1,5 mm a calibre: calibre 16, y un montante de 1,5 mm dimensionado de principio a fin con la combinación que gobierna

Alguien te pasa un plano que dice 1,5 mm y un proveedor que habla en calibres. La conversión cabe en una línea: 1,5 mm es calibre 16, en el Manufacturers' Standard Gauge para chapa de acero sin revestir, donde el calibre 16 son 0,0598 in, es decir 1,5189 mm. Tus 1,5 mm quedan un 1,26 % por debajo de esa fila nominal, más cerca de 16 que de cualquier otra de la escala.

Y ahí empieza el problema, en dos frentes. El primero es que la frase anterior solo vale para el acero desnudo. La chapa galvanizada, el inoxidable y el aluminio conservaron cada uno una norma de calibre distinta, y en esas escalas la fila más próxima a 1,5 mm es la 17, la 17 y la 15. Un montante galvanizado vendido como calibre 16 no mide 1,5 mm, mide 1,6129 mm, y la diferencia no es un redondeo.

El segundo es que nada de esto te dice si 1,5 mm alcanza. El espesor es un dato de compra. Lo que decide una barra es el esfuerzo que soporta, la forma en que pandea y la combinación de acciones que acaba gobernando, y a 1,5 mm las tres cosas se comportan de un modo para el que un perfil más grueso no te prepara. Así que este artículo hace las dos mitades: la tabla de conversión, y después un montante real de 1,5 mm llevado desde el área tributaria hasta el veredicto final.

El calibre no es una escala. Son cuatro escalas heredadas que nunca se unificaron, así que convertir un espesor en un número de calibre exige decir qué material tienes en la mano. Aquí están los 1,5 mm contra cada una, con la fila más próxima elegida por error absoluto en milímetros, que es la regla que aplica el conversor de CalcSteel.

Vuelve a leer la tercera columna. La respuesta a "qué calibre es 1,5 mm" cambia en dos números enteros de calibre según de qué esté hecha la chapa, y la dispersión entre los cuatro espesores candidatos es de 0,0889 mm, un 5,9 % del espesor del que partiste.

El camino inverso es peor, porque es el que la gente cita de memoria. El calibre dieciséis son 1,5189 mm en acero desnudo, 1,6129 mm galvanizado, 1,5875 mm en inoxidable y 1,2903 mm en aluminio. Pide calibre 16 galvanizado esperando 1,5 mm y recibes un 7,5 % más de acero del previsto, lo cual es bueno para la capacidad y malo para el plano de taller que dio por supuesto un espesor.

Los números de calibre nunca fueron espesores. Nacieron como recuentos, de cuántas veces se había pasado una chapa por un juego de cilindros, y la cuenta subía a medida que la chapa adelgazaba. Por eso la escala es inversa: el calibre 10 es grueso, el calibre 26 es una lámina de relleno.

Después cada oficio fijó ese recuento contra una referencia física distinta. El Manufacturers' Standard Gauge para chapa de acero se ancla en el peso, 41,82 lb por pie cuadrado y por pulgada de espesor, y por eso sus filas caen en cifras como 0,0598 in. El Galvanized Sheet Gauge es la misma idea con el cinc incluido, así que cada fila es más gruesa que su gemela en acero desnudo. El Stainless Steel Gauge se construye sobre fracciones simples de pulgada, de modo que el calibre 16 es exactamente 1/16 in. El aluminio tomó prestado el American Wire Gauge, una serie geométrica definida por una fórmula y no por una tabla.

Cuatro referencias, cuatro escaleras, ninguna conversión entre ellas. De ahí sale la única regla que vale la pena guardar: acota milímetros o pulgadas en el plano y trata el número de calibre como jerga de taller. "1,5 mm CRS" significa lo mismo en todas partes. "Calibre 16" significa cuatro cosas y te entregan una de ellas.

