Estructuras-de-Acero-McCormac

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DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO
QUINTA EDICIÓN
JACK C. McCORMAC
STEPHEN F. CSERNAK
Al cuidado de la edición:
Luz Ángeles Lomelí Díaz
lalomeli@alfaomega.com.mx
Gerente Editorial:
Marcelo Grillo Giannetto
mgrillo@alfaomega.com.mx
Datos catalográfi cos
McCormac, Jack C. y Csernak, Stephen F.
Diseño de Estructuras de Acero.
Quinta Edición
Alfaomega Grupo Editor, S.A. de C. V., México
ISBN: 978 607 707 559 2 
Formato: 17 � 23 cm Páginas: 736
Diseño de Estructuras de Acero. 
Jack C. McCormac, Stephen F. Csernak.
ISBN: 978- 0-13- 607948-4 edición original en inglés “Structural Steel Design”, Fifth Edition, publicada 
por Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey, USA.
Derechos reservados © Pearson Education, Inc.
Quinta edición: Alfaomega Grupo Editor, México, Diciembre 2012
© 2013 Alfaomega Grupo Editor, S.A. de C.V.
Pitágoras No. 1139, Col. Del Valle, 03100, México, D.F.
Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana
Registro No. 2317
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E-mail: atencionalcliente@alfaomega.com.mx
ISBN: 978 607 707 559 2 
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Esta obra es propiedad intelectual de su autor y los derechos de publicación en lengua española han 
sido legalmente transferidos al editor. Prohibida su reproducción parcial o total por cualquier medio sin 
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La información contenida en esta obra tiene un fi n exclusivamente didáctico y, por lo tanto, no está 
previsto su aprovechamiento a nivel profesional o industrial. Las indicaciones técnicas y programas 
incluidos han sido elaborados con gran cuidado por el autor y reproducidos bajo estrictas normas de 
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Alfaomega Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak
Prefacio
Este libro de texto se ha preparado con la esperanza de que los lectores, al igual que muchos 
ingenieros en el pasado, se interesen en el diseño de las estructuras de acero y tengan la in-
tención de mantener e incrementar su conocimiento de la materia a lo largo de sus carreras 
en la ingeniería y en las industrias de la construcción. El material se preparó primordialmen-
te para un curso introductorio en el primero y segundo años de la carrera, pero los últimos 
capítulos se pueden usar para un curso de posgrado. Los autores esperan que el estudiante 
haya tomado cursos introductorios previos de mecánica de materiales y de análisis estruc-
tural.
 El principal objetivo de los autores en la preparación de esta nueva edición fue actua-
lizar el texto conforme a la Specifi cation for Structural Steel Buildings de 2010 (Especifi ca-
ción para edifi cios de acero estructural de 2010) del American Institute of Steel Construction 
(AISC) y conforme a la 14a. edición del AISC Steel Construction Manual (Manual de cons-
trucción en acero del AISC) que se publicó en 2011.
LO QUE ES NUEVO EN ESTA EDICIÓN
En esta edición se hicieron varios cambios en el texto del libro:
1. Al fi nal del Capítulo 1 se ha agregado una sección de Problemas para resolver.
2. Los factores de carga y las combinaciones de carga que se defi nen en el Capítulo 2 
del libro de texto y que se usan a lo largo del mismo en los problemas de ejemplo 
y en los problemas para resolver al fi nal de los capítulos, se han revisado para que 
concuerden con aquellos dados en el Apartado 7-10 de ASCE y en la Parte 2 del 
Manual de construcción de acero del AISC.
3. La clasifi cación de las secciones en compresión para el pandeo local que se defi nen 
en el Capítulo 5 del libro de texto se ha revisado conforme a la nueva defi nición 
dada en la Sección B4.1 de la Especifi cación del AISC. Para la compresión, ahora las 
secciones se clasifi can como secciones de elemento no esbelto y elemento esbelto.
4. La Especifi cación del AISC proporciona varios métodos para tratar el análisis de 
estabilidad y el diseño de las vigas-columnas. En el Capítulo 7 del libro de texto, 
todavía se usa el Método de la longitud efectiva (MLE), aun cuando se ha añadido 
una breve introducción al Método del análisis directo (MD). Se presenta un estudio 
más detallado del MD en el Capítulo 11 del libro.
