¿Qué diferencia hay entre Ix, Zx y Sx?

Ix es el momento de inercia y gobierna la rigidez: aparece en todas las fórmulas de flecha, y duplicarlo reduce la flecha a la mitad. Los otros dos son módulos resistentes, y las letras están intercambiadas entre normas, así que comprueba cuál estás leyendo. AS 4100, NZS 3404 y la práctica japonesa llaman Z al módulo ELÁSTICO y S al PLÁSTICO; AISC, en Estados Unidos, hace exactamente lo contrario: S para el elástico y Z para el plástico; el Eurocódigo evita el choque con W_el y W_pl, e IS 800 con Z_e y Z_p. Se llame como se llame, el módulo elástico es I dividido por la distancia a la fibra extrema y gobierna la tensión de flexión mientras la sección permanece elástica, ya que la tensión es M dividido por él. El módulo plástico gobierna la capacidad una vez que toda la sección ha plastificado, que es lo que dimensionan las normas de estados límite. El valor plástico es siempre el mayor de los dos; su cociente es el factor de forma, del orden de 1.15 en un perfil en I y de 1.5 en un rectángulo macizo. StructureCalcs escribe las letras de la norma de cálculo que hayas elegido, y un perfil colocado desde la biblioteca usa las letras del catálogo del que procede.

¿Por qué importa el radio de giro?

Porque gobierna el pandeo. Es la raíz cuadrada de I dividido por A, y la esbeltez de una barra comprimida es su longitud de pandeo dividida por r. La capacidad cae al aumentar la esbeltez, así que el que cuenta es el menor de rx y ry: una columna pandea respecto del eje más débil, no del que dibujaste primero.

¿Qué normas de perfiles de acero incluye StructureCalcs?

Seis: AS/NZS (australiana), AISC (estadounidense), EN 10365 (europea), BS 4 (británica), JIS (japonesa) e IS 808 (india), con más de 2.600 perfiles en total. Las designaciones se repiten entre normas —un C 250 es una forma distinta en Australia, en Estados Unidos y en India—, así que la norma forma parte del nombre. Las propiedades que se sirven indican la edición de la que proceden, y la API la expone, de modo que cualquier cifra puede rastrearse hasta su fuente.

¿Por qué las propiedades calculadas difieren de la tabla publicada?

Porque una forma dibujada tiene esquinas vivas y una laminada no, y la diferencia va en los dos sentidos. Un perfil abierto —una I, una U, un angular— tiene un radio de acuerdo donde el alma encuentra cada ala, que es material de más que el dibujo de esquinas vivas se deja fuera, así que los valores calculados salen algo por debajo de los publicados. Un perfil hueco, en cambio, tiene las esquinas exteriores redondeadas, material que el dibujo incluye y el tubo real no, así que los valores calculados salen algo por encima. En un sentido o en otro es un uno o dos por ciento, y por eso la biblioteca guarda las propiedades publicadas en vez de recalcularlas.

¿Cuándo conviene dibujar una sección en vez de elegirla en la biblioteca?

Siempre que la forma no esté en un catálogo. Las vigas armadas, las vigas con platabandas, los forjados mixtos de acero y hormigón, los carriles de grúa, los perfiles alveolares y cualquier sección con un hueco recortado quedan fuera de las tablas normalizadas. La calculadora de secciones obtiene el área, el centro de gravedad, Ix, Iy, Ixy, los ejes principales y su ángulo, los radios de giro y los módulos resistentes elástico y plástico a partir de la geometría que dibujes, y esos valores vuelven directamente a un cálculo de viga, celosía o pórtico.

Entender los perfiles de acero: formas, propiedades y cómo elegir

Cada forma de esta página está dibujada con dimensiones reales y sus propiedades las calcula el mismo motor que mueve la calculadora de secciones. Las calculadoras llevan una biblioteca de más de 2.600 perfiles publicados de seis normas; esta página trata de lo que esos números significan.

Por qué la forma lo es todo

La rigidez a flexión viene de I, el momento de inercia, y I crece con el cuadrado de la distancia del material al eje neutro. Aleja el acero del eje y trabajará desproporcionadamente más. Toda forma laminada en uso es una respuesta a esa única observación.