El conversor de abajo usa las mismas cuatro tablas que este artículo, en los dos sentidos, y añade el peso por metro cuadrado. Escribe 1,5 mm, o cualquier espesor, y lee el calibre más próximo en cada norma; o escribe un número de calibre y mira los cuatro espesores que significa. Sin registro, y las cifras salen de las tablas, no de una conjetura generativa.

Este cuesta dinero y casi nadie lo aplica en el primer proyecto. Las normas de perfiles conformados en frío piden el espesor del acero base, descontado el revestimiento metálico. AISI S100 lo pone en A2.4, NBR 14762 en sus definiciones, EN 1993-1-3 en 3.2.4. El cinc es protección contra la corrosión; no resiste nada.

Un revestimiento Z275 son 275 g de cinc por metro cuadrado contando las dos caras. Con una densidad de 7130 kg/m3 eso da 0,0386 mm de cinc. Así que una chapa vendida como 1,5 mm nominal galvanizada se calcula como 1,4614 mm, un recorte del 2,57 % antes de aplicar una sola carga.

Número pequeño, efecto real, porque los perfiles delgados pagan dos veces por ser delgados: el área baja con t, y la reducción por pandeo local también empeora. Volver a correr el montante del ejemplo, más abajo, con 1,4614 mm en lugar de 1,5000 mm lleva la utilización que gobierna de 0,743 a 0,768 y la flecha por viento de 8,60 mm a 8,81 mm. Son 3,4 % de utilización comprados por un revestimiento que ibas a especificar de todos modos.

La regla práctica que se deduce: si el presupuesto dice espesor nominal y la chapa es galvanizada, descuenta el revestimiento antes de calcular. Si dice espesor de acero base, ya está descontado. Si dice calibre 16, pregunta cuál de las cuatro normas, y vuelve a preguntar si eso es antes o después del cinc.

Una tabla de calibres se detiene en la chapa. Toda pregunta estructural empieza un paso después, cuando esa chapa ya se ha conformado en frío hasta darle una forma y se le pide que soporte algo. A 1,5 mm la forma hace casi todo el trabajo, porque el material es demasiado delgado para resistir nada por sí solo: una tira plana de 1,5 mm y 90 mm de ancho abolla bajo una carga que podrías aplicar con la mano, y esa misma tira doblada en perfil C con labios resiste decenas de kilonewtons.

De ahí sale también la trampa. Una vez que la chapa es perfil, tiene un área, un momento de inercia y un módulo resistente, y el catálogo imprime los tres. Son propiedades brutas, calculadas a partir del contorno. Un perfil delgado no llega a usarlas enteras, y cuánto pierde es función del espesor. El resto de este artículo es una sola barra, dimensionada de principio a fin, con esa pérdida medida y no supuesta.

Si quieres el mismo tratamiento para una chapa plana en vez de un perfil conformado, el artículo hermano sobre peso de chapa lleva una chapa de 8 mm por el mismo recorrido completo con su propia combinación que gobierna.

El sitio más habitual donde aparece un perfil estructural de 1,5 mm es un muro de light steel framing, así que eso es lo que se dimensiona aquí. Muro exterior de planta baja de una vivienda de dos plantas, que recibe el forjado de encima y la cubierta, y el viento en su cara.

• Perfil: Ue 90x40x12x1,5, un perfil C con labios, 2,23 kg/m. Brutas A = 2,8425 cm2, Ix = 36,794 cm4, Sx = 8,1763 cm3.
• Acero: ZAR 345, fy = 345 MPa, E = 200 GPa.
• Geometría: altura de planta 3,00 m, montantes cada 600 mm, flejes horizontales y bloqueos en los tercios, o sea 1,00 m entre arriostramientos respecto del eje débil y frente al giro. Articulado en las soleras superior e inferior.
• Área tributaria: el forjado superior salva 4,80 m y reparte la mitad sobre este muro, lo que da 1,44 m2 de forjado por montante.