5. En el Capítulo 11 del libro de texto, se presentan tanto el Método del análisis directo 
como el Método de la longitud efectiva para el análisis y el diseño de las vigas-colum-
nas. Esto es para solventar el hecho de que la presentación del Método del análisis 
directo se pasó de un apéndice al Capítulo C de la nueva Especifi cación el AISC, 
mientras que el Método de la longitud efectiva se pasó del Capítulo C al Apéndice 7.
6. Se ha revisado la mayoría de los Problemas para resolver al fi nal de los capítulos en 
los Capítulos 2 al 11. Para los Capítulos 12 al 18 se ha revisado aproximadamente 
la mitad de los problemas.
7. Se han actualizado diversas fotografías a lo largo del libro de texto.
Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak Alfaomega
iv Prefacio
RECURSOS DEL PROFESOR
• Manual de soluciones. Aquí se encuentran las soluciones de problemas propues-
tos en 18 capítulos de la obra.
• Figuras en formato PowerPoint. Se encuentran las fi guras de todos los capítulos 
y apéndices del texto, para la creación de diapositivas para clases y conferencias.
 Este material sólo podrá ser descargado por los profesores que hayan adoptado el 
libro como texto para sus cursos y para lo cual deberán ponerse en contacto con un repre-
sentante de Alfaomega Grupo Editor.
AGRADECIMIENTOS
Los autores desean expresar su agradecimiento al Dr. Bryant G. Nielson de la Universidad 
Clemson por su ayuda para plantear los cambios de este manuscrito y a Sara Elise Roberts, 
quien fue estudiante de posgrado de la Universidad Clemson por su ayuda en la revisión 
de los problemas al fi nal de los capítulos y sus soluciones. Además, el American Institute 
of Steel Construction prestó una ayuda muy valiosa al proveer ejemplares inéditos de las 
revisiones de la Especifi cación del AISC y del Manual de construcción en acero del AISC. 
Finalmente, nos gustaría agradecer a nuestras familias por su aliento y apoyo en la revisión 
del manuscrito de este libro de texto.
 También agradecemos a los revisores y a los lectores de las ediciones anteriores de 
este libro por sus sugerencias, correcciones y observaciones. Damos la bienvenida a cual-
quier comentario acerca de esta edición.
Jack C. McCormac, P. E.
Stephen F. Csernak, P. E.
El libro contiene los siguientes recursos en la web: 
Alfaomega Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak
Contenido
Prefacio iii
CAPÍTULO 1 Introducción al diseño estructural en acero 1
1.1 Ventajas del acero como material estructural 1
1.2 Desventajas del acero como material estructural 3
1.3 Primeros usos del hierro y el acero 4
1.4 Perfi les de acero 7
1.5Unidades métricas 12
1.6 Perfi les de lámina delgada de acero doblados en frío 12
1.7 Relaciones esfuerzo-deformación del acero estructural 13
1.8 Aceros estructurales modernos 19
1.9 Uso de los aceros de alta resistencia 22
1.10 Medición de la tenacidad 24
1.11 Secciones jumbo 26
1.12 Desgarramiento laminar 26
1.13 Suministro de estructuras de acero 27
1.14 El trabajo del diseñador estructural 30
1.15 Responsabilidades del ingeniero estructurista 31
1.16 Diseño económico de miembros de acero 31
1.17 Fallas en estructuras 34
1.18 Manejo y embarque del acero estructural 37
1.19 Exactitud de los cálculos 37
1.20 Las computadoras y el diseño del acero estructural 37
1.21 Problemas para resolver 39
CAPÍTULO 2 Especifi caciones, cargas y métodos de diseño 39
2.1 Especifi caciones y códigos de construcción 39
2.2 Cargas 41
2.3 Cargas muertas 41
2.4 Cargas vivas 42
vi Contenido
Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak Alfaomega
2.5 Cargas ambientales 45
2.6 Diseño con factores de carga y resistencia (LRFD) 
y diseño por esfuerzos permisibles (ASD) 51
2.7 Resistencia nominal 52
2.8 Sombreado 52
2.9 Cálculo de las cargas para los métodos LRFD y ASD 52
2.10 Cálculo de las cargas combinadas con las expresiones 
de LRFD 53
2.11 Cálculo de cargas combinadas con expresiones ASD 57
