Caracterización Integral de los Elementos Tipo T Provenientes del Corte Longitudinal de Vigas I o H: Fabricación, Propiedades Geométricas y Mecánicas, Usos Estructurales y Aspectos Normativos en Estructuras Metálicas en Bogotá y Colombia.

Origen y Proceso de Fabricación de los Perfiles T Derivados

Los componentes estructurales con forma de T que se generan a partir de la división longitudinal de perfiles I o H representan una solución ingenieril dentro del ámbito de las estructuras metálicas fabricadas o armadas. Este método consiste fundamentalmente en cortar a lo largo del eje longitudinal del alma una viga estándar I (como las series IPE o IPN) o H (como las series HEA, HEB, o perfiles W americanos adaptados al contexto colombiano), obteniendo así dos piezas idénticas con sección transversal en forma de T.

El proceso de corte debe realizarse con precisión para asegurar que las dos piezas resultantes sean geométricamente consistentes y mantengan la integridad estructural necesaria. Las técnicas de corte más habituales incluyen:

• Oxicorte: Un método tradicional que utiliza una llama de gas combustible (como acetileno u otro) y oxígeno para cortar el acero. Es relativamente económico pero puede generar una Zona Afectada por el Calor (ZAC) considerable y requiere operaciones posteriores de limpieza y enderezado si las deformaciones son significativas.
• Corte por Plasma: Utiliza un chorro de gas ionizado a alta temperatura (plasma) para fundir y expulsar el metal. Ofrece mayor velocidad y precisión que el oxicorte, con una ZAC más reducida, resultando en bordes de mejor calidad. Es una opción frecuente en talleres de fabricación de estructuras metálicas en Bogotá y otras ciudades colombianas.
• Corte Láser: Proporciona la máxima precisión y la menor ZAC, generando cortes muy limpios que a menudo no requieren mecanizado posterior. Sin embargo, su aplicación suele limitarse a espesores menores en comparación con el plasma o el oxicorte y su costo de equipo es más elevado.
• Corte con Sierra de Cinta: Aunque menos común para cortes longitudinales de perfiles completos debido a la complejidad de la sujeción y el avance, puede emplearse en ciertas circunstancias o para segmentos más cortos. Ofrece un corte mecánico sin aporte térmico directo significativo.

La elección del método de corte dependerá de factores como el espesor del alma del perfil original, la precisión requerida, el acabado deseado para el borde cortado, el volumen de producción y las capacidades del taller de fabricación. En Colombia, la disponibilidad de tecnología avanzada como el corte por plasma ha mejorado la calidad y eficiencia en la obtención de estos elementos T.

Propiedades Geométricas Distintivas

Al cortar un perfil I o H por la mitad de su alma, se crean dos elementos T cuyas dimensiones están directamente relacionadas con las del perfil original. Cada perfil T resultante consta de:

• Un ala completa: Idéntica a una de las alas del perfil I o H original. Su ancho (b_f) y espesor (t_f) permanecen inalterados.
• La mitad del alma original: El alma del perfil T (conocida como tallo o nervio) tiene una altura que es aproximadamente la mitad de la altura total del alma del perfil I/H (h_w / 2) y conserva el mismo espesor (t_w). La altura total del perfil T (d) será entonces igual al espesor del ala más la mitad de la altura del alma original.

Esta geometría particular dota a los perfiles T derivados de propiedades de sección específicas:

• Centroide: La posición del centroide se desplaza significativamente hacia el ala respecto a la posición central que tenía en el perfil original simétrico. Esto es crucial para el cálculo de momentos de inercia y propiedades resistentes.
• Momentos de Inercia: Poseen diferentes momentos de inercia respecto a sus ejes principales. El momento de inercia respecto al eje paralelo al ala será considerablemente mayor que el momento de inercia respecto al eje perpendicular al ala (coincidente con el alma).
• Módulos de Sección: Los módulos de sección elástico y plástico, que determinan la resistencia a flexión, también varían significativamente dependiendo del eje considerado.
• Radio de Giro: Los radios de giro, importantes para el análisis de pandeo, serán distintos para cada eje principal.

La asimetría inherente de estos elementos es una característica fundamental que debe ser considerada cuidadosamente en el diseño estructural.

Comparación Geométrica General (Ejemplo Ilustrativo)

Es importante notar que las dimensiones exactas del perfil T resultante dependerán de la geometría precisa del perfil I o H original y del método de corte empleado (considerando la posible pérdida de material o kerf del corte).

Ventajas Asociadas al Uso de Perfiles T Cortados

La utilización de estos elementos T ofrece varias ventajas en el diseño y construcción de estructuras metálicas:

• Optimización del Material: Permiten aprovechar perfiles I o H estándar para generar elementos con una distribución de material más eficiente para ciertas aplicaciones, como miembros sometidos a flexión donde la mayor parte del esfuerzo se concentra en un ala.
• Disponibilidad: En regiones como Colombia, donde la gama de perfiles T laminados estándar puede ser limitada, cortar perfiles I o H (generalmente más disponibles en un amplio rango de tamaños) proporciona acceso a una mayor variedad de dimensiones de elementos T.
• Relación Resistencia-Peso: Para ciertas solicitaciones, pueden ofrecer una buena relación resistencia-peso, especialmente cuando se usan como cordones de cerchas o vigas armadas, o como rigidizadores.
• Facilidad de Conexión: El ala ancha proporciona una superficie adecuada para realizar conexiones atornilladas o soldadas a otros miembros estructurales. El alma (tallo) también puede usarse para conexiones, aunque su menor ancho requiere consideraciones específicas.
• Adaptabilidad Geométrica: Permiten crear geometrías estructurales que podrían ser más complejas o requerir más soldadura si se fabricaran a partir de planchas individuales.
• Reducción Potencial de Costos: Comparado con la fabricación de una sección T soldando un ala a un alma de plancha, utilizar un perfil cortado puede ser más económico si los costos de corte son competitivos y se minimiza el desperdicio.

Desafíos y Consideraciones en su Utilización

A pesar de sus ventajas, el uso de perfiles T obtenidos por corte longitudinal también presenta desafíos y requiere consideraciones específicas:

• Deformaciones por Corte: El proceso de corte térmico (oxicorte, plasma) introduce calor de forma asimétrica, lo que puede inducir deformaciones residuales en las piezas T resultantes, como curvaturas o alabeos. Es fundamental controlar el proceso de corte y, si es necesario, aplicar técnicas de enderezado posteriores (mecánico o térmico controlado).
• Tensiones Residuales: Tanto el proceso de laminación original del perfil I/H como el proceso de corte introducen tensiones residuales. El corte libera y redistribuye estas tensiones, lo cual puede afectar el comportamiento estructural, especialmente en relación con fenómenos de pandeo. La magnitud y distribución de estas tensiones son diferentes a las de un perfil T laminado o uno armado a partir de planchas.
• Calidad del Borde Cortado: La rugosidad y la presencia de posibles muescas o irregularidades en el borde cortado (el borde libre del alma) pueden influir en la resistencia a la fatiga y en la susceptibilidad a la fractura frágil, especialmente en aplicaciones sometidas a cargas cíclicas o en ambientes agresivos. Puede ser necesario un tratamiento posterior del borde.
• Complejidad del Análisis y Diseño: La asimetría de la sección y la presencia de tensiones residuales específicas requieren un análisis estructural cuidadoso. Los fenómenos de pandeo (local del ala, local del alma, flexional, torsional y flexo-torsional) deben evaluarse considerando la geometría particular y las condiciones de apoyo y carga. Las normativas de diseño, como el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente (NSR-10), Título F, deben aplicarse interpretando adecuadamente las disposiciones para secciones asimétricas.
• Tolerancias Dimensionales: Las tolerancias del perfil original I/H y las inherentes al proceso de corte afectan las dimensiones finales del perfil T. Esto debe tenerse en cuenta en el diseño de las conexiones y en el ajuste general de la estructura.

