Descripción de la viga en I: anatomía, tamaños, tipos, estándares y guía de fabricación

Una viga en I es una sección de acero estructural con una sección transversal en forma de I: dos alas paralelas conectadas por una única alma vertical. Esa es la definición en una línea. Todo lo demás en una descripción de trabajo (profundidad, ancho del ala, espesor del alma y del ala, calidad, longitud y rectitud) existe porque la forma por sí sola no le dice a un laminador, detallista o soldador qué hacer con él.

La mayoría de las personas que buscan una descripción de una viga en I necesitan una de cuatro cosas: una definición sencilla para una nota de dibujo o una presentación, una designación de tamaño que realmente puedan solicitar, una forma de distinguir una viga laminada en caliente de una soldada o una breve lista de verificación de detalles para verificar antes de aceptar el acero. Las secciones siguientes los toman en orden y mantienen los números concretos.

La respuesta corta: describa una viga en I con seis elementos: profundidad, ancho del ala, espesor del alma, espesor del ala, longitud y calidad del acero. "IPE 300, S355JR, 12 m, EN 10365" es una descripción. "Viga en I de 200 por 100" es un apodo.

¿Qué es una viga en I? Definición y anatomía

Una viga en I es simétrica con respecto a ambos ejes y concentra el material en las alas, que es exactamente donde la tensión de flexión es mayor. Debido a esa distribución, una viga en I soporta varias veces la carga de flexión de una barra rectangular sólida del mismo peso y profundidad, y ese solo hecho explica por qué el perfil sobrevive en casi todas las estructuras de acero jamás construidas.

Seis medidas definen la sección. Aparecen en todos los catálogos de fábricas y en todas las descripciones que vale la pena escribir.

Viga I, viga H y brida ancha: misma familia, diferentes proporciones

"I-beam" y "H-beam" no son dos productos diferentes. Describen la misma familia de formas; el nombre generalmente indica qué tan anchas son las bridas en relación con la profundidad. Una sección profunda con pestañas estrechas parece una I mayúscula, y al ensanchar las pestañas hacia la profundidad, el mismo perfil se convierte en algo que parece una H mayúscula. Los códigos y catálogos de fábricas dieron nombres diferentes a los dos extremos, y de ahí proviene la mayor parte de la confusión en los dibujos.

Tres cosas cambian a medida que las alas se ensanchan: la rigidez lateral de la viga, la masa para una profundidad determinada y los detalles de conexión que encajarán físicamente.

Cómo leer la designación del tamaño de una viga en I

Una designación es un código de forma más uno o dos números y nunca es la especificación completa. W12x26 significa una forma de W con una profundidad nominal de 12 pulgadas y un peso de 26 libras por pie. IPE 300 significa un perfil en I de bridas paralelas de 300 milímetros de profundidad. HEB 200 significa una sección en H pesada de ala ancha y 200 milímetros de profundidad. En todos los casos, el número nominal se acerca (pero no exactamente) a la dimensión real, y es la masa, no la profundidad, lo que se paga.

Dos reglas previenen la mayoría de los errores al realizar pedidos. En primer lugar, las designaciones imperiales citan una profundidad nominal y la masa real por pie: la profundidad real solo en la serie W12 se extiende en aproximadamente 45 mm, desde aproximadamente 303 mm hasta aproximadamente 348 mm. En segundo lugar, las designaciones métricas indican la profundidad exactamente (IPE 300 tiene 300 mm de profundidad), pero aún hay que buscar el grosor de las paredes, y dos perfiles de la misma profundidad pueden diferir en peso casi tres veces.

Longitudes estándar, grados de acero y tolerancias

Un pedido que sólo dice "Viga I, 12 m" es comprar una forma de resistencia desconocida, rectitud desconocida y documentación desconocida. La longitud, la calidad y la tolerancia deben especificarse juntas, porque así es como una fábrica lee la solicitud.

Los molinos ruedan a 6 m, 12 my ocasionalmente de 15 a 18 m, mientras que los mercados imperiales cotizan de 20 a 40 pies. Doce metros es el compromiso habitual entre menos empalmes y límites de transporte por carretera, y es la longitud alrededor de la cual se planifican la mayoría de los envíos de exportación.

En la mayoría de los dibujos aparecen cuatro grados:

• ASTM A36: rendimiento de 250 MPa, fácil de soldar, común en América del Norte para estructuras livianas y fabricación en general.
• ASTM A992 o A572 Gr. rendimiento 50 — 345 MPa; A992 es el grado estándar en forma de W para marcos de construcción.
• EN 10025-2 S355JR o S355J2: rendimiento de 355 MPa, con los sufijos JR y J2 que indican resistencia al impacto Charpy para servicio más frío.
• GB/T 1591 Q355B: el grado común chino, frecuentemente con doble certificación EN o ASTM en proyectos de exportación.

Tres tolerancias causan la mayoría de las discusiones en el sitio: camber (el arco vertical), barrido (el arco horizontal) y torsión. Un límite típico de ala ancha es 1/8 de pulgada por 10 pies de longitud, o aproximadamente 0,1 por ciento, lo que significa que una viga de 12 m puede arquearse legalmente alrededor de 12 mm y aun así pasar. El descuadramiento de la brida y la tolerancia de longitud son nuevamente límites separados. Si la viga tiene que asentarse plana sobre una placa base o alinearse con un empalme, indique la clase de rectitud en el pedido en lugar de encontrarla en el taller.

¿Laminado en caliente o soldado? La descripción te lo dice

Una descripción que dice "forma de W laminada en caliente", "IPE" o "HEB" significa que la viga salió de un laminador como una sola pieza. Una descripción que dice "viga de placa soldada", "viga armada" o "sección en H fabricada" significa que las alas y el alma se cortaron de la placa y se unieron mediante soldadura. La fabricación soldada es la forma de obtener profundidades no estándar, bridas muy gruesas y piezas individuales más largas o más pesadas de lo que permite cualquier programa de laminación.