2.12 Dos métodos para obtener un nivel aceptable de seguridad 59
2.13 Estudio de la magnitud de los factores de carga y de seguridad 59
2.14 Un comentario del autor 60
2.15 Problemas para resolver 60
CAPÍTULO 3 Análisis de miembros a tensión 62
3.1 Introducción 62
3.2 Resistencia nominal de los miembros a tensión 65
3.3 Áreas netas 67
3.4 Efecto de agujeros alternados 69
3.5 Áreas netas efectivas 74
3.6 Elementos de conexión para miembros a tensión 84
3.7 Bloque de cortante 85
3.8 Problemas para resolver 94
CAPÍTULO 4 Diseño de miembros a tensión 103
4.1 Selección de perfi les 103
4.2 Miembros compuestos sometidos a tensión 111
4.3 Varillas y barras 115
4.4 Miembros conectados por pasadores 120
4.5 Diseño por cargas de fatiga 122
4.6 Problemas para resolver 125
CAPÍTULO 5 Introducción a los miembros cargados axialmente a compresión 129
5.1 Consideraciones generales 129
5.2 Esfuerzos residuales 132
5.3 Perfi les usados para columnas 133
5.4 Desarrollo de las fórmulas para columnas 137
5.5 La fórmula de Euler 139
5.6 Restricciones en los extremos y longitud efectiva 
de una columna 141
5.7 Elementos rigidizados y no rigidizados 144
5.8 Columnas largas, cortas e intermedias 145
5.9 Fórmulas para columnas 148
Contenido vii
Alfaomega Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak
5.10 Relaciones de esbeltez máximas 150
5.11 Problemas de ejemplo 150
5.12 Problemas para resolver 158
CAPÍTULO 6 Diseño de miembros cargados axialmente a compresión 163
6.1 Introducción 163
6.2 Tablas de diseño según el AISC 166
6.3 Empalmes de columnas 171
6.4 Columnas compuestas 174
6.5 Columnas compuestas con componentes 
en contacto entre sí 175
6.6 Requisitos de conexión en columnas armadas 
cuyas componentes están en contacto 176
6.7 Columnas compuestas con componentes 
sin contacto entre sí 182
6.8 Miembros en compresión de un solo ángulo 187
6.9 Secciones que contienen elementos esbeltos 189
6.10 Pandeo fl exotorsional de miembros a compresión 191
6.11 Problemas para resolver 196
CAPÍTULO 7 Diseño de miembros cargados axialmente a compresión (continuación)
y placas de base para columnas 200
7.1 Introducción 200
7.2 Una exposición más amplia de las longitudes efectivas 201
7.3 Marcos que cumplen con las hipótesis de los nomogramas 205
7.4 Marcos que no cumplen con las hipótesis de los nomogramas 
con respecto a los giros de los nudos 208
7.5 Factores de reducción de la rigidez 211
7.6 Diseño en un plano de columnas apoyadas entre sí 215
7.7 Placas base para columnas cargadas concéntricamente 218
7.8 Problemas para resolver 232
CAPÍTULO 8 Introducción al estudio de vigas 237
8.1 Tipos de vigas 237
8.2 Perfi les usados como vigas 237
8.3 Esfuerzos de fl exión 238
8.4 Articulaciones plásticas 239
8.5 Diseño elástico 240
8.6 El módulo plástico 240
8.7 Teoría del análisis plástico 243
8.8 El mecanismo de falla 244
8.9 El método del trabajo virtual 245
viii Contenido
Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak Alfaomega
8.10 Localización de la articulación plástica para cargas uniformes 249
8.11 Vigas continuas 250
8.12 Marcos de edifi cios 252
8.13 Problemas para resolver 254
CAPÍTULO 9 Diseño de vigas por momentos 263
9.1 Introducción 263
9.2 Comportamiento plástico – momento plástico total, zona 1 266
9.3 Diseño de vigas, zona 1 267
9.4 Soporte lateral de vigas 275
9.5 Introducción al pandeo inelástico, zona 2 277
9.6 Capacidad por momento, zona 2 281
9.7 Pandeo elástico, zona 3 283
9.8 Gráfi cas de diseño 285
9.9 Secciones no compactas 290
9.10 Problemas para resolver 295
CAPÍTULO 10 Diseño de vigas: temas diversos (cortante, defl exión, etcétera) 302
10.1 Diseño de vigas continuas 302
10.2 Fuerza y esfuerzo cortante 304
10.3 Defl exiones 310
10.4 Almas y patines con cargas concentradas 316
10.5 Flexión asimétrica 324
10.6 Diseño de largueros 327
10.7 El centro de cortante 330
10.8 Placas de asiento para vigas 335