Figura 1.Una viga universal dibujada con las dimensiones nominales de un 310UB40.4 (304 × 165, alas de 10.2 mm, alma de 6.1 mm). El punto marcado es el centroide, el eje respecto al que se mide la flexión. Área 5×10³ mm², Ix 84.3×10⁶ mm⁴, Iy 7.6×10⁶ mm⁴.

Fíjate en los dos valores de I. El mismo acero es 11 veces más rígido respecto al eje fuerte que al débil, solo por dónde está colocado. Esa relación es la razón de que un perfil en I sea como es, y la razón de que poner una viga de canto tumbado sea un error que solo se comete una vez.

Las cuatro familias, dibujadas

Los perfiles en I (UB, UC, W, IPE, HEA/HEB, ISMB) colocan casi todo el material en dos alas tan separadas como permite la laminación, con el alma justa para llevar el cortante y mantenerlas ahí. Las vigas universales son altas y estrechas, para flexión. Los pilares universales son casi cuadrados, de modo que su eje débil no queda muy por detrás del fuerte, que es justo lo que necesita un pilar, capaz de pandear en la dirección que le apetezca.

Figura 2.Un perfil en U PFC de 250. Fíjate en dónde queda el centroide: desplazado hacia el alma, no a media altura de las alas. Ix 44.4×10⁶ mm⁴ frente a Iy 3.6×10⁶ mm⁴.

Los perfiles en U (PFC, C, MC, UPE) son un perfil en I al que se le ha quitado media ala. Apoyan planos contra un muro u otro elemento, y por eso aparecen como vigas de borde, correas y zancas de escalera. Su asimetría tiene una consecuencia que conviene respetar: si cargas un perfil en U por su centroide, gira, porque el centro de esfuerzos cortantes queda fuera de la sección. O lo arriostras, o lo cargas por el centro de esfuerzos cortantes.

Figura 3.Un perfil hueco cuadrado de 150×150×6. Ix e Iy valen lo mismo, 12.0×10⁶ mm⁴: una forma cerrada en la que nada distingue una dirección de la otra.

Los perfiles huecos (SHS, RHS, CHS) son cerrados, así que resultan muchísimo más rígidos a torsión que cualquier forma abierta: una sección abierta se opone al giro solo por alabeo, y una cerrada mediante un flujo de cortante alrededor del tubo. Además tienen I igual o casi igual respecto a los dos ejes, lo que los hace excelentes pilares y arriostramientos, y quedan lo bastante limpios como para dejarlos vistos. El precio son las uniones: no se puede atornillar por dentro de un tubo.

Figura 4.Un angular de lados desiguales de 150×90×10 con sus ejes PRINCIPALES dibujados. Están girados 20.1° respecto a las alas, de modo que flectar respecto a la horizontal dibujada no es flectar respecto a un eje principal, y la sección se desplaza lateralmente además de hacia abajo.

Los angulares (EA, UA, L) son la forma útil más barata: arriostramientos, dinteles y barras de celosías ligeras. Un angular de lados desiguales es la demostración clásica de que los ejes que dibujaste no son necesariamente aquellos respecto a los que flecta la sección. Su I mínimo —aquí 0.9×10⁶ mm⁴, respecto al eje principal más débil y no respecto a ninguna de las alas— es lo que gobierna el pandeo, y leer Iy de una tabla en su lugar es una trampa de verdad.

