Acero Estructural: Perfiles y Usos

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Héctor Soto Rodríguez
Centro Regional de Desarrollo en Ingeniería Civil
INTRODUCCIÓN
El acero est ructura l se encuent ra El acero est ructura l se encuent ra 
disponible en una am plia gam a disponible en una am plia gam a 
de per f iles lam inados en ca liente, de per f iles lam inados en ca liente, 
placa, per f iles form ados en frplaca, per f iles form ados en fr íío, o, 
j oist o vigas de a lm a abier ta , j oist o vigas de a lm a abier ta , 
lam inas y en form a de paneles lam inas y en form a de paneles 
prefabr icados para fachadas y prefabr icados para fachadas y 
cubier tas.cubier tas.
CLASIFICACICLASIFICACI ÓÓN DEL ACERO POR SU N DEL ACERO POR SU 
CONTENIDO DE CARBONOCONTENIDO DE CARBONO
 BAJO( < 0 .2 5 % )BAJO( < 0 .2 5 % )
 MEDI O( 0 .2 5 % a 0 .6 % )MEDI O( 0 .2 5 % a 0 .6 % )
 ALTO CARBONO( 0 .6 % y 1 .2 % )ALTO CARBONO( 0 .6 % y 1 .2 % )
INTRODUCCIÓN
Todos los per f iles 
est ructura les lam inados ( LI , 
LD, CE, I E, I R, OR y OC) , 
poseen propiedades 
geom ét r icas que los hacen 
convenientes para 
determ inados usos 
específ icos en est ructuras de 
acero.
Perfil Caracter íst icas Usos convenientes
Placa Producto plano lam inado en caliente 
de sección rectangular, cuyo 
espesor es m ayor a 3 m m (1/ 8” ) y 
el ancho es de 450 m m (17.865” ) o 
m ás. Dim ensiones generales de la 
placa est ructural 6x20 ft (1 829x6 
096 m m )
Secciones arm adas cuando no hay perfiles 
com erciales lam inados: colum nas en cajón 
y t rabes fabricadas con t res placas 
soldadas. Placa base de colum nas placas 
de conexión horizontales en uniones rígidas 
t rabe colum na. Cubreplacas en pat ines de 
vigas placa de cortante placas de unión en 
diagonales de cont raventeo Placas de nudo 
en arm aduras At iesadores horizontales o 
placas de cont inuidad.Em palm es de vigas
Nervaduras de placas base
Ángulo LI ó
LD
Perfil const ituido por dos placas 
perpendiculares ent re si que t ienen 
el m ism o grueso. Carece de ejes de 
sim et ría. Tiene las esquinas 
redondeadas. Se une a ot ro ángulo 
para form ar una sección arm ada. 
Barras de arm aduras (cuerdas, diagonales 
y m ontantes) , puntales y cont raventeos: 
sencillos, espalda con espalda, o en cajón y 
en est rella. Cuando se ut ilizan com o 
m iem bros com prim idos son propensos al 
pandeo por torsión o por flexotorsión. Las 
arm aduras fabricadas con ángulos, t ienen 
gran r igidez en com paración con las vigas 
de alm a llena de igual resistencia y m enor 
peralte y rest r ingen los desplazam ientos 
laterales. Adem ás, perm iten el paso de los 
ductos y ot ras instalaciones. Sin em bargo, 
cuando form an parte de un m arco rígido no 
se les puede asignar un factor de 
com portam iento dúct il grande. 
Perfil Caracter íst icas Usos convenientes
Canal CE Sección est ructural lam inada cuya 
sección t ransversal es una C y que 
t iene un eje de sim et ría (eje 
horizontal, X-X) .Los pat ines son de 
espesor variable, con una pendiente 
de alrededor del 16% .El alm a es 
gruesa
No es conveniente com o viga por tener el 
alm a m uy gruesa. Cuando se ut iliza en 
vigas, las cargas se aplican en un plano 
paralelo al alm a y debe rest r ingirse cont ra 
la rotación alrededor del eje longitudinal en 
las secciones en las que están aplicadas las 
cargas y en los apoyos. Se ut iliza con ot ra 
canal frente a frente para form ar una 
sección en cajón. Tam bién se usa en curdas 
de arm aduras que soportan cargas de 
m agnitud elevada.
