Si se aumenta el trabajo a la compresión de un pilar muy alto y delgado, o una barra que sea esbelta (de poca sección en relación a su longitud), aparece el peligro del pandeo. Se llama así a una brusca curvatura hacia un lado que sufre el pilar o la barra, y que generalmente termina en su ruptura, ver figura 1.
Figura 1.El pandeo se produce al comprimir un elemento esbelto, por medio de dos fuerzas opuestas, aplicadas en su eje (linea central) longitudinal. Dichas fuerzas deben trasladarse en linea recta a lo largo de ese je, hasta anularse o contrarrestarse una frente a la otra. En teoria si el elemento comprimido es perfectamente recto, no deberia producirse pandeo.
En pilares o barra muy largos, sin embargo, es posible que las fuerzas se aparten levemente de su eje. En ese mismo instante aparece un momento en fuerzas como se ve en la figura 2, que antes de disminuir, origina un esfuerzo perpendicular al elemento comprimido, que aumenta a su vez produciendo el pandeo. Generalmente termina con la ruptura de la pieza afectada, salvo que desaparezca o disminuya antes la carga.
Figura 2.
Figura 3. Diferencia entre flexión y pandeo.
Figura 4. Dirección en que pueda producirse el pandeo. A Pilar de sección rectangular. B Pilar de sección cuadrada. C Pilar de sección circular.
Esta razón explica que los pilares metálicos, por ejemplo, que están constituidos por un material caro, son huecos.
Figura 5.
Aplicaciones:
Largos normales de los angulos estructurales L - AZA es de 6,9,12 m. Otros largos especiales están sujetos a consulta.
2.-Perfil U:
Acero realizado en caliente mediante láminas cuya sección tiene forma de U. Se utiliza como vigas o columnas para diversas aplicaciones estructurales.
Figura 10. Perfil U.
Encontramos tres tipos:
2.1.- UPE : Perfiles en U de alas paralelas.
Perfil U de alas paralelas/Channels with parallel flanges.
2.2.- UPN: Perfiles en U de alas inclinadas.
2.3.- Perfiles en U y UE de alas inclinadas.
Aplicaciones:
En la industria de la construcción metálica como elementos estructurales formando parte de vigas, columnas, entrepisos, reticulados, etc. Admiten uniones tradicionales: bulones normales, bulones de alta resistencia, soldadura, etc.
3.- Perfiles H (también llamados "doble T)
Producto de acero laminado que se crea en caliente cuya sección tiene la forma de H.
4.- Perfil T
Figura 13. Perfil T
Diferencias entre flexión y el pandeo. En el primer caso la flexión es ocasionada por una carga perpendicular a la viga, mientras que en el segundo caso, se ha sometido una barra a dos fuerzas en el sentido de su largo.
Figura 3. Diferencia entre flexión y pandeo.El pandeo se produce en la dirección en que la sección del elemento comprimido es más pequeña. Por ejemplo, si un pilar tiene sección rectangular, ver figura 4 letra A, tiene mucha facilidad para pandearse pero sólo en dos direcciones. Si, en cambio, su sección es cuadrada (letra B figura 4), la posibildad de pandeo es menor, pero posible en cuatro direcciones. Si a su vez, la sección es circular (letra C figura 4), puede pandearse en cualquier dirección, sin predominio de ninguna. Esta última es la forma más económica para prevenir esta deformación.
Figura 4. Dirección en que pueda producirse el pandeo. A Pilar de sección rectangular. B Pilar de sección cuadrada. C Pilar de sección circular.La manera corriente de evitar el pandeo es aumentando la sección del elemento comprimido. Sin embargo, la parte realmente útil de la sección que aumentamos es aquella cercana a los bordes o caras de la pieza.
Hemos visto que al producirse el pandeo se forman en la pieza dos zonas opuestas, una comprimida y otra traccionada, igual que lo vimos en una viga. Tal como en la viga, es importante separar estas zonas, para aumentar el momento entre las fuerzas opuestas. Por eso se aumenta la sección de la pieza. Pero también a semejnza de lo que ocurre en una viga, entre estas fuerzas se produce una zona neutra donde el trabajo es mínimo o nulo.
Esta razón explica que los pilares metálicos, por ejemplo, que están constituidos por un material caro, son huecos.
Una losa de hormigón armado, por ejemplo, que sirve de techo de un pasillo cubierto descansa sobre pilares metálicos, ver figura 5. Estos pilares trabajan a la compresión. Si calculamos la sección necesaria para resistir este esfuerzo, de acuerdo a los kilogramos por cm2 que es capaz de resistir el acero, nos resultarian barra redondas de unos 20 mm de diámetro. Fácil en comprender que pilares de ésta sección, aunque capaces de resistir la compresión, sufriran un pandeo inmediato.