10.9 Arriostramiento lateral de los extremos de miembros 
soportados sobre placas de asiento 339
10.10 Problemas para resolver 340
CAPÍTULO 11 Flexión y fuerza axial 346
11.1 Sitio de incidencia 346
11.2 Miembros sujetos a fl exión y tensión axial 347
11.3 Momentos de primer y segundo orden para miembros 
sometidos a compresión axial y fl exión 350
11.4 Método del análisis directo (DM) 352
11.5 Método de la longitud efectiva (ELM) 353
11.6 Análisis aproximado de segundo orden 354
11.7 Vigas–columnas en marcos arriostrados 359
11.8 Vigas–columnas en marcos no arriostrados 371
11.9 Diseño de vigas–columnas; arriostradas y sin arriostrar 378
11.10 Problemas para resolver 386
Contenido ix
Alfaomega Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak
CAPÍTULO 12 Conexiones atornilladas 390
12.1 Introducción 390
12.2 Tipos de tornillos 390
12.3 Historia de los tornillos de alta resistencia 391
12.4 Ventajas de los tornillos de alta resistencia 392
12.5 Tornillos apretados sin holgura, pretensionados y de fricción 392
12.6 Métodos para tensar completamente los tornillos 
de alta resistencia 396
12.7 Conexiones tipo fricción y tipo aplastamiento 398
12.8 Juntas mixtas 399
12.9 Tamaños de los agujeros para tornillos 400
12.10 Transmisión de carga y tipos de juntas 401
12.11 Fallas en juntas atornilladas 404
12.12 Separación y distancias a bordes de tornillos 405
12.13 Conexiones tipo aplastamiento: cargas que pasan 
por el centro de gravedad de las conexiones 408
12.14 Conexiones tipo fricción: cargas que pasan 
por el centro de gravedad de las conexiones 419
12.15 Problemas para resolver 423
CAPÍTULO 13 Conexiones atornilladas cargadas excéntricamente y notas 
históricas sobre los remaches 430
13.1 Tornillos sujetos a corte excéntrico 430
13.2 Tornillos sujetos a corte y tensión 
(conexiones tipo aplastamiento) 444
13.3 Tornillos sujetos a corte y tensión 
(conexiones de fricción) 447
13.4 Cargas de tensión en juntas atornilladas 448
13.5 Acción separadora 451
13.6 Notas históricas sobre los remaches 454
13.7 Tipos de remaches 455
13.8 Resistencia de conexiones remachadas: remaches 
en cortante y aplastamiento 457
13.9 Problemas para resolver 461
CAPÍTULO 14 Conexiones soldadas 469
14.1 Generalidades 469
14.2 Ventajas de la soldadura 470
14.3 Sociedad Americana de Soldadura 471
14.4 Tipos de soldadura 471
14.5 Soldadura precalifi cada 475
14.6 Inspección de la soldadura 475
x Contenido
Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak Alfaomega
14.7 Clasifi cación de las soldaduras 478
14.8 Símbolos para soldadura 480
14.9Soldaduras de ranura 482
14.10 Soldaduras de fi lete 484
14.11 Resistencia de las soldaduras 485
14.12 Requisitos del AISC 486
14.13 Diseño de soldaduras de fi lete simples 491
14.14 Diseño de conexiones para miembros con soldaduras 
de fi lete longitudinal y transversal 497
14.15 Algunos comentarios diversos 498
14.16 Diseño de soldaduras de fi lete para miembros de armaduras 499
14.17 Soldaduras de tapón y de muesca 503
14.18 Cortante y torsión 506
14.19 Cortante y fl exión 513
14.20 Soldaduras de ranura de penetración completa 
y de penetración parcial 515
14.21 Problemas para resolver 519
CAPÍTULO 15 Conexiones en edifi cios 528
15.1 Selección del tipo de sujetador 528
15.2 Tipos de conexiones para vigas 529
15.3 Conexiones estándar de vigas atornilladas 536
15.4 Tablas de conexiones estándar del manual AISC 539
15.5 Diseño de conexiones estándar atornilladas a base de ángulos 539
15.6 Diseño de conexiones estándar soldadas 542
15.7 Conexiones a base de una sola placa o de placa de cortante 544
15.8 Conexiones con placa de extremo de cortante 547
15.9 Diseño de conexiones soldadas de asiento para vigas 548
15.10 Diseño de conexiones para viga de asiento atiesado 550
15.11 Diseño de conexiones resistentes a momento totalmente 
restringido 551
15.12 Atiesadores de almas de columnas 555
15.13 Problemas para resolver 558
CAPÍTULO 16 Vigas compuestas 562