Perfiles I E Sección est ructural lam inada cuya 
sección t ransversal es una I ; consta 
de dos placas horizontales (pat ines) 
y ot ra perpendicular (alm a) .
Tiene dos ejes de sim et ría.
Los pat ines son angostos y de 
espesor variable, con una pendiente 
de alrededor del 16% .
El alm a es gruesa
No es un perfil conveniente para ut ilizar lo 
com o viga, por tener el acero concent rado 
en el alm a. Los pat ines de sección variable 
dificultan las conexiones con el resto de la 
est ructura. Se ut iliza en Guadalajara com o 
sistem a de piso en vigueta y bovedilla, 
rem plazando las viguetas pretensadas de 
concreto por perfiles de 4 y 6” . 
Perfil Caracter íst icas Usos convenientes
Perfiles I R Perfil con dos ejes de sim et ría
El cent ro de torsión coincide con el 
cent ro de gravedad de la sección. 
Los pat ines soporten la flexión y el 
alm a la fuerza cortante.
Muy eficiente cuando se usa en vigas o 
m iembros en flexión, producida por cargas 
t ransversales o por m om entos flexionantes 
aplicados en los ext remos de la viga. La 
carga se aplica en un plano paralelo al alm a 
que pasa por el cent ro de torsión de la 
sección. Concent ran el acero en los pat ines 
que se encuent ran alejados del eje neut ro, 
por lo que este perfil ut iliza el acero m uy 
eficientem ente. Resisten la flexión que 
producen las cargas exter iores por m edio 
del par interno que se desarrolla por las 
fuerzas resultantes de equilibr io de tensión 
y com presión, a cada lado del eje neut ro de 
la sección; las que t ienen la m ism a 
m agnitud, pero sent ido cont rar io. El 
m om ento resistente interno es el producto 
de una de estas fuerzas por el brazo de 
palanca. El alm a resiste la fuerza cortante. 
Son m uy débiles para t rabajar en flexión 
alrededor de su eje de m enor m om ento de 
inercia.
Cuerdas, m ontantes y diagonales de 
arm aduras de gran peralte.
Perfil Caracter íst icas Usos convenientes
Secciones H Perfil del grupo de los I R, que se 
caracter iza por tener pat ines de ancho 
sem ejantes a su peralte, con lo que se 
logra que el radio de giro m ínim o no sea 
m uy pequeño. Son secciones de 12 y 14 
pulg. de peralte. Concent ran el acero en 
zonas alejadas de su ejes centoidales y 
pr incipales.
Son los que se usan frecuentem ente en 
colum nas de edificios de m ediana altura. En 
ocasiones se une a ot ro perfil IR para 
form ar una sección en cruz. Tam bién se 
usan en colum nas com puestas acero-
concreto.
Sección Te Perfil que se obt iene cortando un perfil I R 
a la m itad de su peralte.
Cuerdas de arm adura. Facilitan la unión de 
las diagonales y m ontantes, soldándolos al 
alm a.
Cuando se ut ilizan com o m iem bros 
com prim idos son propensos al pandeo por 
torsión o por flexotorsión. 
Perfiles OR y OC 
(HSS)
Secciones con dos ejes de sim et ría. El acero está
dist r ibuido de m anera uniform e lo m ás alejado de 
su cent roide, por lo que se consideran las 
secciones m ás eficaces y aptas para soportar 
cargas de compresión axial y flexión 
( flexocompresión) .Se catalogan com o la elite de 
los perfiles est ructurales lam inados ya que 
ofrecen grata apariencia cuando los arquitectos 
las ut ilizan con talento e imaginación. Los tubos, 
cuadrados y circulares, t ienen las m ism as 
característ icas geom étr icas alrededor de sus dos 
ejes pr incipales y cent roidales. Poseen grandes 
valores de radios de giro, módulos de sección 
elást icos y plást icos. Por su grata apariencia se 
ut ilizan en arquitectura.