Las vigas soldadas trasladan el control de calidad al taller. El alma debe colocarse en escuadra con las alas antes de virar, la entrada de calor debe controlarse para que las almas delgadas no se doblen, y la unión debe soldarse plana, con la viga girada para que la soldadura quede horizontal. En uniones largas entre alma y brida, esa soldadura de giro y desplazamiento normalmente se realiza con un cabezal de arco sumergido transportado sobre un carro. Las tiendas que hacen esto en volumen se mueven hacia soldadura automatizada para grandes estructuras metálicas no sólo por la velocidad, sino porque una soldadura manual a lo largo de una junta de 12 m es casi imposible de repetir.

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Posicionamiento: el paso que la mayoría de las descripciones omiten

Soldar una viga en su lugar funciona para piezas cortas. Para cualquier cosa pesada, o cualquier cosa que necesite una soldadura por encima, la soldadura debe girarse para que la unión quede plana y el operador no tenga que luchar contra la gravedad. Éste es un problema de posicionamiento más que de soldadura, y normalmente se resuelve con un posicionador o un dispositivo de giro adecuado para la carga y para el centro de gravedad desplazado.

Dos números deciden la máquina: la masa de la pieza soldada y qué tan lejos se encuentra su centro de gravedad del centro de la mesa o de los rodillos. Un posicionador con capacidad para 5 t que sostiene una pieza soldada de 5 t cuyo centro de gravedad se encuentra a 800 mm descentrado experimenta un momento de vuelco que no tiene nada que ver únicamente con la capacidad de carga. El par de giro, el método de sujeción y la planitud de la superficie de montaje deben comprobarse conjuntamente, idealmente antes de realizar la primera soldadura.

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Dónde se utilizan vigas en I

Las vigas en I se eligen siempre que una estructura deba soportar flexión a lo largo de un tramo con la menor cantidad de acero posible, lo que cubre la mayor parte del entorno construido.

• Estructuras de construcción: vigas de piso, columnas y entrepisos
• Puentes: largueros, arriostramientos transversales y obras temporales
• Vigas de vía de grúa, vías monorraíl y bastidores de elevación
• Bases de máquinas, patines y bastidores de equipos industriales.
• Remolques, chasis y estructuras de transporte.
• Partes internas de turbinas eólicas: marcos de góndolas, plataformas de torres y soportes internos
• Pórticos transportadores, estanterías y estructuras de almacenamiento.

El trabajo con viento muestra cómo se unen las dos mitades de un taller de fabricación. La torre es cilíndrica y gira bajo una antorcha estacionaria; los marcos internos y las plataformas son vigas y están soldadas planas. Los talleres que atienden esa industria generalmente necesitan tanto una configuración de soldadura por haz como un rotador, porque las secciones redondas se sueldan con la pieza de trabajo girando mientras el soplete permanece quieto.

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Qué especificar al pedir una viga en I

Un pedido que incluye estos siete artículos rara vez regresa con una pregunta.

Preguntas frecuentes sobre vigas en I

¿Es lo mismo una viga en I que una viga en H?

A efectos prácticos, sí: ambos nombres describen una sección en forma de I. La distinción es la proporción: las formas tradicionales de vigas en I tienen alas estrechas, a veces cónicas, mientras que las formas de alas anchas y de sección en H tienen alas paralelas que son anchas en relación con la profundidad. La diferencia se manifiesta en la estabilidad lateral, el espacio de conexión y el peso.

¿Qué significa W12x26?

Tiene forma de W y mide nominalmente 12 pulgadas de profundidad con una masa de 26 libras por pie, aproximadamente 38,7 kg por metro. El 12 es sólo nominal, ya que la profundidad real de una sección W12 varía según la serie, por lo que las propiedades de la sección siempre deben tomarse del catálogo y no del nombre.

¿En qué dirección hacia arriba es más fuerte una viga en I?

De pie, con las bridas horizontales. La capacidad de flexión aumenta marcadamente con la profundidad, por lo que la misma viga colocada de lado pierde la mayor parte de su resistencia del eje fuerte y depende de propiedades mucho más pequeñas del eje débil. Cuando una viga se utiliza como columna, se debe comprobar si se pandea en ambas direcciones.

¿Se puede soldar una viga en I?

Sí, siempre que la soldadura se realice mediante un procedimiento calificado. Dos puntos importan más que la soldadura en sí: el equivalente de carbono del grado, que decide si se necesita precalentamiento para bridas gruesas, y el aporte de calor, que decide cuánto se curvará la red. Las bandas finas y las uniones largas son los puntos donde la distorsión resulta costosa.

¿Cuál es la diferencia entre IPE y HEB?

Ambas son secciones europeas de alas paralelas, pero HEB tiene alas mucho más anchas y paredes más gruesas para la misma profundidad: IPE 300 pesa 42,2 kg/m, mientras que HEB 300 pesa 117 kg/m. IPE se adapta a vigas donde la resistencia a la flexión es importante y se dispone de soporte lateral; HEB es adecuado para elementos que también actúan como columnas, puntos de elevación o soportes con cargas pesadas.

Si recuerda una cosa, recuerde que la descripción de una viga en I es un conjunto de números en lugar de un nombre. Profundidad, ancho del ala, espesor del alma, espesor del ala, longitud y calidad, además de una declaración clara de si la viga está laminada en caliente en una sola pieza o soldada a partir de una placa. Coloque esos artículos en el dibujo y en la orden de compra, y las preguntas se responderán en el escritorio en lugar de en el taller.