16.1 Construcción compuesta 562
16.2 Ventajas de la construcción compuesta 563
16.3 Estudio del apuntalamiento 565
16.4 Anchos efectivos de patines 566
16.5 Transmisión de la fuerza cortante 567
16.6 Vigas parcialmente compuestas 570
16.7 Resistencia de los conectores de cortante 570
Contenido xi
Alfaomega Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak
16.8 Número, espaciamiento y requerimientos de recubrimiento
de los conectores de cortante 571
16.9 Capacidad por momento de las secciones compuestas 573
16.10 Defl exiones 578
16.11 Diseño de secciones compuestas 579
16.12 Secciones compuestas continuas 588
16.13 Diseño de secciones ahogadas en concreto 589
16.14 Problemas para resolver 592
CAPÍTULO 17 Columnas compuestas 596
17.1 Introducción 596
17.2 Ventajas de las columnas compuestas 597
17.3 Desventajas de las columnas compuestas 599
17.4 Soporte lateral 599
17.5 Especifi caciones para columnas compuestas 600
17.6 Resistencias de diseño de columnas compuestas 
cargadas axialmente 602
17.7 Resistencia al cortante de las columnas compuestas 607
17.8 Tablas de los métodos LRFD y ASD 608
17.9 Transmisión de la carga a la cimentación y otras conexiones 609
17.10 Resistencia a la tensión de las columnas compuestas 610
17.11 Carga axial y fl exión 610
17.12 Problemas para resolver 610
CAPÍTULO 18 Vigas con cubreplacas y trabes armadas 613
18.1 Vigas con cubreplacas 613
18.2 Trabes armadas 616
18.3 Proporciones de las trabes armadas 618
18.4 Resistencia a la fl exión 624
18.5 Acción de tensión diagonal 629
18.6 Diseño de atiesadores 634
18.7 Problemas para resolver 640
CAPÍTULO 19 Diseño de edifi cios de acero 642
19.1 Introducción a edifi cios de poca altura 642
19.2 Tipos de estructuras de acero utilizadas para edifi cios 642
19.3 Diferentes sistemas de piso 646
19.4 Losas de concreto sobre viguetas de acero de alma abierta 647
19.5 Losas de concreto reforzadas en una y en dos direcciones 650
19.6 Pisos compuestos 651
19.7 Pisos de losa reticular 652
19.8 Pisos con tableros de acero 653
19.9 Losas planas 655
xii Contenido
Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak Alfaomega
19.10 Pisos de losas precoladas 656
19.11 Tipos de cubiertas para techos 658
19.12 Muros exteriores y muros interiores divisorios 659
19.13 Protección del acero estructural contra el fuego 659
19.14 Introducción a edifi cios de gran altura 660
19.15 Estudio de fuerzas laterales 662
19.16 Tipos de contraventeo lateral 663
19.17 Análisis de edifi cios con contraventeo diagonal 
para fuerzas laterales 669
19.18 Juntas resistentes a momento 671
19.19 Diseño de edifi cios por cargas gravitacionales 672
19.20 Diseño de miembros 676
APÉNDICE A Deducción de la fórmula de Euler 677
APÉNDICE B Elementos esbeltos a compresión 679
APÉNDICE C Pandeo fl exotorsional de miembros a compresión 682
APÉNDICE D Placas de base resistentes a momento de columnas 688
APÉNDICE E Encharcamiento 697
GLOSARIO 702
ÍNDICE 708
Alfaomega Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak 1
C A P Í T U L O 1
Introducción al diseño 
estructural en acero
1.1 VENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL
Una persona que viaje por Estados Unidos podría concluir que el acero es el material estruc-
tural perfecto; vería un sinfín de puentes, edifi cios, torres y otras estructuras de este material. 
Después de ver estas numerosas estructuras metálicas, se sorprendería al saber que el acero 
no se fabricó económicamente en Estados Unidos sino hasta fi nales del siglo xix, y que las 
primeras vigas de patín ancho no se laminaron sino hasta 1908.
 La supuesta perfección de este metal, tal vez el más versátil de todos los materiales 
estructurales, parece más razonable cuando se considera su gran resistencia, poco peso, fa-
cilidad de fabricación y otras propiedades convenientes. Éstas y otras ventajas del acero 
estructural se analizarán con más detalle en los párrafos siguientes.
