PRIMER ENCUENTRO DEL ACERO EN COLOMBIA

CONSTRUCCIÓN CON PERFILES DE ACERO FORMADOS EN FRÍO:

UNA ALTERNATIVA EFICIENTE Y ECONÓMICA Por

Jairo Uribe Escamilla Ingeniero Civil, M.Sc., Ph.D.1

RESUMEN Las estructuras hechas con miembros estructurales formados en frío, constituyen un renglón importante en la industria de la construcción en países desarrollados y su uso ha empezado a incrementarse en nuestro medio. Su diseño presenta problemas especiales con respecto a las estructuras hechas con perfiles laminados, por lo cual se rige por normas diferentes. En el presente trabajo se explican brevemente dichas estructuras y los problemas que presentan; se muestran ejemplos de su utilización reciente en nuestro país y se indica el capítulo de las Normas Colombianas de Construcción Sismo Resistente, NSR-98, Ref.1, que gobierna su diseño. Además se hace un breve recuento de los cambios recientes en la norma vigente en los Estados Unidos, Ref. 2, que deberán tenerse en cuenta en la próxima actualización de la norma colombiana.

1 - GENERALIDADES La construcción con perfiles formados en frío, constituye hoy en día una industria importante en los países desarrollados. Sus productos complementan y aún reemplazan en muchos casos a los perfiles laminados corrientes. Se pueden dividir en dos categorías: a) perfiles estructurales cuyo propósito fundamental es resistir cargas, y b) paneles y tableros que además de resistencia deben proporcionar superficies útiles o cumplir con otros fines. Los miembros estructurales de acero, formados en frío, se hacen con lámina producida en caliente (hot rolled) o reducida en frío (cold rolled) por cualquiera de los métodos descritos más adelante. Sus espesores varían, en general, desde el correspondiente al calibre Nº 28 ( 0.38 mm, 0.0149 pul ) hasta el del calibre Nº 10 ( 3.42 mm, 0.1345 pul ); pero hay casos en que se utilizan láminas más gruesas, llegando inclusive a espesores de 25 mm ( 1 pul ). Entre los usos comunes de estos perfiles figuran carrocerías, equipos varios, estanterías, silos, torres de transmisión, ductos de drenaje y tableros de puentes. También constituyen la base de los denominados Sistemas de construcción metálica muy utilizados en edificios estandarizados para aulas estudiantiles, instalaciones industriales, bodegas y campamentos y de la Construcción de vivienda con entramados livianos de acero, que en la última década han ganado un porcentaje importante del mercado de construcción de uno o dos pisos en dichos países. Sin embargo, no está limitada a construcciones pequeñas; se han utilizado con éxito en las torres gemelas del Centro Mundial del Comercio en Nueva York, en el hangar para los Boeing 747 de la compañía American Airlines en Los Angeles, en coliseos deportivos, iglesias y centros comerciales (véase la figura 1).

1 Profesor, Escuela Colombiana de Ingeniería

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Estantería pesada Residencia con entramado liviano

Sede corporativa Edificio para oficinas

Cubierta en el Museo Británico Planta industrial

Figura 1 – Construcciones hechas con perfiles formados en frío ( Ref. 3 a 5)

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2 - CONFIGURACIONES COMUNES

Una de las mayores ventajas de los perfiles producidos en frío es la facilidad de obtenerlos en la forma más eficiente que cumpla con los fines deseados. La Fig. 1, tomada del libro de Yu (Ref. 4), muestra las configuraciones más empleadas en usos estructurales.