Aspectos Relevantes del Proceso de Corte Térmico

Aplicaciones Comunes en Estructuras Metálicas

Los perfiles T derivados del corte de vigas I o H encuentran aplicación en una variedad de elementos estructurales y no estructurales en edificaciones, puentes, naves industriales y otras construcciones metálicas en Colombia. Algunos usos frecuentes incluyen:

• Cordones de Cerchas: Son muy utilizados como cordón superior o inferior en cerchas ligeras y medianas. El ala ancha facilita la conexión de las diagonales y montantes (a menudo perfiles angulares o canales), mientras que el alma proporciona rigidez fuera del plano de la cercha.
• Vigas Vierendeel y Armadas: Pueden actuar como cordones en vigas de alma abierta tipo Vierendeel o en vigas armadas donde se requiere una concentración de material en las zonas más alejadas del eje neutro.
• Miembros Secundarios de Cubierta y Entrepiso: Funcionan como correas (costaneras) o viguetas secundarias, especialmente cuando se requiere una superficie plana superior (el ala) para apoyar directamente la cubierta o la placa de entrepiso. Su comportamiento a flexión y pandeo lateral debe ser verificado cuidadosamente.
• Rigidizadores de Placas y Perfiles: Se emplean como rigidizadores transversales o longitudinales en vigas de alma llena de gran peralte (vigas cajón, vigas I armadas) para controlar el pandeo del alma o de las alas comprimidas. El perfil T ofrece mayor rigidez que una simple platina.
• Dinteles y Cargaderos: Para soportar cargas sobre vanos pequeños en muros de mampostería u otros elementos, a menudo trabajando en conjunto con el elemento soportado.
• Soportes y Ménsulas: En estructuras ligeras o como parte de sistemas de soporte para equipos o instalaciones.
• Componentes de Torres y Postes: En algunos diseños de torres de celosía o postes, pueden formar parte de los montantes o diagonales.
• Elementos Arquitectónicos: Su forma particular puede ser aprovechada con fines estéticos en estructuras vistas, barandas, marcos o elementos decorativos.

La elección de un perfil T cortado para una aplicación específica en un proyecto, por ejemplo, en una nueva edificación comercial en Bogotá, dependerá de un análisis comparativo con otras alternativas (perfiles T laminados, perfiles angulares, canales, perfiles tubulares, secciones armadas con planchas) considerando factores técnicos, económicos y de disponibilidad local.

Consideraciones de Diseño Estructural según NSR-10

El diseño de miembros estructurales utilizando perfiles T cortados de I o H en Colombia debe realizarse de acuerdo con los lineamientos del Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10, específicamente en su Título F - Estructuras Metálicas. Aunque la norma no dedica un capítulo exclusivo a este tipo de perfil, sí proporciona las bases para su análisis y diseño como secciones asimétricas.

Aspectos clave a considerar bajo la NSR-10:

• Clasificación de la Sección: Es necesario clasificar el ala y el alma (tallo) del perfil T como elementos compactos, no compactos o esbeltos, según sus relaciones ancho/espesor. Esta clasificación determinará la capacidad resistente y el modo de falla potencial (plastificación, pandeo local). Las tablas F.2.4-1 y F.2.4-2 de la NSR-10 proporcionan los límites correspondientes.
• Resistencia a Tensión: Se calcula basada en el área neta efectiva, considerando las posibles reducciones por agujeros para conexiones y el factor de eficiencia por cortante diferido (shear lag) si la conexión no se realiza a través de todos los elementos de la sección (ala y alma). (Capítulo F.4)
• Resistencia a Compresión: El diseño de miembros en compresión axial debe considerar el pandeo flexional respecto a ambos ejes principales (x e y) y el pandeo torsional o flexo-torsional, dado que el centro de cortante no coincide con el centroide en las secciones T. La esbeltez del miembro (KL/r) es determinante. Las fórmulas del Capítulo F.5 aplican, prestando atención a la naturaleza asimétrica.
• Resistencia a Flexión: El diseño a flexión debe evaluarse respecto al eje principal que corresponda. Se debe verificar la plastificación (si la sección es compacta), el pandeo lateral-torsional (PLT) del miembro completo (especialmente crítico para secciones T flexionadas respecto al eje paralelo al alma), y el pandeo local del ala comprimida o del alma. El Capítulo F.6 de la NSR-10 cubre estos aspectos. La determinación del momento crítico de pandeo lateral-torsional (M_cr) para secciones T requiere fórmulas específicas.
• Resistencia a Cortante: La resistencia a cortante es proporcionada principalmente por el alma (tallo). Se debe verificar la fluencia por cortante y el pandeo por cortante del alma, según el Capítulo F.7.
• Interacción de Solicitaciones: Cuando el miembro está sometido a combinaciones de carga (axial + flexión, por ejemplo), deben aplicarse las fórmulas de interacción provistas en el Capítulo F.8, considerando adecuadamente los momentos de primer y segundo orden (efectos P-Δ y P-δ).
• Diseño de Conexiones: Las conexiones (atornilladas o soldadas) deben diseñarse para transmitir las fuerzas calculadas, considerando la geometría del perfil T. Deben verificarse estados límite como desgarre del bloque (block shear), aplastamiento, etc., según el Capítulo F.10.
• Tensiones Residuales: Aunque la NSR-10 no cuantifica explícitamente el efecto diferencial de las tensiones residuales en perfiles T cortados versus laminados, el diseñador debe ser consciente de su posible influencia, particularmente en la resistencia a compresión y pandeo. Puede ser prudente adoptar enfoques ligeramente más conservadores o realizar análisis más detallados si se sospecha que las tensiones residuales del corte son significativas.

Clasificación Sísmica y Requisitos Adicionales

Si la estructura se ubica en una zona de amenaza sísmica intermedia o alta (como Bogotá), y el perfil T forma parte del Sistema de Resistencia Sísmica (SRS), deberá cumplir requisitos adicionales de ductilidad y detallado especificados en los Capítulos F.3 (Requisitos Sísmicos Generales) y F.9 (Pórticos y Elementos con Requisitos Sísmicos Especiales) de la NSR-10. Esto puede incluir limitaciones en las relaciones ancho/espesor (requiriendo secciones sísmicamente compactas), requisitos en las conexiones para asegurar comportamiento dúctil, y consideraciones sobre la resistencia requerida del material.