Para qué sirve cada propiedad

A — área (mm²). Capacidad axil y peso propio. El acero pesa 7.850 kg/m³, así que un perfil pesa 7.85 kg/m por cada cm² de área. El UB de arriba sale a 40.0 kg/m.
Ix, Iy — momento de inercia (mm⁴). La rigidez a flexión, y la I que aparece en todas las fórmulas de flecha. La flecha es inversamente proporcional a él: duplica I y la reduces a la mitad.
Z — módulo resistente elástico (mm³), = I / c. La resistencia a flexión mientras la sección sigue elástica. La tensión es M dividido por él, así que es contra lo que se compara un momento. El UB de arriba tiene Z = 554×10³ mm³.
S — módulo resistente plástico (mm³). La capacidad una vez que toda la sección ha plastificado, que es a lo que dimensionan las normas de estados límite. Siempre es mayor que el elástico; su cociente es el factor de forma: en torno a 1.15 en un perfil en I y 1.5 en un rectángulo macizo. Aquí S/Z = 1.11. ⚠ Las tablas de EE. UU. (AISC) invierten esas dos letras, así que comprueba qué tabla estás leyendo.
r — radio de giro (mm), = √(I/A). El pandeo. La esbeltez es Le/r, y la capacidad de una barra comprimida cae con ella, así que el menor de rx = 129 mm y ry = 39 mm es el que importa.
Imáx, Imín y θp — los valores principales. En cualquier forma simétrica coinciden con Ix e Iy. En un angular, un perfil en Z o cualquier sección armada de forma asimétrica, no, y los principales son los de verdad.

Seis normas, y por qué importa la edición

Las calculadoras llevan seis bibliotecas nacionales: AS/NZS (UB, UC, PFC, EA, UA, SHS/RHS/CHS), AISC (W, HP, C, MC, L, HSS, Pipe), EN 10365 (IPE, HEA/HEB/HEM, UPN), BS 4, JIS (H, I, perfiles en U, angulares) e IS 808 (ISMB, ISMC, ISA). Elige una norma en la calculadora y con ella vienen la lista de perfiles, E y las propiedades.

Dos advertencias prácticas. Primera: las designaciones se repiten entre normas; un «C 250» no es la misma forma en Australia, en Estados Unidos y en la India, así que la norma forma parte del nombre. Segunda: las ediciones difieren: se añaden perfiles, se retiran y de vez en cuando se relaminan con otras dimensiones. Las propiedades que sirve este sitio indican la edición de la que proceden, y la API la expone, de modo que un número se puede rastrear hasta su fuente en lugar de creerlo por fe.

Por qué difieren las propiedades dibujadas y las publicadas

Las formas de esta página están construidas con rectángulos de esquinas vivas; las secciones reales no tienen las esquinas vivas, y la diferencia va en los dos sentidos.

Una sección abierta laminada —perfil en I, en U, angular— tiene un radio de acuerdo donde el alma se encuentra con cada ala. Ese material lo omite el dibujo de esquinas vivas, así que el A y el I dibujados salen algo por debajo de los valores publicados.
Un perfil hueco tiene en cambio las esquinas exteriores redondeadas. Ese material lo añade el dibujo y el tubo real no lo tiene, así que los valores dibujados salen algo por encima de los publicados.

En ambos casos la diferencia es de un uno o un dos por ciento, y en ambos es un comportamiento correcto y no un error: el dibujo y el número describen la forma que se dibujó.

Es también la razón de que la biblioteca guarde las propiedades publicadas en lugar de recalcularlas a partir de dimensiones nominales: el valor publicado es el que certifica la acería y al que se refieren las comprobaciones normativas. Usa la biblioteca cuando elijas un perfil de catálogo. Usa la calculadora de secciones cuando la forma no esté en ningún catálogo: una viga armada, una viga con platabandas, un forjado mixto, un carril de grúa, una sección con un hueco recortado.

Elegir un perfil, por orden

Obtén primero los esfuerzos. Ejecuta la viga, la celosía o el pórtico y lee el momento, el cortante y el axil máximos.
Dimensiona a resistencia. El Z necesario ≈ M / (φ fy) para una comprobación elástica, o S para una plástica. Eso te da un canto de partida.
Comprueba la flecha. En luces grandes casi siempre manda ella. Si el perfil no cumple aquí, necesitas más I: un perfil más alto, no uno más pesado del mismo canto.
Comprueba el eje débil y el arriostramiento. Una viga sin arriostrar puede pandear lateralmente muy por debajo de su capacidad en el plano, y la separación entre arriostramientos decide a menudo el perfil.
Y después pesa lo práctico. Disponibilidad, detalle de la unión, superficie a proteger contra el fuego, exposición a la corrosión, y si alguien lo va a ver.