Figura 2 - Perfiles más utilizados con fines estructurales (Yu, Ref. 4)

Según el mismo autor, cuyo libro será la base de este trabajo, en el mercado estadounidense los elementos utilizados en pórticos varían en altura entre 51 y 305 mm con espesores entre 1.2 y 6.4 mm. Sin embargo, se producen perfiles con alturas hasta de 457 mm ( 18 pul ) y un espesor de 19 o 25 mm ( 3/4 o 1/2 pul ). En Colombia se producen actualmente perfiles C y Z, con pestañas o sin ellas. Como su misión principal es resistir cargas hay que prestar especial cuidado a su resistencia y rigidez. Con ellos se pueden hacer estructuras hasta de tres o cuatro pisos. Para edificaciones mayores la estructura principal se hace en hormigón o con perfiles laminados corrientes y los perfiles producidos en frío vienen a complementarlos en la forma de refuerzo, correas, paneles o tableros. La figura 3, tomada de la misma referencia, muestra configuraciones comunes de tableros, paneles y lámina corrugada. Estos perfiles se usan comúnmente en cubiertas, entrepisos, bien sea como formaleta o trabajando en acción compuesta, en paredes divisorias y de cerramiento.. En Colombia se producen actualmente tableros para entrepisos con diferentes alturas y espesores y paneles con aislamiento para cubiertas, paredes exteriores y divisiones como los indicados en las figuras 4 y 5. La profundidad de los paneles suele estar entre 38 y 191 mm ( 1 1/2 a 7 1/2 pul ) y su espesor entre 0.5 y 1.9 mm ( 0.018 a 0.075 pul ) aunque se ha bajado hasta espesores de 0.3 mm ( 0.012 pul ). En la figura 3 se muestra un tipo de panel producido actualmente en Colombia. La lámina corrugada presenta una gran variedad de configuraciones con pasos entre 32 y 76 mm, profundidades entre 6.4 y 25 mm y espesores entre 0.3 y 4.2 mm. Estos tipos de secciones no sólo proporcionan capacidad estructural para resistir cargas sino que tienen otras funciones igualmente importantes: apariencia, aislamiento, espacios para ductos, cerramiento, contención, etc. Son especialmente útiles para resistir las fuerzas de corte debidas a fenómenos sísmicos o eólicos.

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Figura 3 - Tableros, paneles y lámina corrugada (adaptado de Yu, Ref. 4)

Figura 4 – Panel para divisiones

Figura 5 – Panel con ventanas incorporadas y panel tubo

También se han utilizado en grandes cubiertas de placas plegadas, en paraboloides hiperbólicos y en bóvedas cilíndricas para cubrir grandes espacios; logrando, económicamente, estructuras muy bellas.

Láminas corrugadas

Paneles para entrepisos y cubiertas

Tableros para cubiertas de gran luz

Tableros para cubiertas

(d

(g

(c(b(a

(f(e

(h (i (j

(k (l mPaneles con nervaduras Paneles muros de corte

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En los Estados Unidos los tableros de lámina de acero formados en frío se han utilizado por muchos años no sólo como formaleta sino también como refuerzo de losas y entrepisos de hormigón, tanto en puentes como en edificios. En nuestro país sólo se han utilizado recientemente con este fin y su aceptación es cada vez mayor. 3 - METODOS DE FABRICACION Los perfiles formados en frío se obtienen a partir de material plano, laminado en frío o en caliente, por métodos manuales o en un tren especial de configuración. En el primer caso, la lámina se corta con cizalla en tiras del ancho deseado que corresponde a la longitud de desarrollo de su sección transversal. Generalmente se utiliza lámina con espesores entre 1 y 6 mm, aunque también se producen en frío perfiles de 12 o 25 mm de espesor. Luego, en prensas de operación manual se dobla longitudinalmente la tira, con la ayuda de troqueles especiales, hasta obtener la configuración final. Existen dos procesos según que el doblez se haga con la base al aire o contra un troquel que le sirve de cuña. En el prensado al aire (Fig. 6, a), sólo se usa un troquel macho de manera que el respaldo de la pieza permanece al aire. En consecuencia, se produce un efecto de resorte relativamente grande que exige gran habilidad por parte del operario para lograr tolerancias aceptables en las dimensiones finales. En el prensado con cuña (Fig. 6, b), en cambio, existe además un troquel hembra que sostiene el respaldo de la lámina mientras se acuña el doblez. Naturalmente esto hace que el efecto de resorte sea menor y por lo tanto mucho más fácil el control de las dimensiones. a) al aire b) con cuña

Figura 6 - Prensado manual de perfiles formados en frío

Es evidente que ambos procesos son lentos y en consecuencia sin mayor importancia desde el punto de vista industrial. Además, las prensas existentes en los talleres rara vez permiten doblar material de más de 3 o 4 m de longitud, lo cual limita considerablemente su aplicación.