Comparativa Simplificada de Estados Límite Críticos

Selección del Perfil I o H Original

La decisión sobre qué perfil I o H utilizar como materia prima para obtener los elementos T deseados es un paso importante. La selección se basa en:

• Dimensiones Requeridas del Perfil T: El diseñador determina las dimensiones necesarias del ala (ancho b_f, espesor t_f) y del alma (altura d-t_f, espesor t_w) del perfil T para satisfacer los requisitos de resistencia y rigidez.
• Disponibilidad de Perfiles I/H: Se debe verificar la disponibilidad comercial en el mercado colombiano (particularmente en centros de distribución como los de Bogotá) de perfiles I o H que, al ser cortados, produzcan las dimensiones T deseadas. Por ejemplo, para obtener un T con un alma de ~150 mm y un ala de 150 mm, un IPE 300 podría ser un candidato.
• Espesor del Alma (t_w) y del Ala (t_f): Estos espesores son heredados directamente del perfil original y son cruciales para la resistencia a pandeo local y la capacidad general.
• Consideraciones de Peso y Costo: Se busca el perfil original más ligero (y por ende, generalmente más económico) que cumpla con los requisitos dimensionales y de espesor para el perfil T resultante.
• Propiedades del Acero: El tipo de acero del perfil I/H original (ej. A36, A572 Grado 50, o aceros equivalentes bajo normas NTC colombianas) determinará las propiedades mecánicas (límite de fluencia F_y, resistencia última F_u) del perfil T derivado.

Ejemplo de Correspondencia (Ilustrativo, no exhaustivo)

Nota: Las alturas del alma y totales son aproximadas, ya que la altura 'd' del perfil original incluye los radios de acuerdo entre alma y alas. El corte se realiza usualmente por el eje central del alma.

Control de Calidad y Tolerancias

Es vital implementar un riguroso control de calidad durante y después del proceso de corte para asegurar que los perfiles T resultantes cumplan con las especificaciones de diseño. Este control debe incluir:

• Verificación Dimensional: Medición de las dimensiones clave (ancho y espesor del ala, altura y espesor del alma, rectitud, perpendicularidad entre ala y alma) y comparación con las tolerancias especificadas. Las tolerancias para perfiles armados o modificados pueden diferir de las de perfiles laminados estándar.
• Inspección Visual del Corte: Revisión de la calidad del borde cortado, buscando irregularidades, muescas excesivas o fisuras que puedan comprometer la integridad estructural o la resistencia a fatiga.
• Control de Deformaciones: Medición de cualquier curvatura (flecha) o alabeo inducido por el proceso de corte. Si exceden los límites permitidos, se requerirán operaciones de enderezado.
• Trazabilidad del Material: Mantener la trazabilidad del acero desde el perfil I/H original hasta los perfiles T finales, asegurando que se utiliza el grado de acero especificado.
• Ensayos No Destructivos (END): En aplicaciones críticas o si se sospechan defectos, pueden requerirse END (como líquidos penetrantes o partículas magnéticas) en los bordes cortados o en las zonas de soldadura de las conexiones.

Los talleres de fabricación de estructuras metálicas en Colombia deben seguir procedimientos de calidad documentados, a menudo basados en estándares internacionales o en los requisitos específicos del proyecto y de la NSR-10.

Aspectos Económicos y de Sostenibilidad

Desde una perspectiva económica, la viabilidad de usar perfiles T cortados depende de la comparación entre el costo del perfil I/H original más el costo del proceso de corte (incluyendo mano de obra, consumibles, energía, manejo de materiales y posible enderezado) versus el costo de adquirir un perfil T laminado estándar (si existe y está disponible en la dimensión requerida) o el costo de fabricar una sección T soldando planchas.

Factores que influyen en la economía:

• Precio del acero para perfiles I/H vs. perfiles T laminados vs. planchas.
• Costo y eficiencia de la tecnología de corte disponible en el taller.
• Volumen de producción (economías de escala).
• Costos laborales locales (ej. en Bogotá vs. otras regiones de Colombia).
• Requerimientos de calidad y necesidad de operaciones secundarias (limpieza, enderezado).
• Minimización del desperdicio de material.

En términos de sostenibilidad, el uso de perfiles T cortados puede considerarse favorable si:

• Permite un uso más eficiente del material de acero, reduciendo el peso total de la estructura y, por lo tanto, el consumo de recursos y la energía incorporada.
• Se realiza en talleres con buenas prácticas ambientales, gestionando adecuadamente los residuos del corte y las emisiones.
• Fomenta el uso de acero reciclado, ya que los perfiles estructurales suelen tener un alto contenido de material reciclado.

Sin embargo, el consumo de energía y gases en los procesos de corte térmico debe ser considerado en una evaluación completa del ciclo de vida.

Factores Clave en la Decisión de Uso

Mantenimiento y Durabilidad

Al igual que otros elementos de acero estructural, los perfiles T cortados requieren protección contra la corrosión para asegurar su durabilidad a largo plazo. Los sistemas de protección (pintura, galvanizado) deben aplicarse cuidadosamente, prestando especial atención al borde cortado del alma, que puede ser más susceptible a iniciar la corrosión si no está adecuadamente preparado y recubierto.

Las inspecciones periódicas de la estructura deben incluir la revisión del estado de estos elementos, buscando signos de corrosión, deformaciones o daños en las conexiones, especialmente en ambientes agresivos o si están sujetos a cargas de fatiga.

Desarrollos Futuros e Innovación

Si bien el concepto de cortar perfiles I/H es establecido, la innovación continúa en áreas como:

• Técnicas de Corte Avanzadas: Mejoras en corte láser de alta potencia o plasma de alta definición para lograr mayor precisión, velocidad y menor ZAC en espesores mayores.
• Modelado y Análisis Computacional: Herramientas de software más sofisticadas que permitan modelar con mayor precisión los efectos de las tensiones residuales y las imperfecciones geométricas iniciales (incluyendo las inducidas por el corte) en el comportamiento y capacidad última de estos perfiles.
• Aceros de Alta Resistencia: El uso de perfiles I/H fabricados con aceros de mayor resistencia (superiores a 50 ksi o 345 MPa) para obtener perfiles T cortados más ligeros y eficientes, aunque esto requiere una evaluación cuidadosa de la soldabilidad, tenacidad y comportamiento ante pandeo.
• Optimización Topológica: Aplicación de técnicas de optimización para determinar las formas más eficientes para miembros estructurales, lo que podría guiar la selección del perfil I/H original más adecuado para cortar y obtener un T óptimo para una función específica.

La industria de la construcción metálica en Colombia, incluyendo fabricantes y diseñadores en Bogotá y otras regiones, participa activamente en la adopción de estas mejoras para optimizar el diseño y la fabricación de estructuras de acero.

Detalles sobre el Comportamiento Estructural y Fenómenos de Pandeo

Profundizar en el comportamiento estructural de los perfiles T obtenidos por corte longitudinal es esencial para un diseño seguro y eficiente. Su monosimetría introduce complejidades que no están presentes en perfiles doblemente simétricos como los I/H originales.

Pandeo Flexional

Como cualquier miembro a compresión, un perfil T está sujeto a pandeo flexional global. Este puede ocurrir respecto al eje de simetría (eje y, pasando por el alma) o respecto al eje perpendicular (eje x, paralelo al ala). La carga crítica de pandeo de Euler (P_cr = π²EI / (KL)²) es la base, pero debe calcularse para cada eje usando el momento de inercia (I_x o I_y) y la longitud efectiva (KL) correspondientes. Dado que I_x (inercia respecto al eje paralelo al ala) suele ser significativamente mayor que I_y, el pandeo respecto al eje y (el eje débil) a menudo gobierna el diseño para compresión axial pura, a menos que las condiciones de arriostramiento modifiquen las longitudes efectivas (K_xL_x vs K_yL_y).