1.1.1 Alta resistencia
La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será relativamente bajo el peso 
de las estructuras; esto es de gran importancia en puentes de grandes claros, en edifi cios altos 
y en estructuras con condiciones defi cientes en la cimentación.
1.1.2 Uniformidad
Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo, como es el caso de las 
estructuras de concreto reforzado.
1.1.3 Elasticidad
El acero se acerca más en su comportamiento a las hipótesis de diseño que la mayoría 
de los materiales, debido a que sigue la ley de Hooke hasta esfuerzos bastante altos. Los 
momentos de inercia de una estructura de acero se pueden calcular exactamente, en tan-
to que los valores obtenidos para una estructura de concreto reforzado son relativamente 
imprecisos.
2 Capítulo 1 Introducción al diseño estructural en acero
Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak Alfaomega
1.1.4 Durabilidad
Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado durarán indefi nidamente. In-
vestigaciones realizadas en los aceros modernos, indican que bajo ciertas condiciones no se 
requiere ningún mantenimiento a base de pintura.
1.1.5 Ductilidad
La ductilidad es la propiedad que tiene un material para soportar grandes deformaciones sin 
fallar bajo esfuerzos de tensión altos. Cuando se prueba a tensión un acero dulce o con bajo 
contenido de carbono, ocurre una reducción considerable de la sección transversal y un gran 
alargamiento en el punto de falla, antes de que se presente la fractura. Un material que no 
tenga esta propiedad por lo general es inaceptable y probablemente será duro y frágil y se 
romperá al someterlo a un golpe repentino.
 En miembros estructurales sometidos a cargas normales se desarrollan altas concen-
traciones de esfuerzos en varios puntos. La naturaleza dúctil de los aceros estructurales co-
munes les permite fl uir localmente en esos puntos, evitándose así fallas prematuras. Una 
ventaja adicional de las estructuras dúctiles es que, al sobrecargarlas, sus grandes defl exiones 
ofrecen evidencia visible de la inminencia de la falla (algunas veces denominada en son de 
broma como “cuenta regresiva”).
1.1.6 Tenacidad
Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y ductilidad. Un miembro 
de acero cargado hasta que se presentan grandes deformaciones será aun capaz de resistir 
grandes fuerzas. Ésta es una característica muy importante porque implica que los miembros 
Montaje de viguetas de acero. (Cortesía de Vulcraft.)Alfaomega Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak
1.2 Desventajas del acero como material estructural 3
de acero pueden someterse a grandes deformaciones durante su fabricación y montaje, sin 
fracturarse, siendo posible doblarlos, martillarlos, cortarlos y taladrarlos sin daño aparen-
te. La propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades se denomina 
tenacidad.
1.1.7 Ampliaciones de estructuras existentes
Las estructuras de acero se adaptan muy bien a posibles ampliaciones. Se pueden añadir 
nuevas crujías e incluso alas enteras a estructuras de acero ya existentes, y con frecuencia se 
pueden ampliar los puentes de acero.
1.1.8 Propiedades diversas
Algunas otras ventajas importantes del acero estructural son: a) gran facilidad para unir 
diversos miembros por medio de varios tipos de conexión simple, como son la soldadura y 
los pernos; b) posibilidad de prefabricar los miembros; c) rapidez de montaje; d) capacidad 
para laminarse en una gran cantidad de tamaños y formas, como se describe en la Sección 1.4 
de este capítulo; e) es posible utilizarlo nuevamente después de desmontar una estructura; y 
f) posibilidad de venderlo como chatarra, aunque no pueda utilizarse en su forma existente. 
El acero es el material reciclable por excelencia.
1.2 DESVENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL
En general, el acero tiene las siguientes desventajas:
1.2.1 Corrosión
La mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosión al estar expuestos al aire y al 
agua y, por consiguiente, deben pintarse periódicamente. Sin embargo, el uso de aceros in-
temperizados para ciertas aplicaciones, tiende a eliminar este costo.
 Aunque los aceros intemperizados pueden ser bastante efectivos en ciertas situaciones 
para limitar la corrosión, hay muchos casos donde su uso no es factible. En algunas de estas 
situaciones, la corrosión puede ser un problema real. Por ejemplo, las fallas por corrosión-
fatiga pueden ocurrir si los miembros de acero se someten a esfuerzos cíclicos y a ambientes 
corrosivos. La resistencia a la fatiga de los miembros de acero puede reducirse apreciable-
mente cuando los miembros se usan en ambientes químicos agresivos y sometidos a cargas 
cíclicas.