La configuración en frío mediante trenes especiales constituye por el contrario un renglón muy importante en países industrializados. El primer paso es desenrollar la lámina para pasarla luego por un rodillo de cuchillas ajustables, que la cortan en tiras con el ancho de desarrollo del perfil que se va a producir. Inmediatamente después, dichas tiras entran en el tren de configuración, constituido por una serie de bastidores con parejas de rodillos complementarios que poco a poco transforman las tiras planas en los perfiles deseados. Al salir del último par de rodillos los perfiles se enderezan y cortan en longitudes normalizadas. La figura 7 muestra uno de estos trenes de rodillos

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Figura 7 – Tren de rodillos para formar tableros de acero

En algunas plantas los perfiles así configurados siguen a un tren de ensamblaje, donde se unen a barras de hierro dobladas en zig-zag, para constituir viguetas en celosía. La figura 8 muestra un esquema típico de dichas plantas.

Figura 8– Esquema de una planta de producción de correas de celosía dobladas en frío

Despachos

Almacén

Despacho Almacen

Doblado de varillas

InspecciónEnsamble de correas

Bastidores de laminación

Cizalla

Enderezado y corte

Inspección

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La industrialización de este proceso lo hace relativamente económico, alcanzándose tasas de producción entre 6 y 100 metros de perfil por minuto. Sin embargo, el alto costo de los rodillos hace que sólo sea rentable cuando se tiene un amplio mercado. Vale la pena señalar que una ventaja adicional es el trabajo en frío a que se ve sometido el material, que en ocasiones eleva significativamente su resistencia y que puede aprovecharse ventajosamente en el diseño (Ref. 6 a 13).

4 PRODUCCION Y UTILIZACIÓN EN COLOMBIA DE PERFILES FORMADOS EN FRIO

En nuestro país se han utilizado perfiles formados en frío, que inicialmente sólo se producían por métodos manuales de doblado, desde hace varias décadas. Aunque hoy en día se siguen utilizando dichos métodos, varias empresas, entre ellas ACESCO, COLDITEC, COLMENA, CORPACERO, FAJOBE, METAL FRAME, METCOL, PERFILAMOS y STEEL DE COLOMBIA montaron en los últimos años plantas de plegado en frío que abastecen el mercado nacional. Actualmente producen perfiles C y Z con pestañas y sin ella, en lámina negra o galvanizada, que se utilizan como correas o miembros de cerchas, vigas y pórticos; tableros de acero para entrepiso que se pueden usar simplemente como formaleta o colaborando con el concreto en construcción compuesta y paneles con aislamiento para ser usados como techos, paredes exteriores o divisiones. En la figura 9 se muestran algunos ejemplos de construcciones en nuestro país hechas con dichos elementos.

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Figura 9 – Construcciones en Colombia hechas con perfiles formados en frío (continúa)

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Figura 9 – Construcciones en Colombia hechas con perfiles formados en frío (continuación) 5 - VENTAJAS DE LA CONSTRUCCION CON PERFILES FORMADOS EN FRIO

Si se compara con la construcción tradicional en hormigón o madera las estructuras fabricadas con elementos formados en frío ofrecen las siguientes ventajas:

• Menor peso para una capacidad de soporte dada. • Facilidad de prefabricación y producción masiva. • Manejo y transporte fáciles y económicos. • Facilidad y rapidez de ensamblaje. • Buen control de calidad. • Con buena protección anticorrosiva gran resistencia a organismos y condiciones climáticas

adversos. • No necesitan cimbras ni encofrados. • Son incombustibles.

