Mod 1_1 - Aspectos Generales del Acero

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MODULO I: 
MODELADO, ANALISIS Y DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO ESTRUCTURAL OMF BAJO 
NORMATIVA AISC 360
ING. SERGIO DAVID VALLE PEÑALVER
ANALISIS Y DISEÑO EN
ACERO ESTRUCTURAL
SEGÚN AISC 360
MODULO I: 
MODELADO, ANALISIS Y DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO ESTRUCTURAL OMF BAJO 
NORMATIVA AISC 360
ING. SERGIO DAVID VALLE PEÑALVER
ANALISIS Y DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL SEGÚN AISC 360
ING. SERGIO DAVID VALLE PEÑALVER
ASPECTOS GENERALES DEL 
ACERO ESTRUCTURAL
ANALISIS Y DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL SEGÚN AISC 360
ING. SERGIO DAVID VALLE PEÑALVER
Normativas Aplicables para 
el Diseño en Acero
AISC
Amercian Institute of 
Steel Construction
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Normativas Aplicables para 
el Diseño en Acero
AISC 360-16
E spec i f i cac iones para Ed i f i cac iones de
Ace ro E s t r uc tu ra l .
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Normativas Aplicables para 
el Diseño en Acero
AISC 341-16
Prov i s iones S í sm icas para Ed i f i cac iones de
Ace ro E s t r uc tu ra l .
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Normativas Aplicables para 
el Diseño en Acero
AISC 358-16
Conex iones Preca l i f i cadas en Pó r t i cos
E spec ia le s e I n te rmed ios a Momen tos pa ra
Ap l i cac iones S í sm icas .
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Normativas Aplicables para 
el Diseño en Acero
AWS – Amer ican Welding Society
Cód igo para So ldadu ras E s t r uc tu ra l .
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Normativas Aplicables para 
el Diseño en Acero
ASTM – Amer ican Society for
Test ing and Mater ials
Regu lac ión de Ensayos y Ca l idad Mate r ia le s
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Alcance de la AISC 360-16
• D i seño de s i s temas es t r uc tu ra le s en ace ro.
• Cr i te r io s de fab r icac ión y mon ta je .
NOTA : Comp r end e e l a ná l i s i s y comp o r t am i e n to
GENERAL de l o s m i emb ro s de ace ro e s t r u c t u r a l .
A cc i o ne s s í s m i ca s o con s i de r ac i o ne s nuc l ea r e s ,
s e e s ca pa n de d i cha no r ma t i va , po r l o cua l s e
debe rá a p l i ca r l a co r r e spo nd i en t e p a ra cada
una .
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¿Qué es el Acero Estructural?
Es de manera senci l la la
combinación del h ier ro con el
carbono y otros e lementos ta les
como magnes io, s i l ic io, azuf re,
etc. S iendo el conten ido de
carbono como elemento clave
de la res i s tenc ia del acero, s in
embargo, tanto la compos ic ión
química como los procesos de
fabr icación son los que
determinaran las propiedades
mecánicas del acero.
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Proceso de Producción
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Proceso de Producción
Se int roduce el minera l de
h ier ro y cal h idratada dent ro
del denominado Al to Horno,
donde el proceso cons i s te en
reduci r la cant idad de ox igeno
en el h ier ro, e l im inando as í las
impurezas además de que
faci l i ta e l proceso de
fabr icación del acero. E l
producto de este proceso se le
conoce como Ar rabio o Hier ro
Esponja.
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Proceso de Producción
Se ref ina el ar rabio y
se int roduce en hornos
eléct r icos en conjunto
con chatar ra, graf i to
y ot ros mater ia les, con
la f ina l idad de crear
acero l iqu ido.
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Proceso de Producción
E l acero l iqu ido es
t ranspor tado hasta los
moldes dando as í la
geometr ía f ina l del
per f i l de acero para su
poster ior ut i l i zación .
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Clasificación del Acero
El acero se clasifica en función de:
• Su composición química.
• Su contenido de oxido.
• Sus propiedades mecánicas.
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Clasificación del Acero
• Compos ic ión química.
➢ Aceros s in a lear.
➢ Aceros semia leados.
➢ Aceros aleados.
E l propós i to de la aleación dependerá del mater ia l de
aleación ut i l izado. Los Mater ia les mas usados para la
aleación de un acero son el cromo (Cr) , e l n íquel (N i ) , e l
manganeso (Mn) , e l p lomo (Pb) y e l t i tan io (T i ) .
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Clasificación del Acero
• Compos ic ión química.