Pandeo Torsional y Flexo-Torsional

Debido a que el centro de cortante (punto por donde debe pasar la carga para que no haya torsión) no coincide con el centroide (centro geométrico) en una sección T, estos miembros son susceptibles al pandeo torsional (torsión pura bajo compresión axial) y al pandeo flexo-torsional (combinación de flexión y torsión). El centro de cortante en una sección T se localiza aproximadamente en la intersección del eje del ala con el eje del alma.

La carga crítica de pandeo flexo-torsional (P_e) es generalmente menor que la carga de pandeo flexional pura (respecto al eje débil y) o la carga de pandeo torsional pura (P_z). Su cálculo es más complejo e involucra las propiedades torsionales de la sección (constante de alabeo C_w, constante de torsión J) además de los momentos de inercia (I_x, I_y) y la posición relativa del centroide y el centro de cortante (x_o, y_o). La NSR-10, en su sección F.5, proporciona o referencia métodos para calcular la resistencia a compresión considerando estos modos de pandeo para secciones asimétricas.

Este tipo de pandeo es particularmente relevante para perfiles T esbeltos usados como columnas o miembros diagonales en compresión.

Pandeo Lateral-Torsional (PLT) en Flexión

Cuando un perfil T se somete a flexión respecto a su eje fuerte (eje x, paralelo al ala), el ala comprimida (generalmente la que no está conectada directamente a otros elementos que la arriostren) tiende a pandear lateralmente, y la sección entera tiende a girar. Este fenómeno se conoce como Pandeo Lateral-Torsional (PLT).

La resistencia a PLT (M_cr) depende de:

• La longitud no arriostrada lateralmente del ala comprimida (L_b).
• Las propiedades de la sección (I_y, J, C_w).
• Las condiciones de apoyo y el tipo de carga aplicada (influenciado por el factor C_b).
• La posición de la carga respecto al centro de cortante (cargas aplicadas en el ala superior pueden ser desestabilizadoras).

El cálculo del momento crítico M_cr para secciones T es específico y difiere del de secciones I/H. La NSR-10, en el Capítulo F.6, aborda el diseño a flexión considerando PLT. Para perfiles T, el PLT puede gobernar el diseño a flexión incluso para longitudes no arriostradas relativamente cortas, especialmente si el ala está en compresión.

Cuando la flexión es respecto al eje débil (eje y), el PLT no es generalmente un problema, pero la capacidad de momento está limitada por la fluencia o por el pandeo local del extremo del ala en compresión.

Pandeo Local del Ala y del Alma

Además del pandeo global del miembro, pueden ocurrir fenómenos de pandeo local en los elementos planos que componen la sección (el ala y el alma o tallo) si sus relaciones ancho/espesor son elevadas.

• Pandeo Local del Ala: El ala del perfil T se comporta como un elemento sobresaliente (no rigidizado en un borde). Su susceptibilidad al pandeo local bajo compresión (ya sea por carga axial o por flexión) depende de la relación b_f / (2t_f). La NSR-10 (Tabla F.2.4-1) define los límites (λ_p, λ_r) para clasificar el ala como compacta, no compacta o esbelta. Si el ala es no compacta o esbelta, su capacidad resistente se reduce para prevenir el pandeo local antes de alcanzar la fluencia total.
• Pandeo Local del Alma (Tallo): El alma o tallo del perfil T, bajo compresión axial o la componente de compresión debida a la flexión, también puede pandear localmente. Se comporta como un elemento rigidizado en un borde (el ala) y libre en el otro (el borde cortado). Su susceptibilidad depende de la relación h / t_w, donde h es la altura del alma (aproximadamente d - t_f). La NSR-10 también proporciona límites para clasificar el alma. El pandeo local del alma puede limitar la capacidad a compresión o a flexión del perfil.
• Pandeo por Cortante del Alma: Bajo fuerzas cortantes elevadas, el alma puede pandear por cortante, especialmente si es esbelta (h/t_w alto). La NSR-10 (F.7) especifica cómo calcular la resistencia a cortante considerando este modo de falla.

La clasificación de la sección completa (compacta, no compacta o esbelta) dependerá de la clasificación individual de sus elementos (ala y alma). Esta clasificación global afecta directamente las fórmulas de diseño a utilizar para compresión y flexión.

Resumen de Influencias Geométricas en Pandeo

Un diseño cuidadoso implica verificar todos los posibles modos de pandeo relevantes para las condiciones de carga y apoyo del miembro específico, utilizando las herramientas y criterios proporcionados por la normativa aplicable, como la NSR-10 en Colombia.

Fabricación y Montaje: Aspectos Prácticos

La transición del diseño a la realidad construida implica consideraciones prácticas en el taller y en el sitio de obra.

Precisión del Corte y Enderezado

Como se mencionó, el corte térmico puede inducir deformaciones. La rectitud del borde cortado y la planitud general del perfil T son cruciales. Un borde irregular puede dificultar las conexiones soldadas y afectar la estética. La curvatura inducida (barrido o contraflecha) debe estar dentro de las tolerancias admisibles (especificadas en normas como AISC Code of Standard Practice, referenciada por NSR-10, o según requisitos del proyecto).

Si las deformaciones exceden los límites, se requiere enderezado. Esto puede hacerse:

• Mecánicamente: Usando prensas o rodillos para aplicar fuerza controlada y corregir la curvatura. Debe hacerse con cuidado para no inducir tensiones excesivas o dañar el material.
• Térmicamente: Aplicando calor localizado en patrones específicos (ej. calentamiento en V o lineal en el lado convexo) seguido de enfriamiento, para inducir contracciones que enderecen la pieza. Requiere personal experimentado para evitar sobrecalentamiento o fragilización.

El costo y tiempo asociados al enderezado deben considerarse al evaluar la economía del uso de perfiles T cortados.

Manejo y Almacenamiento

Los perfiles T, especialmente los más largos y esbeltos, deben manejarse y almacenarse adecuadamente para evitar daños o deformaciones adicionales. Deben apoyarse en puntos suficientes para limitar la flexión por peso propio y protegerse de la intemperie si no tienen protección anticorrosiva o esta es temporal.

Conexiones: Diseño y Ejecución

Las conexiones son puntos críticos en cualquier estructura metálica. Para perfiles T cortados:

• Conexiones al Ala: El ala ancha y plana es ideal para conexiones atornilladas o soldadas a otros miembros (placas, vigas, columnas). Se debe verificar el área neta, desgarre del bloque, aplastamiento en agujeros (si es atornillada) y la resistencia de la soldadura.
• Conexiones al Alma (Tallo): Conectar directamente al alma puede ser necesario (ej. diagonales de cercha). El menor ancho y espesor del alma requieren atención.
  • En conexiones atornilladas, el número de pernos puede estar limitado por el ancho. Las distancias a bordes y entre pernos deben cumplir mínimos normativos (NSR-10, F.10).
  • En conexiones soldadas, la concentración de calor en el alma delgada debe controlarse para minimizar distorsiones. Puede requerirse soldadura por ambos lados si es accesible.
  • El estado límite de desgarre del bloque (combinación de falla por cortante en un plano y tensión en el perpendicular) puede ser crítico en conexiones al alma.
• Excentricidades: Dada la asimetría, es importante considerar las excentricidades naturales que pueden surgir en las conexiones si los ejes centroidales de los miembros conectados no coinciden. Estas excentricidades inducen momentos adicionales que deben ser considerados en el diseño del miembro y la conexión.
• Preparación de Superficies: Para soldadura, las superficies (incluyendo el borde cortado si se va a soldar) deben estar limpias y libres de escoria, óxido o contaminantes. Para conexiones atornilladas de tipo fricción, la preparación de las superficies de contacto es crucial.

