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¿Qué son los perfiles de acero? Conozca la importancia que tienen en la creación de estructuras
Autor: Constructor, publicado el
Amplia guía detallando las características y usos de estos resistentes materiales. Nota escrita por Sergio Olmos Vásquez, docente de la Escuela de Construcción de Duoc UC, sede Maipú.
El acero se fabrica a partir del mineral de hierro que se encuentra en gran abundancia en la tierra. En el proceso de producción, las impurezas como el nitrógeno, el silicio, el fósforo, el azufre y el exceso de carbono (la impureza más importante) se eliminan del hierro obtenido. Además, se suelen agregar elementos de aleación como manganeso, níquel, cromo, vanadio y carbono en su caso, para producir diferentes tipos de acero.
En el rubro de la construcción se utiliza el acero estructural, cuyos materiales son diseñados para su uso específicamente de la construcción, es decir, con todo tipo de estructuras, edificios y para componentes de máquinas industriales.
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Asimismo, el acero estructural es también conocido como acero de construcción, y tiene una forma, composición química y resistencia adecuadas para cumplir este propósito. Estos parámetros y su almacenaje están regulados por estándares particulares en la mayoría de los países industrializados.
En nuestro país existen algunas normas que regulan la calidad y el uso del acero estructural. La norma NCh 203 regula el uso de este material, así como la norma NCh 2369 de diseño sísmico de estructuras industriales y la NCh 433 de diseño sísmico de edificios. También se debe considerar la Ley General de Urbanismo y Construcciones para la regulación de la construcción en general.
Los aceros estructurales son productos que se conforman mediante la aleación de hierro, carbono y pequeñas cantidades de otros elementos como el silicio, fósforo, azufre, magnesio y oxígeno, que se encargan de aportarles características específicas a este material.
Cuanto más carbono se añade a la aleación, se obtiene una mayor resistencia y disminuye la ductilidad del producto acabado. Las propiedades del acero estructural hacen que sea un material perfecto para vigas, pilares y otros elementos que forman la estructura de los edificios.
Proceso de producción
La creación de los aceros estructurales comienza cuando el mineral de hierro crudo se tritura y clasifica. Se sigue una serie de procesos de refinación que están diseñados para conseguir las mejores calidades de hierro, por lo general de alrededor del 60 % de pureza.
Por su parte, el mineral se somete a un alto horno desde la parte superior para calentarlo. El aire caliente se inyecta en el horno desde el fondo. La reacción como resultado de este proceso elimina las impurezas a medida que el hierro puro se hunde en el fondo del horno.
Posteriormente, el hierro fundido se extrae y se calienta nuevamente para permitir la inclusión de otras sustancias, tales como manganeso, que le aportará diferentes propiedades al producto de acero terminado. En tanto, los productos que se le añadan pueden aumentar la fuerza, lograr que el acero sea más o menos dúctil, así como optimizar la economía de uso.
Propiedades y ventajas
Dentro de las propiedades mecánicas con las que cuenta el acero estructural están su esfuerzo de fluencia y la resistencia a la tensión. Además de que es un producto que tiene una gran ductilidad y la resistencia a la fractura, así como se destaca por su composición química, metalurgia y soldabilidad.
En términos generales, los tipos de acero funcionales para las estructuras para perfiles y chapas, son aceros laminados en calientes, con características especiales y aceros conformados en frío.
En cuanto a la ductilidad de los aceros estructurales, se refiere a la capacidad de los materiales para soportar grandes deformaciones sin presentar fallas cuando se someten a grandes esfuerzos de tensión. Por ello el acero estructural puede sufrir grandes presiones, que pueden influir en su forma original, sin que la estructura se colapse y rompa.
La resistencia de este acero brinda una gran firmeza, esta propiedad permite que se utilice en las estructuras con un eficiente desempeño. El acero estructural tendrá un buen soporte a grandes pesos, sin que su forma se modifique.
Además de que proporciona una mayor seguridad a las estructuras, sobre todo para las que son propensas a sufrir esfuerzos por sobrecarga o desastres naturales como sismos, huracanes y vientos fuertes.