Comparados con los perfiles laminados corrientes en construcciones de acero sus ventajas son:

• Más económicas para cargas livianas y luces cortas. • Mayor versatilidad por la posibilidad de configurarlas de tal manera que se ajusten a las

solicitaciones producidas por la carga. De esta manera se logran relaciones muy favorables de resistencia por unidad de peso.

• Proporcionan superficies útiles para propósitos estéticos, de cerramiento o de contención, o ductos para instalaciones mecánicas, hidráulicas y eléctricas.

• Los paneles y tableros pueden usarse no sólo para resistir cargas normales a su plano sino también como elementos que resistan fuerzas cortantes en su propio plano, como las debidas a viento y sismo, siempre y cuando se conecten en forma adecuada entre sí y a los miembros principales de la estructura.

Por otra parte presentan las siguientes desventajas:

• Requieren un control de calidad cuidadoso.

• Debido a sus espesores, generalmente muy delgados, es indispensable una muy buena protección contra la corrosión.

• Su diseño es relativamente más complicado.

6 - NORMAS QUE RIGEN EL DISEÑO DE MIEMBROS ESTRUCTURALES FORMADOS EN FRÍO

Los miembros estructurales, configurados en frío, empezaron a usarse en Inglaterra y Estados Unidos a mediados del siglo pasado. Sin embargo, la diferencia de comportamiento con los perfiles laminados y la carencia de investigaciones y normas apropiadas para su diseño hicieron que su uso fuera bastante limitado hasta los años 30 del presente siglo. Los imperativos económicos de entonces hicieron patente en los Estados Unidos la necesidad de efectuar amplias investigaciones sobre el comportamiento de dichos miembros que permitiera escribir una norma que regulara su diseño. En consecuencia, el Instituto Americano del Hierro y el Acero (American Iron and Steel Institute, AISI), resolvió patrocinar en la Universidad de Cornell

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un proyecto de investigación con ese fin. Dicho proyecto se inició en 1939 bajo la dirección del Profesor George Winter y continúa hasta la fecha no sólo allí sino en otras universidades. El Profesor Winter dirigió el proyecto hasta su retiro, durante más de treinta años, y escribió además del primer código de diseño un comentario al mismo que sentó las bases para dicha práctica, hoy en día común en otras entidades con los mismos fines. La primera edición con base en diseño para estados límites de dicho código es de 1991 y se titula Load and Resistance Factor Design Specification for Cold-Formed Steel Structural Members (Ref. 6); constituye la Parte I del LRFD Cold-Formed Steel Design Manual (Ref. 7), publicado por el AISI. Su traducción constituye el capítulo F.6 de las Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente, NSR-98, Ref. 1. En 1996 el AISI sacó una nueva edición tanto de la Norma como del Manual, que contiene ambas filosofías de diseño: por estados límites y por esfuerzos admisibles, Ref. 2 y 13. El alcance de las investigaciones efectuadas en Cornell fue resumido por Yu, así: Las investigaciones realizadas en la Universidad de Cornell por el Profesor George Winter y sus colaboradores permitieron desarrollar métodos de diseño que contemplan el ancho efectivo para miembros rigidizados a compresión, esfuerzos reducidos de trabajo para miembros no rigidizados, arrugamiento del alma en perfiles de pared delgada formados en frío, pandeo lateral de vigas, comportamiento estructural de parales , pandeo de cerchas y pórticos, flexión asimétrica de vigas, conexiones soldadas y atornilladas, pandeo a flexión de columnas de pared delgada, pandeo a flexo-torsión de columnas cargadas axial y excéntricamente, tanto en el intervalo elástico como en el inelástico, efectos del formado en frio en las propiedades del material, comportamiento de miembros estructurales de acero inoxidable, resistencia al corte de diafragmas formados en frío de acero, comportamiento de vigas y columnas arriostradas continuamente por medio de diafragmas, placas plegadas y paraboloides hiperbólicos para cubiertas, influencia de la ductilidad, requisitos de arriostramiento de perfiles C y Z cargados en el plano del alma, conectores mecánicos para acero formado en frío, interacción de los pandeos local y general, capacidad de reserva inelástica de vigas, resistencia de elementos perforados a la compresión, rigidizadores de borde e intermedios, estructuras para estanterías de almacenamiento, análisis probabilístico y comportamiento de correas C y Z ante cargas de viento. El autor trabajó, durante su permanencia en Cornell, en el estudio de los efectos del formado en frío en el comportamiento de vigas y columnas hechas con perfiles formados en frío (Refs. 8 a 12). En nuestro país infortunadamente el apoyo de la industria a la investigación era prácticamente nulo y hasta hace poco tan sólo había podido dirigir dos proyectos de grado y una tesis de magister sobre el tema (Refs. 14 a 16). . Existen otros proyectos de grado realizados en nuestro medio pero carece de información precisa sobre los mismos. Esta situación está cambiando y hay investigaciones en curso conjuntas entre universidades y empresas del sector; una de ellas se encuentra actualmente bajo su dirección. Además, recientemente algunas empresas han realizado o patrocinado estudios sobre el uso de tableros metálicos en losas de entrepisos. En las últimas decadas se han efectuado numerosas investigaciones en muchas universidades de los Estados Unidos y de otros países. Entre ellas se pueden mencionar las realizadas en Australia, Bélgica, Canadá, Checoeslovaquia, Alemania, Francia, Inglaterra, Irán, Israel, Japón, Holanda, Noruega, Polonia, Portugal, Rumania, Suecia, Suiza, Yugoeslavia y ahora Colombia. En consecuencia, se cuenta hoy en día con una gran riqueza de información que permite el diseño seguro y económico de estructuras con miembros estructurales formados en frío. La mayoría de esta información se encuentra en el Center for Cold-Formed Steel Structures, creado en la Universidad de Missouri-Rolla y dirigido por el profesor Yu.