Montaje en Obra

Durante el montaje, la precisión dimensional de los perfiles T es importante para un ajuste adecuado. Las tolerancias de fabricación y montaje deben ser compatibles. El uso de elementos T cortados puede requerir ajustes en campo si las deformaciones no fueron completamente corregidas o si las tolerancias se acumulan.

El arriostramiento temporal durante el montaje es fundamental para asegurar la estabilidad de los miembros T antes de que el sistema estructural completo esté conectado y sea capaz de proveer la estabilidad final diseñada, especialmente para miembros largos en compresión o flexión.

Comparativa con Alternativas Estructurales

La decisión de utilizar un perfil T cortado debe basarse en una comparación informada con otras opciones disponibles para cumplir una función estructural similar.

Perfiles T Laminados Estándar

• Ventajas: Propiedades más uniformes y predecibles, sin las tensiones residuales inducidas por el corte. Tolerancias dimensionales bien definidas por normas de laminación. No requieren proceso de corte.
• Desventajas: Disponibilidad limitada en ciertas dimensiones y geografías (puede ser un factor en Colombia). Pueden ser más costosos por kg que los perfiles I/H de los que se derivan los T cortados. Gama de tamaños puede no coincidir exactamente con la necesidad.

Secciones T Armadas (Plancha de Ala + Plancha de Alma Soldadas)

• Ventajas: Flexibilidad total en la elección de dimensiones (ancho y espesor de ala, altura y espesor de alma) para optimizar la sección según los requisitos precisos. Permite usar diferentes grados de acero para ala y alma si es beneficioso (sección híbrida).
• Desventajas: Requiere más operaciones de soldadura (generalmente dos cordones longitudinales continuos), lo que incrementa el costo de fabricación y el potencial de distorsiones por soldadura. Requiere inspección rigurosa de las soldaduras. Puede ser menos económico que cortar un perfil existente para secciones pequeñas o medianas.

Perfiles Angulares Simples o Dobles

• Ventajas: Ampliamente disponibles y económicos. Fáciles de conectar. Los ángulos dobles (espalda con espalda o formando una T) pueden ofrecer buena capacidad a compresión.
• Desventajas: Los ángulos simples son doblemente asimétricos, lo que complica el análisis a compresión y flexión. Menor inercia respecto al eje x comparado con un T de dimensiones similares. Los ángulos dobles requieren placas de presilla o celosía para actuar como unidad.

Perfiles Canal (UPN, UPE, C)

• Ventajas: Buena resistencia a flexión respecto a su eje fuerte. Relativamente comunes.
• Desventajas: Son asimétricos (centro de cortante no coincide con centroide), susceptibles a pandeo flexo-torsional. La forma puede complicar algunas conexiones.

Perfiles Tubulares (Circulares, Cuadrados, Rectangulares - HSS)

• Ventajas: Muy eficientes a compresión y torsión debido a su forma cerrada. Propiedades iguales o similares en ambas direcciones principales (cuadrados y circulares). Buena estética.
• Desventajas: Las conexiones pueden ser más complejas y costosas de fabricar que en perfiles abiertos. Pueden ser más caros por kg. Inspección interna de soldaduras es imposible. Disponibilidad de tamaños grandes puede ser limitada en algunos mercados.

Criterios de Selección entre Alternativas

La elección final dependerá de un balance entre los requisitos estructurales, los costos totales (material + fabricación + montaje), la disponibilidad local (considerando proveedores en Bogotá y otras ciudades), la facilidad de construcción y las preferencias del diseñador o constructor.

Integración de Perfiles T Cortados en Sistemas Estructurales Complejos

Más allá del diseño de un miembro individual, es importante considerar cómo los perfiles T derivados de corte longitudinal interactúan dentro de sistemas estructurales más amplios, como pórticos, cerchas, vigas armadas complejas y estructuras mixtas.

Perfiles T como Cordones de Cerchas

Esta es una de las aplicaciones más extendidas. El uso de perfiles T como cordón superior e inferior ofrece ventajas:

• Conexión de Diagonales y Montantes: El ala del T proporciona una superficie conveniente para conectar directamente los elementos del alma de la cercha (usualmente angulares o canales). Las conexiones pueden ser atornilladas o soldadas. Si se usan angulares, pueden conectarse a una sola cara del alma del T o a ambas caras si se requiere mayor capacidad o rigidez.
• Rigidez Fuera del Plano: El alma del T contribuye a la rigidez de la cercha fuera de su plano principal, lo cual es importante para resistir cargas de viento o sismo perpendiculares al plano de la cercha y para controlar el pandeo lateral del cordón comprimido.
• Continuidad: Los cordones pueden fabricarse en tramos largos, con empalmes diseñados para transmitir la fuerza axial y posibles momentos secundarios. Los empalmes en perfiles T suelen realizarse mediante placas de unión atornilladas o soldadas al ala y/o al alma.

Consideraciones de Diseño en Cerchas:

• Pandeo del Cordón Comprimido: El cordón superior de una cercha simplemente apoyada está típicamente en compresión. Su diseño debe considerar el pandeo flexional entre los puntos de arriostramiento lateral (proporcionados por correas de cubierta, diafragmas o un sistema de arriostramiento específico) y el pandeo flexo-torsional si la sección es esbelta. La longitud efectiva para pandeo en el plano y fuera del plano puede ser diferente.
• Momentos Secundarios: Si las conexiones de las diagonales y montantes se realizan con cierta excentricidad respecto al eje centroidal del cordón, o si las juntas no son perfectamente articuladas, se inducen momentos flectores secundarios que deben considerarse en el diseño del cordón, sumándose a la fuerza axial principal.
• Conexiones de Nudos: El diseño de los nudos (puntos donde concurren cordones, diagonales y montantes) es crítico. Debe asegurarse que haya espacio suficiente para las conexiones, que se respeten las distancias mínimas y que la transferencia de fuerzas sea clara y eficiente, verificando todos los estados límite relevantes en los elementos conectados y en los medios de unión (pernos, soldaduras).

Perfiles T en Vigas Armadas y Secciones Compuestas

Los perfiles T cortados pueden formar parte de vigas armadas más complejas:

• Vigas de Alma Esbelta: Pueden usarse como alas (cordones) soldadas a un alma de plancha, similar a una sección T armada pero utilizando un T cortado como ala. Esto puede ser ventajoso si el T cortado ofrece una geometría de ala deseada o si es económicamente viable.
• Vigas Celulares o con Aberturas: En vigas tipo "castellated" o "cellular" (aunque estas se obtienen típicamente cortando y resoldando perfiles I/H en patrones específicos), un concepto similar podría aplicarse usando T cortados como base para crear vigas aligeradas, aunque es menos común.
• Secciones Mixtas Acero-Concreto: Un perfil T puede actuar como viga de acero embebida parcialmente o conectada mediante conectores de cortante a una losa de concreto superior. El ala ancha del T proporciona una buena superficie de contacto y para la instalación de conectores. El diseño debe seguir los principios de las estructuras mixtas (NSR-10, Título G), considerando la acción combinada del acero y el concreto.