En est ructuras reales estos perfiles se 
ut ilizan para t rabajar pr incipalm ente en 
tensión, com presión y flexocom presión.
Colum nas de edificios Est ructuras 
espaciales Arm aduras planas. Tienen el 
inconveniente de que las conexiones con el 
resto de la est ructura son difíciles de 
realizar por t ratarse de perfiles cerrados, 
sin em bargo, gracias a nuevas técnicas de 
fabricación, cortes y soldaduras, hoy en día 
se ut ilizan cada vez m ás en est ructuras 
contem poráneas.
Perfil Caracter íst icas Usos convenientes
Colum na en 
cajón fabricada 
con cuat ro 
placas soldadas
Pueden ser de sección cuadrada o 
rectangular, huecas. Tienen 
propiedades geom étr icas favorables 
para soportar fuerzas de 
com presión y flexión alrededor de 
cualquiera de sus ejes cent roidales 
y pr incipales. Tienen las áreas de 
acero alejadas de los ejes 
cent roidales y pr incipales y su 
form a cerrada los hace 
especialm ente convenientes para 
t rabajar a torsión.
Se ut ilizan con m ucha frecuenciaen 
est ructuras de acero de edificios de 
m ediana altura, cuando las secciones 
est ructurales lam inadas no resultan 
convenientes.Sust ituyen en algunos 
casos a las secciones est ructurales 
huecas (Hollow St ructural Sect ions, 
HSS) .
Perfil CF Perfil en form a de C, con un eje de 
sim et ría y de paredes delgadas. 
Tienen una r igidez torsional m uy 
baja.
Su pr incipal uso es en los largueros 
de techo y de pared de edificios 
indust r iales.
CRITERIOS PARA DETERMINAR LA ELECCIÓN DE 
LOS PERFILES ESTRUCTURALES LAMINADOS
A la fecha, todavía se siguen 
ut ilizando profusam ente las 
colum nas en ca jón, hechas 
con cuat ro placas soldadas.
Esto im plica m ayor m ano de obra, 
supervisión y t iem po de fabr icación .
CRITERIOS PARA DETERMINAR LA ELECCIÓN DE 
LOS PERFILES ESTRUCTURALES LAMINADOS
Es prefer ible diseEs prefer ible dise ññ ar las colum nas ar las colum nas 
con per f iles H, que t ienen anchos con per f iles H, que t ienen anchos 
de pat ines sim ilar a l pera lte . de pat ines sim ilar a l pera lte . 
CRITERIOS PARA DETERMINAR LA ELECCIÓN DE LOS 
PERFILES ESTRUCTURALES LAMINADOS
Para lograr una EFI CI ENCI A 
ESTRUCTURAL de los per f iles 
est ructura les lam inados, en 
térm inos de m enor costo de 
la est ructura, es necesar io 
considerar los siguientes 
aspectos:
1. Econom ía.
2. Disponibilidad en e l m ercado
3. Magnitud de cargas.
4. Tipo de solicitación.
Tensión ( t irantes, cont raventeos, barras de arm aduras)
Com presión (puntales, colum nas aisladas)
Flexión (vigas) 
Cortante (vigas)
Flexocom presión (com presión axial y flexión sim ultáneas, colum nas)
Flexotensión ( tensión axial y flexión sim ultaneas)
Torsión.
5. Longitud o claro del m iem bro est ructura l.
6. Form a y caracter íst icas geom ét r i cas de la sección t ransversa l.
7. Longitud com ercia l de los per f iles: 6 .1 0 m ( 2 0 ft .) o 1 2 .2 0 m ( 4 0 ft .)
8. Apar iencia 
CRITERIOS PARA DETERMINAR LA ELECCIÓN DE 
LOS PERFILES ESTRUCTURALES LAMINADOS
VI GAS
El e je de f lex ión de las vigas es siem pre e l 
de m ayor m om ento de inercia ( e je X- X) .