El alma queda perpendicular al plano del muro, que es como se montan los montantes, así que el viento flecta el montante respecto de su eje fuerte. Conviene comprobarlo en vez de suponerlo, y el motor lo confirma: con una carga transversal uniforme de 0,600 kN/m la flecha a media altura sale 8,5995 mm, frente a los 8,5995 mm de la forma cerrada 5 w L4 / 384 E I_x, un error del 0,000045 %. La misma carga respecto del eje débil habría dado 47,94 mm. El momento cae en 67,5 kN.cm frente a w L2 / 8 = 67,5 kN.cm, exacto.

Esta es la parte que una tabla de calibres no te puede decir. Los elementos planos de un perfil delgado abollan localmente, en una ondulación a lo ancho de la chapa, mucho antes de que el acero llegue a su límite elástico. Las normas no lo prohíben; lo contabilizan borrando la parte de cada plano que ha dejado de trabajar y quedándose con el resto. Ese es el método del ancho eficaz, y la fórmula de Winter es su motor.

Pasa esta sección por el módulo de ancho eficaz que corre en producción, con la tensión en el límite elástico, y esto es lo que sobrevive:

Suma y el área eficaz es el 62,7 % del área bruta, 1,7811 cm2 de 2,8425 cm2, y el módulo resistente eficaz a flexión es el 74,2 % del Sx bruto, 6,063 cm3 de 8,1763 cm3. El labio sobrevive intacto, que es justo para lo que está; el ala pierde la mitad de sí misma.

Una matización que importa y que se suele saltar: esas fracciones se calculan con la tensión que el elemento ve de verdad, no en el límite elástico por decreto. Una barra corta y rechoncha llega a plastificar y paga la penalización entera. Una barra larga y esbelta pandea globalmente con una tensión mucho menor, sus chapas nunca alcanzan el umbral de pandeo local, y su área eficaz vuelve igual o casi igual al 100 % de la bruta. En el montante del ejemplo, más abajo, el pandeo global limita la tensión a 149,6 MPa, y la verificación a compresión vuelve con el 81,8 % del área bruta en lugar del 62,7 % que costaría el límite elástico, mientras que la de flexión sigue corriendo con 6,063 cm3. Las penalizaciones del espesor fino son reales, y dependen de la tensión.

Ahora barre el espesor y deja todo lo demás fijo. El mismo Ue 90x40x12, el mismo acero, la misma geometría:

La penalización baja de forma monótona con el espesor, y 1,5 mm está en el fondo. Ese es el significado estructural honesto de "calibre 16": la chapa estructural corriente más delgada, y la que tira la mayor parte de la sección que pagaste por conformar.

Todavía no se ha combinado nada. Estas son las tres acciones por separado, en valores característicos, por montante.

G, permanente. Forjado superior a 1,20 kN/m2 y cubierta a 0,35 kN/m2 sobre el área tributaria de 1,44 m2, más 0,588 kN de la franja de muro de la planta alta que apoya en esta. Total 2,82 kN de compresión axial.

Q, variable. Sobrecarga de uso residencial de 1,50 kN/m2 en el forjado y 0,50 kN/m2 en la cubierta, sobre la misma área tributaria. Total 2,88 kN, también axial.

W, viento. Una presión neta de 1,00 kN/m2 en la cara del muro, que sobre la separación de 0,60 m es una carga lineal de 0,600 kN/m a lo largo del montante. Articulado arriba y abajo, así que el momento a media altura es w L2 / 8 = 0,675 kN.m.

Fíjate en lo que ya resulta poco habitual. Las dos acciones gravitatorias son axil puro y entre las dos suman 5,70 kN, un 5,8 % de la carga de plastificación A fy = 98,07 kN. La acción de viento no trae nada de axil y produce la única flexión del problema. No son comparables hasta que se combinan, y es justo ahí donde la respuesta deja de ser obvia.

Pídele al generador de combinaciones de CalcSteel un proyecto que declare una acción permanente, una variable y una de viento, y devuelve cinco combinaciones. Cada una se montó después como su propio análisis mayorado, se resolvió en el motor y se verificó con la norma de conformados en frío que corre en producción.