Perfiles T como Rigidizadores

En vigas de gran peralte (armadas o laminadas), los rigidizadores son esenciales para controlar el pandeo del alma (por cortante o por compresión debida a flexión) y, en algunos casos, para arriostrar el ala comprimida.

• Rigidizadores Transversales: Colocados perpendicularmente al eje de la viga, aumentan la resistencia al pandeo por cortante del alma y pueden servir como puntos de apoyo o de introducción de cargas concentradas. Un perfil T ofrece mayor rigidez que una simple plancha rigidizadora, siendo más eficiente en términos de peso para lograr una cierta rigidez.
• Rigidizadores Longitudinales: Colocados paralelamente al eje de la viga, usualmente en la zona comprimida del alma, para aumentar la resistencia al pandeo por compresión del alma debida a la flexión. Un perfil T puede ser una opción eficaz como rigidizador longitudinal.

El diseño y espaciamiento de los rigidizadores (sean T, angulares o planchas) se rigen por las disposiciones de la NSR-10 (principalmente en F.7 para cortante y F.6 para flexión).

Interacción con Otros Elementos Estructurales

La conexión de perfiles T cortados a columnas (metálicas o de concreto), a otras vigas, o a sistemas de cimentación requiere un diseño detallado que asegure la correcta transferencia de fuerzas (axiales, cortantes, momentos) y considere la compatibilidad de deformaciones.

• Conexión Viga T a Columna H/I: Puede realizarse mediante placas de extremo atornilladas al ala del T y a la columna, o mediante ángulos de conexión (superior e inferior) al ala del T, o con conexiones directas soldadas. La elección depende del tipo de conexión deseada (simple, rígida, semirrígida) y de las fuerzas a transmitir.
• Conexión Viga T a Columna Tubular: Requiere consideraciones especiales debido a la pared curva o plana del tubo. Pueden usarse placas pasantes, placas de respaldo, o cortes especiales en el T para ajustarse al perfil del tubo.
• Apoyo sobre Muros o Elementos de Concreto: Se requiere una placa de apoyo adecuada bajo el ala del T para distribuir la carga sobre el material de soporte y evitar concentraciones de esfuerzos. Pueden necesitarse anclajes para fijar la viga.

Consideraciones Especiales para Proyectos en Colombia

Si bien los principios de diseño son universales, algunos aspectos adquieren relevancia particular en el contexto colombiano:

• Normativa NSR-10: Es la referencia obligatoria. Los diseñadores deben estar familiarizados con sus requisitos específicos para secciones asimétricas, clasificación de secciones, diseño sísmico, y conexiones. La interpretación correcta y aplicación rigurosa de la NSR-10 es fundamental para la seguridad estructural.
• Disponibilidad de Perfiles I/H Base: La viabilidad de obtener un T cortado específico depende de la disponibilidad en el mercado local (Acerías Paz del Río, distribuidores en Bogotá, Medellín, Cali, etc.) de los perfiles IPE, HEA, HEB o W de los cuales se derivará. Es prudente verificar esta disponibilidad en las etapas tempranas del diseño.
• Capacidad de los Talleres de Fabricación: No todos los talleres de estructuras metálicas en Colombia pueden tener la misma capacidad o precisión en el corte longitudinal, especialmente para perfiles grandes o gruesos, o con requisitos de tolerancia muy estrictos. La selección de un taller calificado es importante.
• Condiciones Sísmicas: Gran parte de Colombia, incluyendo Bogotá, se encuentra en zonas de amenaza sísmica intermedia o alta. Si el perfil T forma parte del sistema de resistencia sísmica, debe cumplir con los requisitos de detallado dúctil de la NSR-10 (Título F, Capítulos F.3 y F.9), lo que puede imponer restricciones adicionales en la esbeltez local (relaciones b/t y h/t_w) y en el diseño de las conexiones.
• Condiciones Ambientales: Dependiendo de la ubicación del proyecto (costa, interior, zona industrial), las condiciones de corrosión pueden variar. La selección del sistema de protección anticorrosiva adecuado y su correcta aplicación son vitales para la durabilidad, especialmente cuidando los bordes cortados.
• Mano de Obra y Prácticas Constructivas: La calidad de la mano de obra en fabricación (corte, soldadura, enderezado) y montaje (manejo, conexiones, aplome) influye en el resultado final. La supervisión técnica adecuada es esencial.

Ejemplo de Puntos de Control Críticos en un Proyecto en Bogotá

Errores Comunes a Evitar

Al diseñar o fabricar con perfiles T cortados, es importante estar atento a posibles errores:

• Ignorar la Asimetría Torsional: No considerar adecuadamente el pandeo torsional o flexo-torsional en miembros comprimidos o el PLT en miembros flexionados.
• Clasificación Incorrecta de la Sección: Usar fórmulas de diseño para secciones compactas cuando los elementos (ala o alma) son no compactos o esbeltos, llevando a un diseño inseguro.
• Subestimar las Deformaciones por Corte: No prever o no corregir adecuadamente las curvaturas o alabeos inducidos por el corte, lo que causa problemas de ajuste y posibles sobreesfuerzos.
• Diseño Inadecuado de Conexiones: No verificar todos los estados límite en las conexiones (especialmente desgarre de bloque en el alma), o no considerar excentricidades.
• Falta de Arriostramiento Adecuado: No proveer suficientes puntos de arriostramiento lateral para el ala comprimida en vigas o para miembros a compresión, subestimando la longitud efectiva (L_b o KL).
• Descuidar la Calidad del Borde Cortado: Un borde rugoso o con muescas puede ser un iniciador de fisuras por fatiga o fractura frágil, especialmente en cargas cíclicas o a bajas temperaturas.
• Selección Basada Solo en Dimensiones Nominales: No considerar las tolerancias de laminación del perfil original y las tolerancias del proceso de corte, que pueden afectar las propiedades reales de la sección.
• Protección Anticorrosiva Deficiente: Especialmente en el borde cortado, lo que lleva a una reducción prematura de la sección útil y compromete la durabilidad.

Una comprensión profunda del comportamiento de estos elementos y un control de calidad riguroso en todas las etapas son claves para evitar estos problemas.

Análisis Avanzado y Modelado Numérico

Para situaciones complejas o diseños que buscan llevar al límite la eficiencia del material, pueden emplearse herramientas de análisis avanzado y modelado numérico (como el Método de los Elementos Finitos - MEF) para estudiar el comportamiento de los perfiles T cortados con mayor precisión.

Modelado Geométrico Preciso

Un modelo MEF permite representar la geometría exacta del perfil T, incluyendo:

• Las dimensiones reales del ala y del alma (considerando tolerancias).
• Los radios de acuerdo entre ala y alma (heredados del perfil I/H original).
• La forma precisa del borde cortado (si es relevante, aunque a menudo se idealiza como recto).
• Imperfecciones geométricas iniciales: Se pueden introducir desviaciones de la forma perfecta (curvaturas, alabeos locales) basadas en mediciones o en patrones esperados (por ejemplo, modos de pandeo propios escalados). Esto es crucial para capturar correctamente la reducción de resistencia debida a las imperfecciones.