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7 - CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEÑO El poco espesor que generalmente tiene el material y el proceso de fabricación de los perfiles hace que el diseño de estructuras con miembros formados en frío, presente problemas especiales que no se encuentran al utilizar los perfiles laminados corrientes. Los principales se explican a continuación. 7.1 - Pandeo local y resistencia posterior al pandeo de miembros formados en frío sometidos a

compresión. Las dimensiones normales de los perfiles utilizados en construcción con perfiles formados en frío hacen que la relación ancho / espesor (w/t) de los mismos sea bastante mayor que la de los perfiles corrientes. En consecuencia se puede presentar pandeo local a niveles de esfuerzo muy inferiores al de fluencia del material, cuando el miembro está sometido a compresión, corte, flexión o aplastamiento (véase la figura 10).

Figura 10 – Pandeo local en vigas hechas con perfiles doblados en frío (Yu, Ref. 4)

Sin embargo, es bien sabido que la aparición del pandeo local no necesariamente significa la falla del miembro pues dichos elementos pueden en muchos casos soportar cargas adicionales sin mayor deterioro. Es frecuente entonces que el diseño esté gobernado por condiciones de servicio más que de resistencia.

7.2- Rigidez torsional Como los perfiles hechos en frío son por lo general abiertos, su rigidez torsional es proporcional al cubo del espesor de la lámina; siendo éste relativamente pequeño, dichos perfiles son muy débiles para resistir torsión. Esto puede ser un problema importante pues en muchos casos en los perfiles utilizados el centroide no coincide con su centro de corte y la resultante de las cargas aplicadas no pasa por él. La torsión resultante puede conducir a que los miembros fallen por pandeo torso-flexionante (véase la figura 11).

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Figura 11 – Pandeo torsional en un perfil C (Yu, Ref. 4)

7.3 Rigidizadores en elementos a compresión El proceso de fabricación de perfiles en lámina delgada facilita el que se les dote de rigidizadores intermedios o de borde, con lo cual se mejora notablemente su capacidad resistente.