 Las vigas están sujetas 
preponderantem ente a f lex ión uniax ia l y 
cuando se ut ilizan per f iles I R se cargan en 
e l plano de sim et r ía que corresponde a l de 
m enor m om ento de inercia .
CRITERIOS PARA DETERMINAR LA ELECCIÓN DE LOS 
PERFILES ESTRUCTURALES LAMINADOS
Las colum nas o “e lem entos 
f lexocom pr im idos” están som et idos a 
la acción sim ultánea de com presión 
ax ia l y f lex ión producida por 
m om entos f lex ionantes que actúan 
a lrededor de los dos e jes de sim et r ía 
de la sección t ransversa l de la 
colum na, y que t ransm iten las t rabes 
que recibe ésta en los dos sent idos de 
la est ructura ( t ransversa l y 
longitudina l) .
CRITERIOS PARA DETERMINAR LA ELECCIÓN DE LOS 
PERFILES ESTRUCTURALES LAMINADOS
Las colum nas en ca jón, 
cuadradas o rectangulares, 
huecas, dif icultan las conex iones 
con las t rabes, pero t ienen la 
venta ja de que sus propiedades 
geom ét r icas son m uy favorables 
a lrededor de sus dos e jes 
cent roida les y pr incipa les. 
PROPI EDADES GEOMETRI CAS DE PROPI EDADES GEOMETRI CAS DE 
PERFI LES ESTRUCTURALES PERFI LES ESTRUCTURALES 
LAMI NADOSLAMI NADOS
Perfil IR 457x128.1(18x 86)
Dimensiones:
Peralte: d
Ancho de patín: bf
Espesor alma: tw
Espesor patín: tf
K Diseño: K1:
rts
=
=
=
=
= =
=
Propiedades geométricas de la sección transversal:
Ix
Sx
rx
Zx
Iy
Sy
ry
Zy
=
=
=
=
=
=
=
=
J
Cw
=
=
bf/2tf
d/tw
=
=
mm467 mm12.2
282 mm mm19.6
mm29.7 mm27
cm7.75
K Detalle = mm41.3
cm463 683
cm32 720
cm19.7
cm33 048
cm47 284
cm3518
cm6.7
cm3793
cm4171
3 652 088 cm6
7.2
38.3
Propiedades de torsión:
f
Criterio de sección compacta:
1.12
A Peso:= =cm2163.2 kg / m128.1
ho = 447mm
Ix/Iy = 8.7
=
Perfil IR 356x178.8(14x120)
Dimensiones:
Peralte: d
Ancho de patín: bf
Espesor alma: tw
Espesor patín: tf
K Diseño: K1:
rts
=
=
=
=
= =
=
Propiedades geométricas de la sección transversal:
Ix
Sx
rx
Zx
Iy
Sy
ry
Zy
=
=
=
=
=
=
=
=
J
Cw
=
=
bf/2tf
d/tw
=
=
mm368 mm15.0
373 mm mm23.9
mm39.1 mm38.1
cm10.7
K Detalle = mm57.2
cm457 440
cm33 114
cm15.8
cm33 474
cm420 603
cm31 106
cm9.5
cm31 671
cm4390
6 095 764cm6
7.8
24.5
Propiedades de torsión: Criterio de sección compacta:f = 1.12
Ix/Iy = 2.8
A Peso:= =cm2227.8 kg / m178.8
ho = 343mm
USOS DE LOS PERFILES USOS DE LOS PERFILES 
ESTRUCTURALES ESTRUCTURALES 
LAMINADOSLAMINADOS
Placa base de colum na
BASES DE
COLUMNAS
ene 05ene 05 feb 05feb 05 mar 05mar 05
1 de noviembre de 2005
oct 04oct 04 nov 04nov 04 dic 04dic 04