Inclusión de Tensiones Residuales

Las tensiones residuales, tanto las provenientes del laminado en caliente del perfil I/H original como las inducidas por el proceso de corte longitudinal, pueden incorporarse en el modelo MEF. Existen patrones típicos de tensiones residuales para perfiles laminados. Las tensiones adicionales debidas al corte térmico (concentradas cerca del borde cortado y redistribuidas en la sección) pueden estimarse mediante modelos termo-mecánicos o basándose en datos experimentales. La presencia de tensiones residuales puede:

• Reducir la carga de pandeo elástico.
• Provocar una plastificación temprana en algunas fibras, afectando la rigidez y la resistencia última, especialmente en compresión y flexión.
• Influir en la capacidad de rotación plástica de la sección (importante para análisis plástico o diseño dúctil).

Análisis de Pandeo (Lineal y No Lineal)

El MEF es una herramienta poderosa para investigar los fenómenos de pandeo:

• Análisis de Pandeo Lineal (Eigenvalue Buckling): Permite calcular las cargas críticas elásticas y los modos de pandeo propios de la estructura (flexional, torsional, flexo-torsional, local, lateral-torsional). Proporciona una primera estimación de la susceptibilidad al pandeo y las formas que este podría tomar.
• Análisis Geométricamente No Lineal (GNA): Considera los efectos de segundo orden (P-Δ y P-δ) a medida que la estructura se deforma bajo carga. Es esencial para seguir la trayectoria de carga-deformación post-pandeo y determinar la resistencia última real, especialmente en presencia de imperfecciones.
• Análisis Materialmente No Lineal (MNA): Incorpora el comportamiento inelástico del material (curva esfuerzo-deformación del acero, incluyendo fluencia y endurecimiento por deformación).
• Análisis Combinado (GMNA - Geometrically and Materially Non-linear Analysis): Es el tipo de análisis más completo, considerando tanto las no linealidades geométricas como las del material, junto con las imperfecciones y tensiones residuales. Permite obtener la predicción más realista de la capacidad última y el comportamiento carga-deformación del miembro o sistema estructural.

Aplicaciones del Modelado Avanzado

• Verificación de Diseños Complejos: Para miembros con condiciones de carga o apoyo inusuales, o interacciones complejas con otros elementos, donde las fórmulas simplificadas de las normas pueden no ser totalmente aplicables o ser demasiado conservadoras.
• Investigación Paramétrica: Estudiar la influencia de diferentes parámetros (geometría, grado de acero, nivel de tensiones residuales, magnitud de imperfecciones) en la capacidad resistente.
• Desarrollo de Reglas de Diseño: Los resultados de estudios MEF pueden usarse para calibrar o desarrollar nuevas reglas de diseño simplificadas para normativas.
• Evaluación de Estructuras Existentes: Analizar la capacidad remanente de estructuras que utilizan perfiles T cortados, considerando posibles daños o condiciones no previstas en el diseño original.
• Optimización: Buscar la geometría óptima del perfil T (derivado de un I/H específico) para una aplicación dada, minimizando peso o costo bajo restricciones de resistencia y rigidez.

Aunque estos análisis avanzados requieren software especializado y experiencia en modelado, pueden ser herramientas valiosas para proyectos de envergadura, estructuras críticas o investigación en centros académicos y de ingeniería en Colombia.

Sostenibilidad y Ciclo de Vida

Evaluar el impacto ambiental de los perfiles T cortados requiere una perspectiva de ciclo de vida.

• Producción del Acero: El mayor impacto ambiental suele estar asociado a la producción del acero primario. El uso de acero reciclado (chatarra) en la fabricación de los perfiles I/H originales reduce significativamente este impacto. Las acerías en Colombia y a nivel mundial están aumentando el contenido de reciclado.
• Proceso de Corte: Genera consumo de energía (electricidad, gases combustibles) y posibles emisiones. La eficiencia del proceso de corte (velocidad, tipo de tecnología) influye en este impacto. También se generan residuos (escoria, kerf de material).
• Transporte: El transporte del perfil I/H a la fábrica, del T cortado a la obra, y de la estructura final contribuye a la huella de carbono. La optimización logística es relevante.
• Uso y Mantenimiento: La durabilidad, ligada a una adecuada protección anticorrosiva, extiende la vida útil y reduce la necesidad de reemplazo. El mantenimiento (repintado, inspecciones) tiene un impacto menor pero acumulativo.
• Fin de Vida: El acero es altamente reciclable. Al final de la vida útil de la estructura, los perfiles T pueden ser desmontados y reciclados para producir nuevo acero, cerrando el ciclo y evitando la extracción de nuevas materias primas. Esta alta reciclabilidad es una ventaja ambiental significativa del acero estructural.

Comparativamente, la decisión entre un T cortado, un T laminado o un T armado desde la perspectiva de sostenibilidad puede depender de:

• La eficiencia en el uso del material (menor peso para la misma función).
• La energía consumida en los procesos de fabricación (corte vs. laminación vs. soldadura).
• La durabilidad y vida útil esperada.
• La logística y distancias de transporte involucradas.

No hay una respuesta única, pero la optimización del diseño para minimizar el peso total de acero suele ser una estrategia efectiva para mejorar la sostenibilidad.

Aspectos de Economía Circular

El uso de perfiles T cortados se alinea bien con los principios de la economía circular:

• Reutilización Potencial: Si una estructura se desmonta cuidadosamente, los perfiles T podrían ser reutilizados directamente en otra aplicación si sus condiciones y propiedades lo permiten.
• Reciclaje: Como se mencionó, el acero es eminentemente reciclable al final de su vida útil.
• Optimización de Recursos: Cortar perfiles existentes puede ser una forma de optimizar el uso de recursos disponibles (perfiles I/H) para satisfacer necesidades específicas de secciones T.

Normalización y Estandarización

Aunque no existen normas específicas que estandaricen las dimensiones de los "perfiles T cortados" de la misma manera que existen para perfiles laminados (IPE, HEA, etc.), su diseño y fabricación se rigen por normativas generales de estructuras metálicas.

• Normas de Diseño: Como la NSR-10 en Colombia, Eurocódigo 3 en Europa, AISC 360 en EE.UU. Estas normas proporcionan los métodos y criterios para verificar la resistencia y estabilidad de cualquier tipo de sección, incluyendo las T asimétricas.
• Normas de Materiales: El acero del perfil I/H original debe cumplir con normas de materiales reconocidas (ASTM, EN, NTC). Por ejemplo, NTC 1985 (ASTM A36), NTC 5708 (ASTM A572), NTC 2675 (ASTM A992).
• Normas de Fabricación y Montaje: Aspectos como tolerancias, calidad de soldadura, procedimientos de montaje están cubiertos por códigos como el AISC Code of Standard Practice (referenciado en NSR-10) o normas EN 1090.
• Normas de Corte Térmico: Existen normas (ISO, AWS) que definen calidades de corte térmico (rugosidad, perpendicularidad, etc.) que pueden ser especificadas en los planos o documentos del proyecto.

La "estandarización" en el caso de los T cortados proviene más bien de la estandarización de los perfiles I/H de los cuales se derivan. Un T cortado de un IPE 300 tendrá dimensiones predecibles (dentro de ciertas tolerancias) basadas en las dimensiones estándar del IPE 300.