7.4 - Propiedades variables de las secciones que tienen elementos a compresión rigidizados

En elementos a compresión con relaciones ancho-espesor pequeñas todo el elemento trabaja por igual como es el supuesto usual en el análisis corriente. En cambio, cuando dicha relación es grande, los elementos más alejados de los bordes rigidizados toman menos carga y en consecuencia se obtiene una distribución no uniforme de esfuerzos que debe ser tenida en cuenta en el diseño. El problema se resuelve reemplazando el elemento real por uno ficticio con un ancho efectivo menor pero sometido a esfuerzo uniforme. Como dicho ancho efectivo depende del nivel de esfuerzos, resulta una sección con propiedades geométricas que varían con la clase de acero y con la magnitud de la solicitación. Esta solución que originalmente podía considerarse muy molesta se facilita hoy en día, enormemente, con el empleo de microcomputadoras o de calculadoras programables.

Figura 12 – Concepto de ancho efectivo

7.5 - Conexiones

Fy

w

f1

f1≤fcr

w

f2

f2>fcr

wb/2 b/2

Fy>f2

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En conexiones atornilladas de perfiles formados en frío la relativamente escasa separación entre las resistencias última y a fluencia del material y el poco espesor de las partes conectadas hace que el diseño de este tipo de uniones difiera del corriente, especialmente cuando deben transmitir tensiones o esfuerzos de aplastamiento. Por otra parte el proceso de soldadura más utilizado en la fabricación de estructuras de acero con perfiles formados en frío es el de resistencia, aunque para la unión de unos miembros con otros y con perfiles laminados se usan también diferentes clases de soldadura de arco. Las peculiaridades de la construcción en Colombia han estimulado la inventiva de nuestros ingenieros para desarrollar sistemas de unión propios tanto entre los miembros de acero como entre estos y los miembros de concreto; una muestra representativa son los detalles de las figuras 12 y 13.

Figura 12 – Uniones entre miembros de acero

7.6 - Resistencia del alma en los puntos de aplicación de cargas concentradas En la construcción con lámina delgada se dificulta considerablemente el empleo de rigidizadores especiales en los apoyos o en los puntos de aplicación de cargas concentradas y como la relación ancho-espesor del alma suele ser mucho mayor que la que se encuentra en perfiles laminados, existe el peligro de falla por pandeo local (comúnmente llamada arrugamiento), figura 14, que ha obligado al desarrollo de criterios especiales para garantizar su estabilidad.

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Figura 13 - Uniones entre miembros de acero y vigas o losas de concreto

7.7 - Limitaciones de espesor Aunque anteriormente se indicaron los espesores comunes en estructuras con perfiles formados en frío, los valores dados no deben considerarse límites absolutos pues lo importante en este tipo de construcción es la relación ancho-espesor de sus elementos y el esfuerzo básico utilizado. En consecuencia, se pueden utilizar exitosamente miembros hechos con lámina muy delgada, siempre y cuando se siga cuidadosamente la norma y se les dé protección adecuada contra la corrosión. Se ha encontrado que la durabilidad de dichos perfiles depende fundamentalmente del tratamiento protector dado a la lámina y no necesariamente del espesor de la lámina misma. Por lo tanto no se justifica limitar el espesor mínimo de los perfiles simplemente por temor a la corrosión. Cuando se trata de perfiles galvanizados, la tasa de corrosión en condiciones atmosféricas normales es prácticamente una función lineal del espesor del recubrimiento.

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Figura 14 – Falla del alma con una carga concentrada (Yu, Ref. 4)

7.8 - Diseño plástico La norma del AISI y por consiguiente la NSR-98 no contempla un método completo de diseño plástico. Las relaciones ancho-espesor comunes exceden considerablemente los límites requeridos para dicho diseño ya que cuando dicha relación es grande los perfiles fallan localmente antes de que puedan desarrollar las rótulas plásticas. Sin embargo, desde 1980, la norma permite utilizar hasta cierto punto la capacidad de reserva inelástica de miembros a flexión.