Por E jemplo:
➢ Aleaciones de Cromo (Cr) : Es una excelente protección
cont ra la cor ros ión además de aumentar la res i s tencia al
calor.
➢ Aleaciones de Níquel (N i ) : Aumenta el l im i te de rotura del
acero ( res i s tencia a la t racción) además de br indar
propiedades que retrasan la degradación en el t iempo del
mismo.
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Clasificación del Acero
• Compos ic ión química – I n f luencia del Carbón.
Después del h ier ro, e l carbón es e l e lementos mas impor tante
que conforma el acero. E l conten ido de carbón en el acero
in f luye de manera impor tante sobre la res i s tencia y
duct i l idad del acero. Aumentos en el conten ido de carbón se
t raducen en un aumento de la res i s tenc ia y disminución de la
duct i l idad.
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Clasificación del Acero
• Compos ic ión química – I n f luencia del Carbón.
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Clasificación del Acero
• Cant idad de ox ido.
➢ Aceros efer vescentes.
➢ Aceros semicalmados.
➢ Aceros calmados.
Cada uno depende proceso de desox idación al que se la
somet ido, lo cual a desox idaciones débi les (efer vescentes)
e l acero l iqu ido presenta de segregaciones e impurezas
dent ro de el , m ient ras que aquel los completamente
desox idados (aceros calmados) presentan de propiedades
mecánicas excelentes.
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Clasificación del Acero
• Propiedades mecánicas.
➢ Aceros dulces o comunes.
➢ Aceros de al ta res i s tencia .
➢ Aceros especia les.
Las propiedades mecánicas del acero depende de las
c las i f icaciones anter iores, es deci r, son e l resu l tado fina l de
la compos ic ión química y cant idad de ox ido del acero.
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Clasificación del Acero
• Propiedades mecánicas.
➢ Aceros dulces o comunes.
➢ Aceros de al ta res i s tencia .
➢ Aceros especia les.
Aceros con bajo conten ido de carbón (0 .12% y 0.6%) son
denominados como aceros dulces, m ient ras que aquel los con
al to conten ido de carbón (1.4% y 1.7%) o poseen algún t ipo
de aleación son denominados como aceros de al ta
res i s tencia . Los aceros especia les son e laborados para
cubr i r neces idades especia les mediante aleaciones
sof i s t icadas.
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Clasificación del Acero
• Propiedades mecánicas.
Peso especi f ico (γ ) : 7850 kgf/m³
Modulo de elast ic idad (Es) : 29000 ks i → 2038901.781 kgf/cm²
Modulo de Cor te (G) :
𝑬
𝟐(𝟏+𝝂)
Coefic iente de Poisson (𝝂 ) : 0 .3 (E lást ico) y 0 .5 ( Ine lást ico)
Coefic iente de di latación térmica (α ) : 11.7x10-6 1/°C
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Clasificación del Acero
• Propiedades mecánicas.
Tipo de AceroDesignación ASTM
Tensión mínima 
de cedencia 
Fy (kgf/cm2)
Tensión 
ultima Fu 
(kgf/cm2)
Al carbono
A 36 2531 4078-5625
A 53 Gr. B 2461 4218
A 500
Gr. B
2953 4078
3234 4078
Gr. C
3234 4359
3515 4359
A 501
Gr. A 2531 4078
Gr. B 3515 4921
A529
Gr. 50 3515 4570-7030
Gr. 55 3867 4920-7030
Tipo de Acero Designación ASTM
Tensión mínima 
de cedencia 
Fy (kgf/cm2)
Tensión 
ultima Fu 
(kgf/cm2)
Baja aleación 
Alta resistencia
A 572
Gr. 42 2953 4218
Gr. 50 3515 4570
Gr. 55 3867 3867
Gr. 60 4218 4218
Gr. 65 4570 4570
A 618
Gr. I & II 3515 4921
Gr. III 3515 3515
A 913
50 3515 4218
60 4218 5273
65 4570 5625
70 4921 6328
A 992 3515 4570
Baja aleación 
Alta Resistencia 
Resistencia a la 
corrosión
A 242
2953 4429
3234 4711
3515 4921
A 588 3515 4921
A 847 3515 4921
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Recordando: Ley de Hooke
E s conoc ida como la Ley de la
Propo rc iona l idad, la cua l enunc ia
que las de fo rmac iones de un
mate r ia l en rango e lás t i co son
p ropo rc iona le s a las ten s iones
some t idas.
