Dimensionar un tubo rectangular de aluminio para una estructura no se resume a elegir una sección « que parezca lo suficientemente grande ». El marco normativo impuesto por el Eurocódigo 9 (EN 1999-1-1) estructura el proceso en varias verificaciones sucesivas, y los retornos de obra post-2020 confirman que descuidar una de ellas, en particular la flecha de servicio, genera desórdenes costosos.
Flambaje local de las paredes delgadas en aleación serie 6000
La primera verificación a realizar se refiere a la estabilidad local. Un tubo rectangular extruido en aleación 6060 T6 o 6005A T6 presenta paredes cuyo ratio ancho/espesor condiciona directamente la clasificación de la sección. El Eurocódigo 9 clasifica las secciones en cuatro categorías, de 1 (plástico) a 4 (delgadas), según este ratio.
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Para una estructura ligera (pergola, armazón de fachada, estructura de invernadero), observamos con frecuencia secciones de clase 3 o 4. Esto significa que la plena capacidad plástica del perfil no puede ser movilizada. El cálculo debe basarse entonces en la resistencia elástica, o incluso en un ancho efectivo reducido para las secciones de clase 4.
Aplicar la método para dimensionar un tubo rectangular sin verificar esta clasificación equivale a sobreestimar la capacidad portante del perfil, a veces de manera significativa.
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Las Anexos Nacionales revisadas entre 2022 y 2024 (en particular los NA francés y alemán) refuerzan esta exigencia al enmarcar más estrictamente las verificaciones de flambaje local para los perfiles huecos extruidos comunes.
Criterio de flecha en servicio: el verdadero dimensionamiento de una estructura de aluminio
La flecha de servicio gobierna el dimensionamiento más a menudo que la tensión. Recomendamos comenzar por esta verificación incluso antes de controlar la resistencia. Es contraintuitivo para quienes vienen del acero, pero el aluminio tiene un módulo de Young aproximadamente tres veces más bajo. A sección equivalente, un tubo de aluminio se flexiona tres veces más que un tubo de acero.
Límites de flecha según el uso
Las guías técnicas de las organizaciones profesionales de la construcción y de la carpintería de aluminio fijan umbrales variables:
- L/200 para elementos de estructura secundaria no visibles o sin relleno frágil
- L/300 para estructuras que soportan un revestimiento, paneles compuestos o elementos de carpintería
- L/500 o más severo para elementos acristalados o estructuras donde el más mínimo desalineamiento provoca una fisuración de las juntas
Los retornos de experiencia publicados después de 2020 son claros: dimensionar únicamente « a la tensión » conduce frecuentemente a estructuras legalmente conformes pero funcionalmente defectuosas. Juntas que se fisuran, rellenos que se desplazan, sensación de flexibilidad percibida por los usuarios.
Cálculo práctico de la flecha
La fórmula clásica de la flecha de una viga simplemente apoyada bajo carga uniformemente distribuida sigue siendo el punto de partida: f = 5·q·L⁴ / (384·E·I). El parámetro determinante es el momento de inercia I del tubo rectangular, que depende de las dimensiones exteriores y del grosor de la pared.
Para un tubo rectangular hueco, la inercia según el eje fuerte (el que resiste a la flexión principal) difiere notablemente de la inercia según el eje débil. Orientar el tubo con la gran dimensión en el sentido de la carga es evidente, pero constatamos regularmente errores de orientación en obra.
Resistencia a la flexión y verificación del flambaje global
Una vez satisfecho el criterio de flecha, la verificación de resistencia a la flexión se realiza según la clase de sección determinada anteriormente. Para una sección de clase 1 o 2, se aplica el momento resistente plástico. Para una sección de clase 3, se limita al momento elástico. Para una clase 4, la sección efectiva reducida debe ser recalculada.
El flambaje global (volteo) ocurre cuando la membrana comprimida del tubo no está mantenida lateralmente a lo largo de toda su longitud. En una estructura de techo o de pérgola, las vigas o traviesas intermedias cumplen este papel de mantenimiento. Su espaciamiento condiciona la longitud de flambaje y, por lo tanto, la carga crítica.
El Eurocódigo 9 impone una verificación combinada de flexión + esfuerzo normal tan pronto como el tubo soporta simultáneamente una carga axial (peso propio transmitido en compresión en los montantes, por ejemplo). Esta interacción reduce la capacidad en flexión y no puede ser ignorada en una estructura tridimensional.
Aleación y estado metalúrgico: impacto directo en el dimensionamiento
La elección de la aleación no es un detalle comercial. El límite de elasticidad convencional f₀ varía del simple al doble entre un 6060 T5 y un 6005A T6. Este valor entra directamente en el cálculo del momento resistente, y por lo tanto en la sección necesaria.
- Las aleaciones de la serie 6000 (6060, 6063, 6005A, 6082) son las más comunes para los tubos extruidos destinados a la estructura
- El estado T6 (tratado térmicamente y revenido) ofrece las mejores características mecánicas para un perfil extruido estándar
- El estado T5 (enfriado después de la extrusión y luego envejecido) presenta valores inferiores, pero es suficiente para estructuras poco solicitadas
Especificar la aleación y el estado metalúrgico desde la fase de dimensionamiento evita recalcular toda la estructura en el momento del pedido de los perfiles.
Ensamblajes y longitud de flambaje real
El dimensionamiento del tubo solo no es suficiente. La rigidez real de la estructura depende de las condiciones de apoyo en los nudos. Un ensamblaje atornillado con juego se comporta como una articulación, mientras que un ensamblaje soldado o atornillado con placa rigidifica el nudo.
La longitud de flambaje adoptada en el cálculo debe reflejar el tipo de ensamblaje previsto. Utilizar una longitud de flambaje igual a la longitud libre entre nudos supone articulaciones perfectas. Si los nudos son semi-rígidos, la realidad se sitúa entre el empotramiento y la articulación, y se vuelve necesaria una modelización más precisa (o un coeficiente corrector).
Para las estructuras de aluminio de alcance modesto, la combinación de flecha + flambaje local + elección de aleación cubre la gran mayoría de los casos de dimensionamiento. Los casos de cargas dinámicas, fatiga o sismos pertenecen a partes complementarias del Eurocódigo 9 y justifican sistemáticamente la intervención de un despacho de estudios de estructuras.