Gobierna CB4, con 0,743. La combinación gravitatoria pura a la que casi todo el mundo acude, CB2, se queda en 0,276. El caso que gobierna vale 2,7 veces el que parecía el grande, sobre el mismo montante y con el mismo acero.

El mecanismo se ve en la tabla. CB2 tiene el mayor axil del conjunto y ningún momento, y el axil es justo aquello en lo que esta barra es buena: 7,980 kN frente a una capacidad de cálculo a compresión de 28,97 kN. CB4 renuncia a un tercio de ese axil a cambio del 1,4 completo en el viento, y el término de flexión que compra vale mucho más que el axil devuelto. CB5 baja todavía más el axil y queda por debajo de CB4, que es la otra mitad de la misma lección: el caso peor no es ni el de más axil ni el de menos, es la mezcla que maximiza la suma de interacción.

Y la suma de interacción es la verificación. NBR 14762 art. 9.9, la misma forma que usa AISI S100, pide N/N_c más un M_x/M_cx amplificado. En CB4 el término axil vale 0,206, el de flexión antes de amplificar vale 0,497, y el amplificador de segundo orden 1/(1 - N/N_ex) sube la parte de flexión hasta el total de 0,743.

En la combinación que gobierna, CB4, punto por punto de la lista de verificaciones que corre la norma en producción:

• Esbeltez: KL/r = 83,4 respecto del eje fuerte en toda la altura de planta y 65,6 respecto del eje débil entre arriostramientos, frente al límite de 200. Relación 0,417, y es una verificación de geometría, no de solicitación.
• Compresión: 5,964 kN frente a N_c,Rd = 28,97 kN. Relación 0,206.
• Flexión respecto del eje fuerte: 0,945 kN.m frente a M_cx,Rd = 1,9016 kN.m. Relación 0,497.
• Axil más flexión, con amplificación: 0,743. Esta gobierna.
• Plastificación de la sección, la forma lineal que la norma exige junto a la ecuación de estabilidad: 0,703.
• Cortante: despreciable, como siempre en un montante.

Así que la respuesta a "¿aguanta aquí una chapa de 1,5 mm?" es sí, con un 26 % de margen. Descuenta el cinc y calcula con el espesor de acero base de 1,4614 mm y pasa a 0,768, que sigue cumpliendo con un 23 % de margen.

Vale la pena detenerse en la capacidad a compresión, porque es donde un perfil C con labios sorprende. N_c,Rd = 28,97 kN es el 29,5 % de la carga de plastificación. El motivo no es el pandeo local; es el pandeo flexo-torsional. Un perfil C con labios es monosimétrico, su centro de esfuerzos cortantes cae fuera de la sección, y la barra tiende a girar mientras pandea. Con arriostramientos cada 1,00 m el motor da la carga elástica de torsión en un nivel que arrastra hacia abajo toda la capacidad. Mueve los arriostramientos y mira lo que pasa:

Un montante de 3,00 m sin arriostrar tiene 7,97 kN de capacidad a compresión, menos que los 7,980 kN que CB2 ya aplica. El mismo montante con flejes en los tercios tiene 3,6 veces eso. En perfilería delgada el fleje no es un detalle, es una pieza estructural, y dejarlo fuera del modelo es el camino más rápido a un muro que calcula bien y se comporta mal.

El montante pasa todas las verificaciones de resistencia con margen de sobra, y luego falla en la única línea que nadie pone en la portada.

Solo con el viento característico, 0,600 kN/m, el motor devuelve una flecha a media altura de 8,60 mm. La planta mide 3000 mm, así que eso es H/349.

Se pasa de H/360 por un cuarto de milímetro. Y H/360 es justo el límite que un muro de light steel framing suele tener que cumplir, porque lo que va atornillado a los montantes es placa de yeso, y la placa de yeso se fisura.