 El lector debe observar que se dispone de aceros en los cuales se usa el cobre como un 
componente anticorrosivo. Generalmente, el cobre se absorbe durante el proceso de fabri-
cación del acero.
1.2.2 Costo de la protección contra el fuego
Aunque los miembros estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen consi-
derablemente en temperaturas que comúnmente se alcanzan en incendios, cuando los otros 
materiales de un edifi cio se queman. Han ocurrido muchos incendios devastadores en in-
muebles vacíos en los que el único material combustible es el mismo inmueble. Además, el 
acero es un excelente conductor del calor, de manera que los miembros de acero sin pro-
tección pueden transmitir sufi ciente calor de una sección o compartimiento incendiado de 
un edifi cio a secciones adyacentes del mismo edifi cio e incendiar el material presente. En 
consecuencia, la estructura de acero de un edifi cio debe protegerse mediante materiales 
4 Capítulo 1 Introducción al diseño estructural en acero
Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak Alfaomega
con ciertas características aislantes, y el edifi cio deberá acondicionarse con un sistema de 
rociadores para que cumpla con los requisitos de seguridad del código de construcciones de la 
localidad en que se halle.
1.2.3 Susceptibilidad al pandeo
Cuanto más largos y esbeltos sean los miembros a compresión, tanto mayor es el peligro de 
pandeo. En la mayoría de las estructuras, el uso de columnas de acero es muy económico 
debido a sus relaciones elevadas de resistencia a peso. Sin embargo, en forma ocasional, se 
necesita algún acero adicional para rigidizarlas y que no se pandeen. Esto tiende a reducir 
su economía.
1.2.4 Fatiga
Otra característica inconveniente del acero es que su resistencia se puede reducir si se so-
mete a un gran número de inversiones del sentido del esfuerzo, o bien, a un gran número de 
cambios en la magnitud del esfuerzo de tensión. (Se tienen problemas de fatiga sólo cuando 
se presentan tensiones.) En la práctica actual se reducen las resistencias estimadas de tales 
miembros, si se sabe de antemano que estarán sometidos a un número mayor de ciclos de 
esfuerzo variable, que cierto número límite.
1.2.5 Fractura frágil
Bajo ciertas condiciones, el acero puede perder su ductilidad y la fractura frágil puede ocu-
rrir en lugares de concentración de esfuerzos. Las cargas que producen fatiga y muy bajas 
temperaturas agravan la situación. Las condiciones de esfuerzo triaxial también pueden con-
ducir a la fractura frágil.
1.3 PRIMEROS USOS DEL HIERRO Y EL ACERO
Aunque el primer metal que usaron los seres humanos probablemente fue algún tipo de 
aleación de cobre, tal como el bronce (hecho a base de cobre, estaño y algunos otros aditi-
vos), los avances más importantes en el desarrollo de los metales han ocurrido en la fabrica-
ción y uso del hierro y de su famosa aleación llamada acero. Actualmente el hierro y el acero 
comprenden casi el 95% en tonelaje de todos los metales producidos en el mundo.1
 A pesar de los esfuerzos de los arqueólogos durante muchas décadas, no ha sido po-
sible descubrir cuándo se usó el hierro por primera vez. Los arqueólogos encontraron una 
daga y un brazalete de hierro en la Gran Pirámide de Egipto y afi rman que la edad de éstos 
era por lo menos de 5 000 años. El uso del hierro ha tenido una gran infl uencia en el avance 
de la civilización desde los tiempos más remotos y probablemente la seguirá teniendo en los 
siglos venideros. Desde el principio de la Edad de Hierro, alrededor del año 1 000 a.C., el 
progreso de la civilización en la paz y en la guerra ha dependido mucho de lo que el hombre 
ha sido capaz de hacer con el hierro. En muchas ocasiones su uso ha decidido el resultado de 
enfrentamientos militares. Por ejemplo, durante la Batalla de Maratón en Grecia, en el año 
490 a.C., los atenienses, con una inferioridad numérica, mataron a 6 400 persas y perdieron 
sólo a 192 de sus hombres. Cada uno de los soldados victoriosos llevaba 57 libras de arma-
dura de hierro durante la batalla. (Fue en ésta en la que Feidípides corrió aproximadamente 
40 km hasta Atenas, muriendo al llegar después de anunciar la victoria.) Esta batalla supues-
tamente salvó a la civilización griega durante muchos años.
1American Iron and Steel Institute, The Making of Steel (Washington, DC, sin fecha), p. 6.