Itera en la calculadora: cambia el perfil, mira la flecha y párate en el más ligero que cumpla. Como la biblioteca lleva el peso propio, cambiar de perfil actualiza también la carga, y eso pesa en luces grandes más de lo que la gente espera.

Adónde ir después

Calculadora de secciones: dibuja cualquier forma y obtén A, I, Z, S, r y los ejes principales.
Viga con platabandas y viga cajón soldada: secciones armadas, resueltas paso a paso.
Forjado mixto: el método de la sección transformada, cuando el hormigón y el acero trabajan juntos.
Angular de lados desiguales: los ejes principales deducidos, no afirmados.
Cómo analizar una viga: de dónde sale el momento para el que estás dimensionando.

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre Ix, Zx y Sx?: Ix es el momento de inercia y gobierna la rigidez: aparece en todas las fórmulas de flecha, y duplicarlo reduce la flecha a la mitad. Los otros dos son módulos resistentes, y las letras están intercambiadas entre normas, así que comprueba cuál estás leyendo. AS 4100, NZS 3404 y la práctica japonesa llaman Z al módulo ELÁSTICO y S al PLÁSTICO; AISC, en Estados Unidos, hace exactamente lo contrario: S para el elástico y Z para el plástico; el Eurocódigo evita el choque con W_el y W_pl, e IS 800 con Z_e y Z_p. Se llame como se llame, el módulo elástico es I dividido por la distancia a la fibra extrema y gobierna la tensión de flexión mientras la sección permanece elástica, ya que la tensión es M dividido por él. El módulo plástico gobierna la capacidad una vez que toda la sección ha plastificado, que es lo que dimensionan las normas de estados límite. El valor plástico es siempre el mayor de los dos; su cociente es el factor de forma, del orden de 1.15 en un perfil en I y de 1.5 en un rectángulo macizo. StructureCalcs escribe las letras de la norma de cálculo que hayas elegido, y un perfil colocado desde la biblioteca usa las letras del catálogo del que procede.
¿Por qué importa el radio de giro?: Porque gobierna el pandeo. Es la raíz cuadrada de I dividido por A, y la esbeltez de una barra comprimida es su longitud de pandeo dividida por r. La capacidad cae al aumentar la esbeltez, así que el que cuenta es el menor de rx y ry: una columna pandea respecto del eje más débil, no del que dibujaste primero.
¿Qué normas de perfiles de acero incluye StructureCalcs?: Seis: AS/NZS (australiana), AISC (estadounidense), EN 10365 (europea), BS 4 (británica), JIS (japonesa) e IS 808 (india), con más de 2.600 perfiles en total. Las designaciones se repiten entre normas —un C 250 es una forma distinta en Australia, en Estados Unidos y en India—, así que la norma forma parte del nombre. Las propiedades que se sirven indican la edición de la que proceden, y la API la expone, de modo que cualquier cifra puede rastrearse hasta su fuente.
¿Por qué las propiedades calculadas difieren de la tabla publicada?: Porque una forma dibujada tiene esquinas vivas y una laminada no, y la diferencia va en los dos sentidos. Un perfil abierto —una I, una U, un angular— tiene un radio de acuerdo donde el alma encuentra cada ala, que es material de más que el dibujo de esquinas vivas se deja fuera, así que los valores calculados salen algo por debajo de los publicados. Un perfil hueco, en cambio, tiene las esquinas exteriores redondeadas, material que el dibujo incluye y el tubo real no, así que los valores calculados salen algo por encima. En un sentido o en otro es un uno o dos por ciento, y por eso la biblioteca guarda las propiedades publicadas en vez de recalcularlas.
¿Cuándo conviene dibujar una sección en vez de elegirla en la biblioteca?: Siempre que la forma no esté en un catálogo. Las vigas armadas, las vigas con platabandas, los forjados mixtos de acero y hormigón, los carriles de grúa, los perfiles alveolares y cualquier sección con un hueco recortado quedan fuera de las tablas normalizadas. La calculadora de secciones obtiene el área, el centro de gravedad, Ix, Iy, Ixy, los ejes principales y su ángulo, los radios de giro y los módulos resistentes elástico y plástico a partir de la geometría que dibujes, y esos valores vuelven directamente a un cálculo de viga, celosía o pórtico.