Una viga I de aluminio se extruye, no se lamina

Una viga de ala ancha de acero se lamina en caliente y puede alcanzar 600 mm de canto. Una viga I de aluminio se empuja a través de un troquel en una prensa hidráulica, por lo que la sección queda limitada por lo que puede asumir la prensa y lo que puede soportar el troquel. Por eso las vigas I de aluminio comerciales rara vez superan los 250 a 300 mm de canto, y por eso el ala normalmente tiene un espesor uniforme sin afinado. No son defectos: son la geometría propia de la extrusión, y diseñar contando con ella es lo que hace que el aluminio funcione en un bastidor estructural.

Linkedalu Metal Group Co., Ltd extruye secciones a medida de aluminio en viga I y perfil T para bastidores estructurales, refuerzos, bancadas de máquinas, equipos de transporte y trabajos arquitectónicos donde el acero simplemente pesa más de lo que permite la especificación. Con cada pedido se envían certificados de colada conforme a GB/T 5237, EN 755-9 o ASTM B221.

Aluminio frente a acero: una comparación honesta

A igual sección transversal, una viga de aluminio 6061-T6 soporta aproximadamente el 35 al 40 por ciento de la carga que soporta una viga de acero, con cerca de un tercio del peso. Hay dos cifras que se pasan por alto con frecuencia. El módulo elástico del aluminio es aproximadamente un tercio del del acero, por lo que una viga de aluminio del mismo tamaño se flecta unas tres veces más bajo la misma carga. Su dilatación térmica es aproximadamente el doble de la del acero, así que los elementos de gran vano necesitan que se permita el movimiento en la unión y no solo en la superficie.

Rigidez: lo que le cuestan los 69 GPa y cómo recuperarlo

Como la flecha rara vez se corrige cambiando de aleación, se corrige cambiando la geometría o el vano. Hay tres palancas que funcionan: aumentar el canto, ya que pasar de una viga I de aluminio de 100 mm a una de 150 mm duplica aproximadamente el momento de inercia; añadir nervios internos de refuerzo en la extrusión, lo que coloca material donde la tensión es mayor con escasa penalización de peso; o aceptar la menor rigidez y reducir el vano sin soporte con apoyos más próximos. Una revisión del plano le dirá qué palanca permite la geometría de la sección.

La extrusión también permite diseñar la sección transversal para el recorrido de las cargas en lugar de para un tren de laminación, recurriendo a espesores de pared afinados, un alma tubular hueca o nervios internos. Esos son los movimientos de diseño que hacen que el aluminio gane en resistencia específica. La soldadura sigue las reglas habituales del aluminio: el 6061-T6 se suelda limpiamente con TIG o MIG usando aporte 4043 o 5356, y la zona afectada térmicamente pierde temple y cae a una resistencia aproximada de T4 en la zona de soldadura.

Medidas, límites y tolerancias de la viga I

En prensas de 500 MT a 5,000 MT, la envolvente práctica es un canto de hasta unos 300 mm, una anchura de ala de hasta unos 200 mm, un espesor de alma y ala de 2 mm a 25 mm según el canto, y un peso por metro que normalmente se mantiene por debajo de 15 kg/m. Por encima de unos 300 mm de canto, el alma se enfría despacio mientras las alas se enfrían rápido, y la contracción diferencial deforma la sección.

Los pesos son teóricos y solo a título orientativo; la cifra certificada figura en el certificado de colada. Las tolerancias dimensionales son: canto más menos 0.5 a 1.5 mm según el tamaño, anchura de ala más menos 0.5 a 1.0 mm, espesor de alma y ala más menos 10 por ciento del nominal, rectitud dentro de 0.8 mm por cada 1,000 mm, torsión dentro de 0.5 grados por cada 1,000 mm y planitud del alma dentro del 0.5 por ciento de la altura del alma. Unas tolerancias más ajustadas ralentizan la prensa, añaden inspección y a veces obligan a modificar el troquel, así que merece la pena especificarlas solo donde el conjunto las necesite, como caras de unión mecanizadas y uniones de ala atornilladas.

Variantes del perfil T y elección de aleación

Cuatro decisiones cambian lo que hace un perfil T. Una T igual, en la que la anchura del ala y la altura del alma son similares, es la opción por defecto para refuerzos, falsos techos y bastidores de tabique, porque la carga sobre el ala es simétrica. Una T desigual, con un ala más ancha que el alma, conviene a marcos de exposición, juntas arquitectónicas y soportes de rotulación donde la superficie de montaje necesita más contacto del que el alma necesita para su rigidez. Las esquinas vivas dan una línea arquitectónica limpia con una concentración de tensiones moderada, mientras que las esquinas redondeadas reparten mejor las tensiones, se extruyen con más facilidad y son más seguras de manipular, y por eso los perfiles T arquitectónicos vistos emplean casi siempre esquinas redondeadas.

El 6061-T6, con una resistencia a la tracción mínima de 260 MPa y un límite elástico de 240 MPa, se especifica para barras T estructurales, refuerzos, bastidores de máquinas soldados y equipos de transporte. El 6063-T5, con 160 MPa de tracción y 110 MPa de límite elástico, es la opción por defecto para perfiles T arquitectónicos vistos, falsos techos y juntas porque se anodiza de forma brillante y uniforme. El 6060-T5 responde a especificaciones europeas con criterios visuales más estrictos, y el 5052 o 5086 cubren chapa marina y elementos secundarios.

Un perfil T estructural no es un perfil ranurado (T-slot). Los perfiles ranurados como el 2020, 2040, 4040 y 4080 son una familia de producto aparte con ranuras mecanizadas en el ala para admitir tuercas en T y tornillos para estructuras modulares. Se parecen y cumplen funciones distintas, así que indique claramente que quiere una T estructural.

Dónde funcionan estas secciones

Los equipos de transporte son el terreno propio del aluminio: un bastidor de viga I de aluminio 6061-T6 puede reducir el peso del bastidor un 40 a 50 por ciento frente a un equivalente de acero y convertir ese ahorro directamente en carga útil. Los fabricantes de máquinas se pasan a las vigas I de aluminio cuando la máquina debe reubicarse con regularidad o cuando la corrosión importa, como en el procesado de alimentos y las zonas de lavado. Los perfiles T en 6063-T5 se colocan detrás de falsos techos suspendidos, bastidores de tabique y juntas arquitectónicas, y un perfil T pegado al dorso de un panel plano eleva el momento de inercia del panel, de modo que una chapa flexible se vuelve estructural. Las estructuras marinas, como elevadores de embarcaciones, bastidores de muelle y pasarelas, usan aluminio porque no necesita pintura en la línea de flotación.

La fabricación abarca corte a medida, taladrado, ingletes, subconjuntos soldados y etiquetado según su lista de despiece. La longitud estándar es de 5.8 m, con 6.0 m disponibles previa revisión del proyecto, y los acabados van desde el acabado de extrusión hasta el anodizado en AA10, AA15 o AA20, el recubrimiento en polvo arquitectónico de 60 micrómetros o más y el PVDF para exposiciones de alta radiación UV o costeras. El pedido mínimo es de 500 kg para un troquel nuevo y de 200 a 500 kg para secciones que ya están en la biblioteca de troqueles.