Hay una salida legítima, y conviene conocerla antes que descubrirla discutiendo. La IBC Table 1604.3 permite verificar los elementos de cerramiento con acabados frágiles contra 0,42 veces la carga de viento del elemento, que refleja el periodo de retorno menor que corresponde al servicio. Aplícalo y la flecha queda en 3,61 mm, holgadamente dentro de H/360. Contra qué viento verificas es una decisión, no un detalle, y en un montante de 1,5 mm es la decisión: la diferencia entre 8,60 mm y 3,61 mm es la diferencia entre cambiar de perfil o no.

La idea general se sostiene en cualquier caso. En barras de perfilería delgada la rigidez cae más deprisa que la resistencia, porque la capacidad escala aproximadamente con el módulo resistente eficaz mientras que la flecha escala con el momento de inercia completo de una forma muy delgada. El estado límite de servicio suele ser la restricción que manda, y cualquier cálculo de perfilería delgada que solo informe relaciones de resistencia no ha terminado.

Supón que adoptas H/360 con el viento completo y tienes que arreglarlo. La combinación que gobierna se volvió a correr cambiando una variable cada vez, con todo lo demás fijo.

El espesor funciona. Pasar de 1,5 mm a 1,95 mm es un 29 % más de acero por metro de montante, baja la utilización a 0,532 y deja la flecha en 6,73 mm. Además mejora las fracciones eficaces, del 62,7 % al 74,5 % del área, así que parte del metal añadido recompra metal que ya tenías.

La separación funciona, y cuesta más de lo que parece. Mantener 1,5 mm y pasar los montantes a 400 mm da 0,486 y 5,73 mm, mejor resultado que la chapa más gruesa. Pero el acero por metro cuadrado de muro sube de 3,72 a 5,58 kg/m2, mientras que la opción de 1,95 mm a 600 mm se queda en 4,80 kg/m2. Montantes más juntos también significa más solera, más tornillos y más mano de obra.

Los flejes apenas la mueven, y eso sorprende a quien acaba de ver los flejes triplicar la capacidad a compresión dos secciones atrás. Las dos cosas son ciertas. Pasar de 1,00 m a 0,60 m sí sube N_c,Rd de 28,97 kN a 36,79 kN, pero en la combinación que gobierna el término axil es solo 0,206 del total, así que mejorarlo lleva la respuesta de 0,743 a 0,699 y no le hace absolutamente nada a la flecha. Cuando el viento gobierna, el término de flexión carga con la verificación, y solo la rigidez de la sección o el ancho tributario la tocan.

El acero de perfilería delgada tiene su propia norma en todas partes, separada de la de laminado en caliente, porque ninguna de las hipótesis del laminado en caliente sobrevive a 1,5 mm.

• AISI S100 (Norteamérica) es la referencia con la que se emparentan las demás. Ancho eficaz en el Anexo 1 y el Capítulo B, el método de la resistencia directa como alternativa, espesor de acero base en A2.4, y un espesor mínimo entregado del 95 % del valor de cálculo.
• NBR 14762 (Brasil) es la norma que CalcSteel ejecuta para toda barra conformada en frío. Ancho eficaz en el Anexo D, compresión en el art. 9.7, flexión en el art. 9.8.2, y el art. 9.9 exigiendo a la vez la ecuación de estabilidad amplificada y la ecuación lineal de la sección, gobernando la peor de las dos. La geometría de los perfiles sale de la NBR 6355 y los grados de acero de la NBR 7008.
• EN 1993-1-3 (Europa) hace el mismo trabajo con otro vocabulario: sección eficaz en el capítulo 5, pandeo distorsional tratado de forma explícita mediante el modelo de muelle del rigidizador, y un tratamiento de esquinas redondeadas que una idealización de esquina viva sobrestima ligeramente.
• AS/NZS 4600 e IS 811 siguen la estructura de AISI lo bastante de cerca como para que una verificación escrita para una sirva en la otra cambiando los coeficientes de seguridad.