Podría ser útil que los catálogos de fabricantes o distribuidores de acero en Colombia incluyeran tablas informativas con las propiedades geométricas calculadas (área, momentos de inercia, módulos de sección, posición del centroide, constantes torsionales) para los perfiles T resultantes del corte de los perfiles I/H más comunes en el mercado local. Esto facilitaría el trabajo de los diseñadores.

Propiedades Geométricas Adicionales de Interés

El cálculo preciso de estas propiedades es un prerrequisito fundamental para el diseño estructural correcto de los perfiles T cortados.

Casos de Estudio y Ejemplos Prácticos (Conceptuales)

Para ilustrar la aplicación y el proceso de decisión asociado a los perfiles T cortados, consideremos algunos escenarios conceptuales en el contexto de la construcción en Colombia.

Escenario 1: Cercha para Cubierta de Bodega Industrial en Cundinamarca

• Requerimiento: Diseñar una cercha metálica para salvar una luz de 20 metros, soportando una cubierta liviana y cargas de viento según NSR-10 para la región.
• Alternativas para Cordones:
  1. Ángulos dobles espalda con espalda.
  2. Perfiles tubulares (CHS o SHS/RHS).
  3. Perfiles T cortados de IPE o HEA.
• Análisis Comparativo:
  • Ángulos Dobles: Económicos y fáciles de conectar, pero pueden requerir placas de presilla o celosía, y su eficiencia a compresión es moderada.
  • Tubulares: Muy eficientes a compresión, buena estética, pero las conexiones de diagonales y montantes (usualmente angulares o canales) son más complejas y costosas de fabricar. Disponibilidad de tamaños grandes puede ser un factor.
  • T Cortados (ej. de IPE 300): Ofrecen buena superficie (ala) para conectar diagonales. El alma proporciona rigidez fuera del plano. El análisis de pandeo (flexional y flexo-torsional) del cordón comprimido es clave. El costo total (IPE 300 + corte vs. tubulares) debe evaluarse. La disponibilidad de IPE 300 suele ser buena en centros como Bogotá.
• Decisión Potencial: Si el análisis detallado muestra que el T cortado cumple los requisitos de resistencia (incluyendo pandeo) y rigidez, y su costo total es competitivo con los tubulares (considerando la fabricación de conexiones), podría ser una solución viable y eficiente. La facilidad de conexión de las diagonales al ala del T puede ser una ventaja significativa en costos de fabricación.

Escenario 2: Viga Secundaria para Entrepiso de Oficinas en Bogotá

• Requerimiento: Vigas secundarias (viguetas) de 6 metros de luz, separadas 2.5 metros, soportando una placa colaborante (steel deck) con concreto y cargas de uso de oficinas (NSR-10, Título B).
• Alternativas:
  1. Perfiles IPE estándar (ej. IPE 180 o 200).
  2. Perfiles T cortados (ej. de IPE 360 o 400), orientados con el ala hacia arriba.
  3. Vigas de alma aligerada (castellated/cellular).
• Análisis Comparativo:
  • IPE Estándar: Solución común, diseño directo, buena disponibilidad.
  • T Cortados: El ala ancha superior puede interactuar bien con la placa colaborante, potencialmente facilitando la instalación de conectores de cortante si se diseña como sección mixta. El diseño debe verificar cuidadosamente la flexión (capacidad del momento flector) y el pandeo lateral-torsional (PLT), ya que el ala inferior (el borde libre del alma) está en compresión y es susceptible. La altura total del T cortado será menor que la del IPE original, lo que podría ser una ventaja si hay restricciones de altura de entrepiso.
  • Vigas Aligeradas: Permiten mayor peralte para la misma cantidad de material, aumentando la rigidez y resistencia a flexión, útil para luces mayores o cargas pesadas. La fabricación es más compleja.
• Decisión Potencial: El perfil T cortado podría ser interesante si se busca una menor altura de viga o si se planea una acción mixta eficaz con la losa. Sin embargo, el control del PLT será crítico y podría requerir arriostramiento adicional o limitar su capacidad. Si la simplicidad y el costo son primordiales, el IPE estándar podría ser preferible. La viabilidad dependerá del costo del perfil I/H base más el corte versus el costo del IPE.

Escenario 3: Rigidizadores para Viga Armada de Puente Peatonal

• Requerimiento: Diseñar rigidizadores transversales para el alma de una viga cajón o I armada de gran peralte (ej. 1.5 metros) para un puente peatonal.
• Alternativas para Rigidizadores:
  1. Planchas de acero planas.
  2. Perfiles angulares.
  3. Perfiles T cortados (ej. de IPE 160 o 180).
• Análisis Comparativo:
  • Planchas: Simples de cortar y soldar, pero ofrecen menor rigidez por unidad de peso comparado con perfiles.
  • Angulares: Más rígidos que las planchas, fáciles de conseguir. La conexión al alma de la viga principal es sencilla.
  • T Cortados: Ofrecen la mayor rigidez por unidad de peso debido a la distribución del material (ala + alma). Pueden ser muy eficientes para controlar el pandeo del alma de la viga principal, permitiendo quizás un menor número de rigidizadores o un alma principal más esbelta. La soldadura al alma principal requiere cuidado.
• Decisión Potencial: Si la optimización del peso es crucial o si se requiere una alta rigidez para los rigidizadores (por ejemplo, en puntos de introducción de cargas concentradas o apoyos), el perfil T cortado puede ser la opción más eficiente técnicamente, aunque su costo de fabricación (corte + soldadura) debe compararse con el de los angulares.

Consideraciones Finales sobre la Elección y Uso

La decisión de emplear perfiles T obtenidos por corte longitudinal de vigas I o H es una estrategia de ingeniería que busca optimizar el uso del material y adaptar las secciones transversales a necesidades específicas, aprovechando la disponibilidad de perfiles estándar en el mercado.

Su éxito depende de una comprensión clara de:

• El proceso de fabricación: Incluyendo la elección del método de corte, el control de calidad, la gestión de deformaciones y tensiones residuales.
• Las propiedades geométricas y mecánicas: Reconociendo su asimetría y cómo esta afecta la posición del centroide, los momentos de inercia y las constantes torsionales.
• El comportamiento estructural: Dando especial atención a los diversos modos de pandeo (local, flexional, torsional, flexo-torsional, lateral-torsional) que pueden gobernar el diseño bajo diferentes tipos de solicitaciones (compresión, flexión, combinadas).
• El diseño de conexiones: Asegurando una transferencia de carga adecuada y segura, considerando la geometría particular del perfil T.
• La normativa aplicable: Cumpliendo rigurosamente con los requisitos de códigos como la NSR-10 en Colombia, especialmente en lo referente a secciones asimétricas y diseño sísmico.
• El contexto del proyecto: Evaluando la disponibilidad de materiales, las capacidades de fabricación locales (ej. talleres en Bogotá o cercanías), los costos comparativos con alternativas, y los requisitos específicos de la obra.

Cuando se utilizan de manera informada y se diseñan y fabrican correctamente, los perfiles T cortados pueden ser una solución estructural valiosa y eficiente dentro del repertorio de opciones para la construcción metálica en Colombia, contribuyendo a la versatilidad y adaptabilidad de las estructuras de acero.

La colaboración entre diseñadores estructurales, fabricantes de estructuras metálicas y proveedores de acero es fundamental para aprovechar al máximo las potencialidades de estos elementos, asegurando al mismo tiempo la seguridad, durabilidad y economía de las construcciones.