Figura 5.Si esta losa de hormigón armado, sin embargo, estuviese muy cerca del suelo y estos pilares fueran de no más de unos 65 cm de largo, resistirían perfectamente su peso, sin pandearse.
Este caso se resuelve colocando tubos huecos de acero, en vez de las barras redondas macizas de muy pequeño diámetro, que no dió el cálculo de la compresión. Lo importante es que comprendamos el porque de esta realidad.
La lógica será usar tubos que tengan semejante cantidad de acero que las barras redondas de 20 mm de diámetro, puesto que la compresión sigue siendo la misma ( ver figura 6).
Figura 6. Sección de pilar macizo y hueco con la misma cantidad de material.
El diámetro del tubo, como es lógico, depende del largo del pilar.
Figura 7. La resistencia al pandeo depende del tipo de apoyo del pilar, tanto superior como inferior.
Este caso se resuelve colocando tubos huecos de acero, en vez de las barras redondas macizas de muy pequeño diámetro, que no dió el cálculo de la compresión. Lo importante es que comprendamos el porque de esta realidad.
La lógica será usar tubos que tengan semejante cantidad de acero que las barras redondas de 20 mm de diámetro, puesto que la compresión sigue siendo la misma ( ver figura 6).
Figura 6. Sección de pilar macizo y hueco con la misma cantidad de material.Se ha obtenido, sin embargo, un distanciamiento de las probables zonas traccionadas y comprimidas, para prevenir el pandeo, cualquiera que sea su dirección.
El diámetro del tubo, como es lógico, depende del largo del pilar.
Hasta ahora hemos supuesto que la barra o pilar que sufre el pandeo recibe la compresión libremente en ambos extremos, como un puntal de madera que sostiene un techo o el pilar de un corredor de una casa colonial. No obstante, tiene gran importancia si ellos están unidos o empotrados en sus extremos. Tanto es asi que una barra o pilar empotrado sólo en uno de sus extremos, puede recibir el doble que otro que esta simplemente apoyado (ver figura 7 ). Y si ambos extremos están empotrados como en el ejemplo reciente de los tubos de acero, que están unidos arriba a la losa de hormigón y abajo al cimiento, pueden recibir cuatro veces más carga.
Figura 7. La resistencia al pandeo depende del tipo de apoyo del pilar, tanto superior como inferior.El pilar de la letra A de la figura 7, es un tipico pilar de madera de un corredor de casa colonial, simplemente apoyado en sus extremos. El pilar de la letra B, es un pilar empotrado en su base y simplemente apoyado arriba. Resiste el doble de carga que el anterior, antes de pandearse. El pilar de la letra C, es un pilar con ambos extremos empotrados. Puede recibir cuatro veces la carga del primero.
Las barras oblicuas de la viga de celosia que vimos anteriormente, trabajan a la compresión (una por medio), tienen su longitud limitada por el peligro de pandeo. Si se quiere construir con vigas con barras de mayor longitud tendría que recurrirse a usar tubos o perfiles de acero.
Por definición acero estructural es el acero que mantiene sus propiedades resistentes después de doblarlo, cortarlo o calentarlo a la temperatura de fusión.
Los Perfiles Laminados en caliente son un producto metalúrgico de sección específica (forma U,I,H,L) disponibles en barras de grandes longitudes en los cuales se cargan las vigas, columnas u otra pieza concerniente al esqueleto portante de un edificio.
Algunos tipos de Perfiles Laminado de acero
Figura 8- Perfiles habituales de acero laminado.
Los tubos no se usan con frecuencia en este tipo de estructuras por dificultades de unión en los nudos o cruces de barras, problema que se facilita con los perfiles. Se llama asi a las barras de hierro o acero cuya sección tiene la forma de angulo o de una letra T, U o H (éste último también se llama "doble T").Por definición acero estructural es el acero que mantiene sus propiedades resistentes después de doblarlo, cortarlo o calentarlo a la temperatura de fusión.
Los Perfiles Laminados en caliente son un producto metalúrgico de sección específica (forma U,I,H,L) disponibles en barras de grandes longitudes en los cuales se cargan las vigas, columnas u otra pieza concerniente al esqueleto portante de un edificio.
Algunos tipos de Perfiles Laminado de acero
1.- Perfil ángulo, :
Los ángulos estructurales L-AZA, son productos cuyas alas son iguales y forman un ángulo de 90° entre sí. (ver figura 8)
Este perfil después de ser laminado es enderezado en frío.Los ángulos estructurales L-AZA, son productos cuyas alas son iguales y forman un ángulo de 90° entre sí. (ver figura 8)
Figura 8. Ángulo estructural.
