
La viga IPR, los perfiles PTR y HSS, los montenes, algunos canales CPS y las tuberías tanto de tipo mofle como cédula 40 suelen fabricarse en estos grados de acero.
Para diseñar redes de conducción sin riesgo de estallamiento los códigos de ingeniería exigen tuberías ensayadas bajo certificaciones enfocadas en el manejo de fluidos. Nos referimos a pruebas hidrostáticas obligatorias que garantizan la hermeticidad de la pared del tubo frente a presiones internas.
Productos como la tubería industrial y de cédula entran en esta categoría al ser fabricadas en muchos casos bajas bajo las siguientes normas:
La teoría geométrica y química se consolida al momento de habilitar el material en obra. Seleccionar el perfil exacto agiliza el trabajo de la cuadrilla de soldadores e instaladores y previene costosos desperdicios originados por adaptar piezas mal dimensionadas. Veamos por lo tanto la clasificación de los perfiles de acuerdo a su función.
La herrería residencial y comercial exige de calibres delgados que permitan cortes ensambles de altísima precisión y que se puedan adaptar a diferentes requerimientos arquitectónicos. Para configurar marcos rígidos que soporten el peso del vidrio y el constante movimiento de las bisagras, se utilizan perfiles muy específicos.
Para la fabricación de ventanas se utilizan las siguientes piezas:
Más sobre los perfiles de herrería para ventanas
En el ensamble de perfiles de acero para puertas la robustez aumenta para evitar que la hoja se cuelgue. Aquí destacan los siguientes perfiles:
Más sobre los perfiles de herrería para puertas
Además, de acuerdo a las especificaciones de diseño de puertas y ventanas, se pueden utilizar también algunos de las piezas de los hemos hablando anteriormente:
Apoyos principales y soportes secundarios
En la ingeniería estructural garantizar la estabilidad de una obra exige jerarquizar correctamente la transmisión de cargas. Asignar un perfil ligero donde el cálculo demanda un soporte primario provocará deflexiones peligrosas o el colapso del marco rígido bajo cargas vivas. Por ello clasificamos a los perfiles de acuerdo a su función:
| Nivel de soporte estructural | Función técnica en el proyecto | Perfiles de acero recomendados |
|---|---|---|
| Apoyo principal | Columnas y vigas maestras que trasladan la carga total al suelo | Viga IPR, perfil HSS |
| Apoyo secundario | Correas de techo, fachadas y soporte ligero para entrepisos | Polín monten, canal CPS, viga IPS, PTR |
| Apoyo menor y refuerzo | Tensores, contraventeos, uniones atornilladas y cerchas de alma abierta | Ángulo, solera, barras de acero (redonda y cuadrada) |
Entre los componentes adecuados para la construcción de sistemas de conducción tenemos a la tubería industrial certificada bajo normas de hermeticidad (como la ASTM A53). Además nos encontramos con el estándar de la tubería cédula 40, cuyo grosor de pared está diseñado para soportar impactos mecánicos y presiones constantes sin fallar.
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