Una nota de implementación sobre las cifras de arriba, dicha porque las cambia. El módulo de ancho eficaz usado aquí toma el ala comprimida con el coeficiente de chapa no rigidizada, k = 0,43, en vez del k = 4,0 de chapa rigidizada al que un ala con labio y un rigidizador adecuado tiene derecho según AISI B4. Ese es el lado conservador de la norma: el ala real, con su labio de 12 mm comprobado como adecuado, conservaría más del 50,1 % que se informa. Por tanto, toda utilización de este artículo queda del lado seguro de lo que devolvería una comprobación manual completa.

Las combinaciones de acciones son un eje aparte. Las cinco usadas aquí son el juego de la NBR. Con ASCE 7 la pareja equivalente es 1,2D + 1,6L y 1,2D + 1,0W + 1,0L, con 0,9D + 1,0W para el caso dominado por la succión, y el patrón del resultado no cambia: la combinación que junta una sobrecarga reducida con el viento completo es la que dimensiona un montante de muro.

"El calibre 16 son 1,5 mm." En acero desnudo, casi. En galvanizado son 1,6129 mm y en inoxidable 1,5875 mm. Tres respuestas, una frase, y la frase no dice cuál.

Calcular con el espesor nominal de una chapa revestida. El cinc no resiste carga. Z275 son 0,0386 mm menos de entrada, lo que llevó el montante del ejemplo de 0,743 a 0,768.

Usar las propiedades brutas de catálogo en un perfil delgado. A 1,5 mm el módulo resistente eficaz es el 74,2 % del Sx bruto. Usar Sx directamente sobrestima la capacidad a flexión en un tercio.

Suponer que la penalización es fija. No lo es: se calcula con la tensión que ve la chapa. La misma sección conserva el 81,8 % de su área en la verificación a compresión de este mismo artículo, frente al 62,7 % en el límite elástico, porque el pandeo global limitó antes la tensión.

Verificar solo la combinación gravitatoria. Aquí valía 0,276 frente a 0,743 de la dominada por el viento. Un muro de montantes es una viga columna, y su caso peor lleva viento dentro.

Dejar los flejes fuera del modelo. El mismo montante vale 7,97 kN sin arriostrar y 28,97 kN con flejes en los tercios.

Quedarse en la relación de resistencia. Aquí pasaron todas las verificaciones de resistencia, y aun así el perfil tuvo que cambiar por flecha en H/360.

¿Es estructural una chapa de 1,5 mm? Sí, una vez conformada. Plana no es nada; como perfil C con labios y con arriostramientos sostuvo un muro de dos plantas al 74 % de utilización en este ejemplo.

¿Cuál es el equivalente métrico que la gente compra de verdad? Las acerías laminan a espesores de fábrica, no a calibres: 1,20, 1,50, 1,95, 2,25, 2,65 y 3,00 mm son las filas que ofrece un catálogo de conformados en frío, y por eso el barrido de arriba las usa.

1,5 mm es calibre 16, si la chapa es acero desnudo. Es calibre 17 galvanizado, 17 inoxidable y 15 en aluminio, y el consejo honesto es escribir los milímetros en el plano y dejar que el taller se quede con el número de calibre como jerga.

Después, si la chapa tiene un cometido estructural, se siguen cuatro cosas que la tabla no te puede decir. Calcula con el espesor de acero base, o sea 1,4614 mm para una chapa nominal de 1,5 mm con recubrimiento Z275. Cuenta con perder parte de la sección: aquí sobrevivieron el 62,7 % del área y el 74,2 % del módulo resistente en el límite elástico. Busca la combinación que gobierna en vez de suponerla, porque la dominada por el viento salió 2,7 veces la dominada por la gravedad. Y termina en el estado límite de servicio, porque es ahí donde se decidió el perfil delgado: todas las verificaciones de resistencia pasaron, y 8,60 mm frente a un límite de 8,33 mm es lo que mandaría este muro a 1,95 mm o a una separación de 400 mm.

Nada de esto es exótico. Es una barra, cinco combinaciones y dos estados límite, y es exactamente la secuencia que ejecuta el motor de CalcSteel cuando modelas un muro de conformados en frío y pulsas calcular.