Aplicaciones:
Los ángulos estructurales L-AZA se aplican en la construcción de estructuras metálicas livianas y pesadas, donde las partes van unidas por soldadura o apernadas y son capaces de soportar esfuerzo dinámicos.
Figura 9. Perfil angular de lados iguales.
Perfil Angular de lados iguales / Equal Leg Angles.
Según su clasificación por su forma o sección:
| Europeo | L | UNE EN 10056-1 |
| UNE EN 10056-2 | ||
| Americano | L | ASTM A 6 |
Figura 9. Perfil angular de lados iguales.Ejemplos de aplicación son: torres de alta tensión, elementos estructurales articulados en uso arquitectónico,placas estereométricas, grúas, carrocerias, partes de carros de FF.CC., etc.
También son empleados en elementos de menor solicitación como soportes, muebles, marcos, barras de empalme y ferreteria eléctrica en general.
También son empleados en elementos de menor solicitación como soportes, muebles, marcos, barras de empalme y ferreteria eléctrica en general.
Largos normales de los angulos estructurales L - AZA es de 6,9,12 m. Otros largos especiales están sujetos a consulta.
2.-Perfil U:
Acero realizado en caliente mediante láminas cuya sección tiene forma de U. Se utiliza como vigas o columnas para diversas aplicaciones estructurales.
Figura 10. Perfil U.2.1.- UPE : Perfiles en U de alas paralelas.
Figura 10. Perfil U alas paralelas.
Perfil U de alas paralelas/Channels with parallel flanges.
| Europeo | UPE | UNE EN 10279 |
| DIN 10026-2 | ||
| Ingles | PFC | BS 4-1 |
| UNE EN 10279 |
2.2.- UPN: Perfiles en U de alas inclinadas.
Figura 11. Perfil U de alas inclinadas.
Perfil U de alas inclinadas / Channels.
| Europeo | UPN | UNE EN 36522 |
| UNE EN 10279 | ||
| U | Comercial | |
| UNE 36525/ EU 54 | ||
| UNE EN 10279 | ||
| Ingles | CH | BS 4-1 |
| UNE EN 10279 | ||
| Americano | MC,C | ASTM A 6 |
2.3.- Perfiles en U y UE de alas inclinadas.
Aplicaciones:
En la industria de la construcción metálica como elementos estructurales formando parte de vigas, columnas, entrepisos, reticulados, etc. Admiten uniones tradicionales: bulones normales, bulones de alta resistencia, soldadura, etc.
3.- Perfiles H (también llamados "doble T)
Producto de acero laminado que se crea en caliente cuya sección tiene la forma de H.
Figura 12. Perfil H.
3.1.- Perfil H de ala ancha y caras paralelas/H section with wide flanges.
3.2.- Perfil H de ala ancha y caras paralelas para pilares / wide flange bearing piles.
| Europeo | HEA.HEB,HEM | UNE 36524/ EU 53 |
| UNE EN 10034 | ||
| HEAA | UNE EN 10034 | |
| Ingles | UC | BS 4-1 |
| UNE EN 10034 | ||
| Americano | W | ASTM A 6 |
| Japones | H-JIS | JIS G3192 |
3.2.- Perfil H de ala ancha y caras paralelas para pilares / wide flange bearing piles.
| Ingles | UBP | BS 4-1 |
| UNE EN 10034 | ||
| Americano | HP | ASTM A 6 |
4.- Perfil T
Figura 13. Perfil T5.- Perfil I.
5.1.- Perfil I de alas inclinadas /I section with tapered flanges
5.2.- Perfil I de alas paralelas /I section with parallel flanges
5.1.- Perfil I de alas inclinadas /I section with tapered flanges
Figura 14. Perfil IPN.
| Europeo | IPN | UNE 36521/ EU 24 |
| UNE EN 10024 | ||
| Ingles | J | BS 4-1 |
| UNE EN 10024 | ||
| Americano | S | ASTM A 6 |
5.2.- Perfil I de alas paralelas /I section with parallel flanges
Figura 15. Perfil IPE.
| Europeo | IPE | UNE 36526/ EU 19 |
| UNE EN 10034 | ||
| IPEA, IPEO | UNE 36525/ EU 54 | |
| UNE EN 10034 | ||
| Ingles | UB | BS 4-1 |
| UNE EN 10034 | ||
| Americano | W | ASTM A 6 |
| Japones | H-JIS | JIS G3192 |
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