Aunque fue Thomas Young qu ien en
un pr i nc ip io desc r ib ió e l modu lo de
e la s t i c idad o Módu lo de Young de
un mate r ia l e l cua l demarcar e l
l i m i t e de p roporc iona l idad, e s dec i r,
de f i ne e l pun to donde e l mate r ia l
de ja de compor ta r se de mane ra
l i nea l .
𝑬 =
𝝈
𝝐
𝝐 = De fo rmac ión un i ta r ia .
𝝈 = Ten s ión ac tuan te .
𝝐 =
𝚫𝑳
𝑳
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Diagrama Tensión – Deformación.
E s la rep re sen tac ión g ra f i ca de un
r eg i s t ro de de fo rmac iones de un
mate r ia l p roducto de las ten s iones
e je rc idas sobre es te de mane ra
c rec ien te o p rog re s iva . E s te
r eg i s t ro de ten s iones v s
de fo rmac iones se obt iene
med ian te en sayos de labora to r io,
s i n embargo, pa ra d ive r sos
mate r ia le s t íp icos ta le s como e l
ace ro y conc re to, ya d ichos
d iag ramas se encuen t ran
no rma l i zados, e s dec i r, s e
“ conoce ” s u compor tam ien to
espe rado.
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Diagrama Tensión – Deformación.
En e l caso de espec i f i co de l ace ro es t r uc tu ra l d icho d iag rama se
obt iene med ian te e l en sayo no rma l i zado a t racc ión de una probeta
c i l í nd r i ca de acue rdo a los e s tándare s A STM:
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Diagrama Tensión – Deformación.
De l d iag rama de tens ión –
de fo rmac ión , se ca rac te r i zan lo s
s igu ien te s pun tos :
• Pun to A: E s e l pun to has ta donde
se cons ide ra que e l mate r ia l se
compor ta como e lás t i co y l i nea l ,
e s dec i r, l a s de fo rmac iones son
p roporc iona le s a las tens iones .
E s te pun to se conoce tamb ién
como L ím i te de Propo rc iona l idad .
La pend ien te de la rec ta que se
fo rma desde e l o r ig i ne ( reposo
de l mate r ia l ) has ta e l pun to A
de f i ne e l Módu lo de E las t i c idad .
E
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Diagrama Tensión – Deformación.
De l d iag rama de tens ión –
de fo rmac ión , se ca rac te r i zan lo s
s igu ien te s pun tos :
• Pun to B: se denom ina como L ím i te
de E las t ic idad e l cua l demarca
l i m i t e en t re e l rango e lás t ico y e l
rango ine lá s t i co de l mate r ia l . La s
de fo rmac iones en t re e l pun to A y
e l pun to B pueden de ja r de se r
p ropo rc iona le s en t re s í , s i n
embargo, puede segu i r
compor tándose de mane ra
“ e lá s t i ca ” .
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Diagrama Tensión – Deformación.
De l d iag rama de tens ión –
de fo rmac ión , se ca rac te r i zan lo s
s igu ien te s pun tos :
• Pun to C: E s conoc ido como e l
Pun to de Cendenc ia . En es te
pun to ya e l mate r ia l se compor ta
de mane ra p lá s t i co. A par t i r de
es te pun to e l mate r ia l man i f i e s ta
de de fo rmac iones cons ide rab le s
s i n neces idad de aumento de las
t en s iones, i nc l u so és tas pueden
d i sm inu i r. E s te fenómeno es
ca rac te r í s t i co de los ace ros a l
ca rbón .
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Diagrama Tensión – Deformación.
De l d iag rama de tens ión –
de fo rmac ión , se ca rac te r i zan lo s
s igu ien te s pun tos :
• Pun to C: Ya en es te pun to e l
mate r ia l no puede recupera r la
de fo rmac ión to ta l gene rada, po r
lo que ex i s t i rán de fo rmac iones
remanen te s , la s cua le s pueden
v i sua l i za r se en la l í nea
d i scon t i nua . En e l ace ro, e s tas
de fo rmac iones remanen te s en e l
pun to de cedenc ia cor re sponde
a 0 .002 o 0 .2% en té rm i nos de
de fo rmac ión un i ta r ia .
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Diagrama Tensión – Deformación.
De l d iag rama de ten s ión –
de fo rmac ión , se ca rac te r i zan lo s
s igu ien te s pun tos :
• Pun to D : E s un pun to de
es tab i l i zac ión de las ten s iones,
donde aumen ta cons ide rab lemen te
la s de fo rmac iones p lás t i cas,
m ien t ra s la s ten s ione s f l uc túan .
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Diagrama Tensión – Deformación.