7.9 - Método lineal para calcular las propiedades resistentes de los perfiles laminados

El pequeño espesor de los perfiles laminados permite calcular sus propiedades elásticas utilizando el llamado método lineal que consiste en suponer todo el material concentrado en la línea media de los elementos del perfil y hacer el cálculo como si dichos elementos fueran líneas en vez de superficies. Al final, las propiedades así obtenidas se multiplican por el espesor de la lámina para obtener las propiedades utilizadas en el diseño. En la mayoría de los casos dicho método, que agiliza enormemente los cálculos, introduce errores despreciables. Sin embargo, dicha ventaja ha perdido importancia con la utilización de hojas electrónicas para hacerlos.

7.10 - Ensayos para casos especiales Teniendo en cuenta que una de las mayores ventajas de la construcción con perfiles formados en frío es la gran flexibilidad en el diseño geométrico de los perfiles y que es ilógico pretender que las fórmulas de diseño cubran todos los casos posibles, el código deja abierta la posibilidad de garantizar diseños especiales mediante ensayos de laboratorio. Con esto no se pretende reemplazar con ensayos los cálculos, pues generalmente el comportamiento estructural puede calcularse con un mayor grado de confiabilidad que los resultados de los ensayos. En consecuencia, cuando estos últimos se hacen indispensables, debe acudirse a laboratorios de reconocida calidad y seguirse cuidadosamente las pautas establecidas en el código citado.

7.11 - Efecto del formado en frío

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El formado en frío afecta las propiedades mecánicas del material, incrementando, a veces considerablemente, la resistencia a fluencia de la lámina virgen. Dicho aumento puede utilizarse ventajosamente en el diseño de vigas y columnas y el código lo autoriza expresamente.

8 ACTUALIZACIÓN DEL CAPÍTULO F.6 DE LA NORMA NSR-98 Como ya se dijo, el American Iron and Steel Institute, AISI, promulgó en 1996 una nueva norma, Ref. 2, para actualizar la de 1991 que sirvió de base para la redacción del Capítulo F.6 de las Normas NSR-98. En ella se tratan integralmente la filosofía de diseño para esfuerzos admisibles (DEA) y la de diseño para estados límites (DCCR). Los cambios en la nueva edición de la Norma AISI se refieren a los siguientes puntos, Ref. 13:

• Una nueva ecuación para calcular el k que se usa para determinar el ancho efectivo de un elemento.

• En el cálculo de la resistencia al pandeo lateral de miembros en flexión se incluye una nueva ecuación para calcular Cb y se extiende la aplicabilidad de la utilizada para calcular el momento crítico a secciones con simetría simple, doble o con respecto a un punto; antes sólo era aplicable a perfiles I y Z.

• Se incluye un nuevo método para determinar la capacidad en flexión de un sistema de cubierta con costura vertical.

• Se aumentó en 30 % la resistencia al arrugamiento del alma de perfiles Z utilizados como vigas, que están empernados al apoyo del extremo.

• Se adicionaron provisiones específicas para la combinación de flexión y arrugamiento del alma en el caso de perfiles Z anidados sobre un apoyo, utilizados como vigas.

• Se incluyen nuevas ecuaciones para columnas cargadas axialmente, que se aplican también a miembros cilíndricos. Por otra parte se eliminó la ecuación adicional para perfiles C y Z y para ángulos sencillos con aletas sin pestaña.

• Se dan nuevas provisiones para la combinación de tensión axial y flexión.

• En el caso de vigas constituidas por perfiles C y Z que no tienen ninguna aleta conectada a tableros se eliminó la provisión para el arriostramiento lateral en los cuartos y en el centro de la longitud cargada.

• Para los pies derechos de tabiques y ensambles de los mismos se dan nuevas provisiones para el cálculo del área efectiva cuando el alma del tabique tiene perforaciones no circulares. Además se revisó la tabla para determinar la rigidez al corte del tablero.

• Para la construcción con diafragmas se dan nuevas tablas de factores de seguridad para el diseño DEA y de coeficientes de reducción de capacidad para el diseño DCCR.

• Se dan nuevas provisiones para las soldaduras de arco puntuales sometidas a tensión.