Otras de las propiedades con las que cuentan los aceros estructurales es su soldadura, pues este tipo de acero tiene la ventaja de llevar a cabo uniones o conexiones mediante la soldadura fácilmente.
Por otra parte, este tipo de acero no cambia de apariencia, pues dispone de una eficiente durabilidad que puede conservarse al contar con un mantenimiento correcto o al aplicar un recubrimiento o pintura en la parte exterior para evitar la presencia de la corrosión.
Con esto se puede lograr que una estructura de este tipo dure un tiempo indefinido. En el caso de grandes puentes construidos con acero estructural, esta característica es un gran beneficio.
La tenacidad es una característica de los aceros estructurales hace referencia a la resistencia, puesto que se trata de un material que tiene la capacidad de absorber energía en grandes cantidades. En condiciones de impacto, este acero puede soportar su forma sin llegar a sufrir roturas.
Perfiles de acero
Los perfiles de acero son barras que incluyen las estructuras y se fabrican de diferentes formas. A la sección transversal perpendicular al eje longitudinal se le denomina perfil. Para la obtención de perfiles de acero se siguen distintos procedimientos, dependiendo del material con el que se esté construyendo la barra.
Para hacer los perfiles de acero se realizan varios procesos, como los siguientes: Molde, laminación y extrusión.
Tipos de perfiles de acero
Existen distintos tipos de perfiles de aceros, pero dentro de los más comunes están los perfiles abiertos y los cerrados.
Sobre los perfiles abiertos, también conocidos como perfiles abiertos conformados en frío, son aquellos que presentan una sección transversal abierta, es decir, no tienen alas cerradas como los perfiles cerrados o tubulares.
Estos perfiles son ampliamente utilizados en proyectos de ingeniería y construcción, siendo las más frecuentes las industriales.
Por otro lado, están los perfiles cerrados; también son conocidos como perfiles tubulares, y se caracterizan por tener una sección transversal cerrada, lo que significa que sus alas forman una figura tubular. La diferencia entre un perfil cerrado y uno tubular, está en su conformación; pues el perfil cerrado se une mediante soldadura y el perfil cerrado o tubular se conforma mediante la extrusión o soldadura eléctrica de alta frecuencia.
Entre los perfiles de acero abiertos se consideran el perfil ángulo, también conocido como perfil en L, tiene una sección transversal en forma de L, con dos lados iguales o desiguales; esto le da una apariencia distintiva, con un ángulo recto en el vértice donde se unen los dos lados. El cual puede ser laminado o doblado, dependiendo de su conformación.
Estos perfiles están disponibles en diversas secciones, dimensiones y espesores, lo que permite adaptarlos a diferentes necesidades estructurales.
El perfil canal, también conocido como perfil U, tiene una sección transversal en forma de U con dos alas y un alma central. Esta forma le brinda una alta resistencia en dirección vertical y lateral, y a la vez una facilidad para montarse y conectarse con otros elementos estructurales.
Se utiliza comúnmente en la conformación de marcos y reticulados de galpones, y como elemento horizontal de vigas reticuladas.
El perfil costanera posee una sección que considera alas, alma y atiesado. Su forma le confiere resistencia en dirección vertical y lateral, siendo adecuado para aplicaciones de soporte y refuerzo.
Las costaneras se utilizan, por lo general, como vigas estructurales, vigas de piso y costanera de techo en galpones.
En los perfiles cerrados o tubulares está el perfil Rectangular, que tienen una sección transversal en forma de rectángulo y son ampliamente utilizados en aplicaciones donde se requiere mayor resistencia en el eje Y-Y.
Además, es común ver este tipo de perfiles en la construcción de estructuras metálicas, vigas estructurales y en la fabricación de equipos industriales.
El perfil cuadrado es otro de los tipos de perfiles de acero cerrados; estos tienen una sección transversal en forma de cuadrado y son adecuados para aplicaciones donde se quiere una alta resistencia en todas las direcciones.