De l d iag rama de tens ión –
de fo rmac ión , se ca rac te r i zan lo s
s igu ien te s pun tos :
• Pun to E: E s e l pun to de Tens ión
Ú l t ima . E s cons ide rado como la
máx ima ordenada de l d iag rama o
la ten s ión máx ima re s i s t ida por e l
mate r ia l . De sde e l pun to D has ta
e l E la s ten s iones y
de fo rmac iones aumen tan , aunque
no de mane ra p roporc iona l
deb ido a que e l mate r ia l se
encuen t ra en rango ine lá s t i co .
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Diagrama Tensión – Deformación.
De l d iag rama de tens ión –
de fo rmac ión , se ca rac te r i zan lo s
s igu ien te s pun tos :
• Pun to F: E s conoc ido como e l
Pun to de Ruptu ra . E s donde
ocu r re la r uptu ra abr upta de l
mate r ia l . E x i s te un pun to de
ro tu ra Aparen te y un pun to Rea l .
La d i fe renc ia en t re ambos pun tos
se debe a l á rea de la secc ión
t ran sve r sa l de la p robeta que se
toma para la dete rm i nac ión de
las ten s iones .
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Diagrama Tensión – Deformación.
De l d iag rama de tens ión –
de fo rmac ión , se ca rac te r i zan lo s
s igu ien te s pun tos :
Pa ra e l pun to aparen te se u t i l i za e l
d iáme t ro in i c ia l de la p robeta
m ien t ra s que para e l r ea l se m ide
e l d iámet ro f i na l (d i sm inu ido) a l
momen to de la r up tu ra y es la que
se u t i l i za para dete rm i na r la
ten s ión de r up tu ra .
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Diagrama Tensión – Deformación.
De l d iag rama de tens ión –
de fo rmac ión , se ca rac te r i zan lo s
s igu ien te s pun tos :
A pesa r de que la ca rga ex te r na a
l a cua l e s some t ida e l mate r ia l
pud ie ra empezar a d i sm inu i r mas
a l lá de l pun to E , ex i s t i rá una
degradac ión de la r ig idez o
Fenómeno de Es t r i cc ión de l
ma te r ia l , po r lo que a par t i r de l
pun to E las ten s iones pueden
empeza r a aumen ta r.
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Diagrama Tensión – Deformación.
De l d iag rama de tens ión –
de fo rmac ión , se ca rac te r i zan lo s
s igu ien te s pun tos :
Pa ra comprende r e s to reco rdamos
l o s igu ien te :
𝝈 =
𝑷
𝑨
A pesar de que la carga reg i s t rada
puede d ism i nu i r, la d i sm i nuc ión de l
área de la secc ión t ran sve r sa l de l
m iembro d i sm inuye abruptamen te en
comparac ión a la d i sm i nuc ión de la
ca rga ap l i cada .
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Diagrama Tensión – Deformación.
De l d iag rama de tens ión –
de fo rmac ión , se ca rac te r i zan lo s
s igu ien te s pun tos :
Fenómeno de Es t r i cc ión :
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Ducti l idad y Fragil idad.
• Duct i l idad: Es la propiedad de una miembro est ructura l o
mater ia l de incur s ionar en el rango ine lást ico aceptando
grande deformaciones s in perdida apreciable de su
capacidad.
• Fragi l idad: Es cons iderada como el inver so de la
duct i l idad, debido a su poca capacidad de res i s t i r
tens iones mas al lá del rango elást ico del mater ia l o
miembro est ructura l .
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Ducti l idad y Fragil idad.
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Otras Propiedades del Acero.
• Tenacidad: Es la propiedad de un mater ia l para absorber
grandes cant idades de energía. Es una propiedad muy
impor tante ya que permi te a los miembros de acero poder
sopor tar grandes deformaciones durante su proceso de
fabr icación y const rucción, s in ser f racturados, s iendo
pos ib le doblar los, mar t i l la r los, cor tar los y ta ladrar los s in
daños aparentes.
• Dureza: La dureza es una propiedad que mide la
capacidad de res i s tencia que of recen los mater ia les a
procesos de abras ión, desgaste, penet ración o de ra l lado.
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Otras Propiedades del Acero.
• La res i s tencia al desgar ro: Se define como la res i s tencia a
la apar ic ión de fi suras en piezas soldadas somet idas a
tens iones de t racción en di rección perpendicu lar a su
super f ic ie.
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Otras Propiedades del Acero.