• Se adiciona una nueva sección que trata las conexiones atornilladas y que incluye corte y tensión.

Se espera que en la próxima actualización del Capítulo F.6 de las Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente, NSR-98, se incorporen estos cambios en todo lo que se refiere a

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diseño para estados límites (DCCR). El autor considera que sería un retroceso incluir el diseño para esfuerzos admisibles (DEA) ya que en nuestro país no existen las razones económicas de no perder las inversiones en programas especializados de cálculo, dibujo y fabricación que justifican su inclusión en las Normas AISI.

9 CONCLUSIONES

Las estructuras hechas con perfiles formados en frío constituyen un renglón importante en la construción en países industrializados y en los últimos años ha ido ganando aceptación en nuestro medio. Una de las causas que limitan su uso es la relativa mayor dificultad que presenta su diseño por la existencia de fenómenos especiales como el pandeo local y problemas originados en el proceso de producción, con los cuales no suelen estar familiarizados los ingenieros calculistas. Ahora las Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente, NSR-98, presentan por primera vez en Colombia, en su Capítulo F.6, los procedimientos que permiten diseñar esta clase de estructuras con seguridad y economía. Se espera que en la próxima actualización de estas Normas se incluyan los cambios hechos en la norma del American Iron and Steel Institute, AISI, que le sirvió de base.

RECONOCIMIENTO

El autor agradece a la ingeniera Sandra Rocío Jerez, profesora de la Escuela Colombiana de Ingeniería, y al estudiante Gustavo Adolfo Toro, su invaluable ayuda para la edición de este trabajo.

BIBLIOGRAFIA 1. Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente, NSR-98 - Ley 400 de 1997,

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2. Specification & Commentary for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members, 1996 Edition - American Iron and Steel Institute, AISI, Washington, 1996.

3. Internet – www.csd-eng.com/photos/proyect/photos.htm 4. Yu, Wei-Wen.- Cold-Formed Steel Design, 3rd. Edition - John Wiley & Sons, Nueva York,

2000. 5. Center for Cold-Formed Steel Structures at the University of Missouri-Rolla, CCFSS News, Vol.

3, N° 1, agosto de 1992. 6. American Iron and Steel Institute, AISI.- Load and Resistance Factor Design Specification for

the Design of Cold-Formed Steel Structural Members - Marzo 16 de 1991, AISI, 1000 16th Street, Washington, DC 20036.

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9. Winter, George y Uribe, Jairo.- Effects of Cold Work on Cold Formed Steel Members, publicado en el libro "Thin Walled Steel Structures: their design and use in building" por K. C. Rockey y H. V. Hill, Crosby Lockwood, Londres, 1969.

10. Uribe, Jairo y Winter, George.- Cold Forming Effects in Thin-Walled Steel Members - Cornell Engineering Research Bulletin Nº 70-1, Ithaca, 1970.

11. Uribe, Jairo.- Effects of Cold-Forming on the Flexural Behavior of Light Gage Steel Members - Tesis M. Sc., Universidad de Cornell, Ithaca, 1966.

12. Uribe, Jairo.- Aspects of the Effects of Cold-Forming on the Properties and Performance of Light-Gage Steel Structural Members - Tesis Ph. D., Universidad de Cornell, Ithaca, 1969.

13. Cold Formed Steel Design Manual - American Iron and Steel Institute, AISI, Washington, 1997. 14. Torres, Juan A.- Comportamiento de miembros estructurales de lámina delgada, de calidad

comercial, formados en frío, sometidos a tensión y compresión simples - Proyecto de grado, Universidad de los Andes, 1980.

15. Argote, Carlos.- Comportamiento de correas en lámina delgada, sometidas a flexión asimétrica - Tesis de Magister, Universidad Nacional de Colombia, 1982.

16. Perea, Blanca L.- Influencia de la flexión asimétrica y del arriostramiento en el comportamiento de correas hechas con perfiles C de lámina delgada, formados en frío - Proyecto de grado, Universidad de los Andes, 1988.