Se utilizan comúnmente en la fabricación de estructuras de soporte, pilares, puntales entre marcos de galpones y diagonales de arriostramiento de galpones.
Los perfiles redondos tienen una sección transversal en forma de círculo y son ideales para aplicaciones que requieren una alta resistencia y una distribución uniforme de cargas.
En cuanto a su uso, estos se utilizan en la fabricación de postes, pasamanos, barandas, y en otras estructuras donde la geometría circular es óptima.
Las estructuras metálicas son muy utilizadas para la fabricación de cimientos; pero deberán amoldarse y adaptarse previamente al proyecto a realizar. Es por ello, que los ingenieros y arquitectos deben asegurarse de que se cumpla a la perfección el proyecto a realizar.
Estructuras formadas con perfiles
Los tipos de estructuras de acero más utilizados actualmente, según los tipos de estructuras de acero más utilizadas en la fabricación son abovedadas, colgantes, entramadas, geodésica, laminares y trianguladas.
Las estructuras abovedadas obtienen su nombre debido a que este tipo de estructura se usa más que todo para la construcción de bóvedas o cúpulas. Estas estructuras sirven principalmente para poder brindar un equilibrio de peso a la construcción.
Estas logran tener la suficiente resistencia para soportar la fuerza que transmiten y reciben de la estructura. En muchas ocasiones se usan para la elaboración de techos parabólicos en algunas obras que las requieren.
Gracias a su forma, las estructuras abovedadas permiten cubrir muchos más espacios además de que suelen poseer perforaciones para que la edificación pueda respirar.
Un ejemplo de estas edificaciones abovedadas son las iglesias, monasterios y/o catedrales.Las estructuras colgantes; como su nombre lo indica, son todas aquellas obras en las que se basan en el uso de cables o tirantes de tal manera que sirva como un soporte y le brinde mayor resistencia al peso. Estas edificaciones se utilizan generalmente en obras como puentes colgantes; un claro ejemplo es el Puente Golden Gate o el Puente Chacao.
Los tirantes funcionan como un estabilizador a la estructura y le permite mantener el puente nivelado y en perfectas condiciones. Normalmente, los tirantes ayudan a soportar el peso de estructuras de gran tamaño, brindándole una mayor estabilidad en su totalidad.
Las estructuras entramadas son las más usadas en el mundo, especialmente en las zonas urbanas, ya que permiten que los edificios logren alcanzar una altura mucho más elevada como las famosas Torres Gemelas. Estas obras se componen principalmente por vigas de acero, columnas, cimientos y barras.
Comúnmente se fabrican de forma vertical de tal manera que soporte el peso de la presión de la edificación.
Las estructuras geodésicas son muy poco comunes; de hecho, son muy ligeras pero al mismo tiempo resistentes. Estas edificaciones poseen un diseño hexagonal o pentagonal, suelen utilizarse para la creación de cúpulas.
Coloquialmente, se le conoce simplemente como cúpula o domo en vez de geodésica. El Arena de Santiago es un buen ejemplo de este tipo de estructuras.
Las estructuras laminares; también conocidas como construcción ligera de concha o cáscara estructural, se caracterizan por tener un diseño tridimensional y con un grosor sumamente pequeño en comparación a otras edificaciones.
Estas suelen tener láminas muy finas y muy poco resistentes en comparación a otros materiales de obras.
No obstante, si se construye de forma ideal, pueden lograr resistir grandes cantidades de cargas de compresión.
Este material suele ser empleado para el armazón de los aviones y automóviles, además de que la Ópera de Sídney es la construcción más conocida con laminar.
Las estructuras trianguladas se caracterizan por ser realmente económicas, además de poseer tanto resistencia como poco peso al mismo tiempo.
Usualmente, se utilizan para la elaboración de puentes o edificaciones industriales. Su nombre proviene de que la forma en la que están diseñadas sus barras forman un triángulo.
Como podemos ver, el acero en la construcción es muy demandado y los proyectistas disponen de una gran variedad de posibilidades para diseñar y ejecutarlas, pues además de disponer de una legislación y normativa que ayuda a que estas construcciones sean seguras.