• So ldab i l i dad : E s l a ca pa c id ad de l a ce ro pa ra se r s o l dado . La so ladu ra
de u n e l em en t o depend e tan t o de l ma t e r i a l de so ld adu ra co mo de l
ma t e r i a l a so l da r. La so l dab i l i dad pued e exp r e sa r s e en t e r m i n o de
Ca rbono Equ i va l e n t e (CEV ) , ya que e s t e compa ra la so l dab i l i dad de
d i s t i n t o s me ta l e s con l a d e l ca rbón s i mp l e , e xp r e sándo se en t é r m i n o s de
po rcen ta j e ( % ) . La AP I 1104 -A B p r e s en ta l a ecua c i ó n d e sa r r o l l ad a po r
e l I n s t i t u t o Ame r i cano de So ldadu ra :
𝑪𝑬𝑽 = 𝑪 +
𝑴 𝒏
𝟔
+
𝑪 𝒓 + 𝑴 𝒐 + 𝑽
𝟓
+
𝑵 𝒊 + 𝑪 𝒖
𝟏𝟓
A med id a que se e l eva e l con t en i do eq u i va l e n t e de ca r bono , l a
s o l dab i l i dad de la a l ea c i ó n de a ce ro que se t r a t e d ec r ece . Co mo r eg la
gene ra l , u n a ce ro s e con s i de ra so ldab l e s i e l ca rbono equ i va l e n t e ,
ob t en i do según l a f ó r mu l a an t e r i o r, e s meno r a 0 , 4% .
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Per fi ler ia de Acero.
Ex i s ten d i s t i n to s t ipos de pe r f i l e s según p roceso de e laborac ión :
• Pe r f i l e s Lam inados en Ca l i en te .
• Pe r f i l e s fo rmados en f r i o .
• Pe r f i l e s e lec t ro so lados .
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Per fi ler ia de Acero.
• Pe r f i l e s Lam inados en Ca l ien te : med ian te la obtenc ión de los l i ngotes
de ace ro obten idos de l p roceso en la s l í neas de mo ldeado, se pasan
d ichos l i ngote s ca l i en te s a t ravés de rod i l l o s con la f i na l idad de
obtene r la geomet r ía f i na l de l pe r f i l . Se puede dec i r que son per f i l e s
mono l í t i cos deb ido a que todos su s m iembros se fo rman a l m i smo t iempo
du ran te e l p roceso de mo ldeado.
Pe r f i l e s ca rac te r í s t i cos :
• Pe r f i l e s H .
• Pe r f i l e s t ipo cana l o U.
• Pe r f i l e s t ipo Angu lo.
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Per fi ler ia de Acero.
• Pe r f i l e s Fo rmados en Fr io : Se obt ienen a par t i r de l dob lado pos te r io r de
una lam ina de ace ro ya en f r iada . Son pe r f i l e s que pre sen tan una
su scept ib i l i dad a l pandeo deb ido a su s e speso re s tan de lgado,
l im i tándo los as í a so l i c i tac iones de impor tan te s magn i t udes .
Pe r f i l e s ca rac te r í s t i cos :
• Pe r f i l e s t ipo C.
• Pe r f i l e s t ipo Z.
• Var ian te s o fo rmas necesa r ia s .
ANALISIS Y DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL SEGÚN AISC 360
ING. SERGIO DAVID VALLE PEÑALVER
Per fi ler ia de Acero.
• Pe r f i l e s E lec t ro so ldados : Tamb ién conoc ido como pe r f i l e s a rmados se
obt ienen a par t i r de l so ldado de mú l t ip le s p lanchas me tá l i cas con la
f i na l idad de aumen ta r la e f i c ienc ia o u t i l i dad de una secc ión en zonas
de te rm i nadas . E s te t ipo de pe r f i l e s son muy comúnmen te u sados en para
e l d i seño de puen te s o secc iones de g randes d imens iones .
Pe r f i l e s ca rac te r í s t i cos :
• Cas i cua lqu ie r fo rma .
ANALISIS Y DISEÑO EN ACERO ESTRUCTURAL SEGÚN AISC 360
ING. SERGIO DAVID VALLE PEÑALVER
Per fi ler ia de Acero.
• Pe r f i l e s Tubu la re s : Conoc idos como pe r f i l e s de secc ión o a lma hueca,
son pe r f i l e s con exce len te s p rop iedades geomét r i cas . E s to s pe r f i l e s
pueden se r pe r f i l e s fo rmados en f r i o (con o s i n cos tu ra ) o lam inados en
ca l i en te .
Pe r f i l e s ca rac te r í s t i cos :
• Secc ión Cuadrada.
• Secc ión Rec tangu la r.
• Secc ión C i rcu la r.