Alfaomega Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak
1.3 Primeros usos del hierro y el acero 5
 Según la teoría clásica sobre la primera producción de hierro en el mundo, hubo una 
vez un gran incendio forestal en el Monte Ida en la antigua Troya (la actual Turquía) cerca 
del Mar Egeo. Supuestamente, el terreno era muy rico en depósitos ferrosos y el calor del 
fuego produjo una forma primitiva de hierro a la que se le pudo dar diversas formas, al mar-
tillarla. Sin embargo, muchos historiadores creen que el hombre aprendió a usar primero el 
hierro que cayó a la Tierra en forma de meteoritos. Con frecuencia, el hierro de los meteo-
ritos está combinado con níquel, resultando entonces un metal más duro. Posiblemente los 
primeros pobladores del planeta forjaron este material para convertirlo en armas y herra-
mientas primitivas.
 El acero se defi ne como una combinación de hierro y pequeñas cantidades de carbo-
no, generalmente menos del 1%. También contiene pequeños porcentajes de algunos otros 
elementos. Aunque se ha fabricado acero desde hace 2 000 o 3 000 años, no existió realmente 
un método de producción económico sino hasta la mitad del siglo xix.
El mástil de amarre del edifi cio Empire State, ciudad de Nueva York. (Cortesía 
deGetty Images/Hulton Archive Photos.)
6 Capítulo 1 Introducción al diseño estructural en acero
Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak Alfaomega
 El primer acero seguramente se obtuvo cuando los otros elementos necesarios para 
producirlo se encontraron presentes por accidente cuando se calentaba el hierro. Con el paso 
de los años, el acero se fabricó muy probablemente calentando hierro en contacto con carbón 
vegetal. La superfi cie del hierro absorbió algo de carbono del carbón vegetal que luego se 
martilló en el hierro caliente. Al repetir este proceso varias veces, se obtuvo una capa exterior 
endurecida de acero. De esta manera se produjeron las famosas espadas de Toledo y Damasco.
 El primer proceso para producir acero en grandes cantidades fue bautizado en honor 
de Sir Henry Bessemer de Inglaterra. Recibió una patente inglesa para su proceso en 1855, 
pero sus esfuerzos para conseguir una patente en Estados Unidos en 1856 no tuvieron éxito, 
ya que se demostró que William Kelly de Eddyville, Kentucky, había producido acero me-
diante el mismo proceso siete años antes de que Bessemer solicitara su patente inglesa. Kelly 
recibió la patente, pero se usó el nombre de Bessemer para el proceso.2
 Kelly y Bessemer se percataron de que un chorro de aire a través del hierro fundi-
do quemaba la mayor parte de las impurezas en el metal. Desafortunadamente, también el 
chorro de aire eliminaba algunos elementos provechosos como el carbono y el manganeso. 
Después se aprendió que esos elementos podían restituirse añadiendo hierro especular, que 
es una aleación de hierro, carbono y manganeso. Se aprendió además que al agregar piedra 
caliza en el convertidor, podía removerse el fósforo y la mayor parte del azufre.
 Antes de que fuese desarrollado el proceso Bessemer, el acero era una aleación costo-
sa usada principalmente para fabricar cuchillos, tenedores, cucharas y ciertos tipos de herra-
mientas de corte. El proceso Bessemer redujo los costos de producción por lo menos en un 
80% y permitió por primera vez la producción de grandes cantidades de acero.
 El convertidor Bessemer se uso en Estados Unidos hasta principios de este siglo, pero 
desde entonces se ha reemplazado con mejores métodos como el proceso de solera abierta y 
el de oxígeno básico.
 Gracias al proceso Bessemer, en 1870 ya se podía producir en grandes cantidades ace-
ro estructural al carbono, y por 1890 el acero era el principal metal estructural usado en 
Estados Unidos.
 Actualmente, la mayor parte de los perfi les y las placas de acero estructural que se 
producen en Estados Unidos se hacen fundiendo la chatarra de acero. Ésta se obtiene de 
automóviles viejos y de la chatarra de los perfi les estructurales, así como de refrigeradores, 
motores, máquinas de escribir, resortes de camas y otros artículos similares de desecho. El 
acero fundido se vierte en moldes que tienen aproximadamente las formas fi nales de los 
miembros. Las secciones resultantes, que se hacen pasar por una serie de rodillos para com-
primirlos hasta su forma fi nal, tienen mejor superfi cie y menores esfuerzos residuales que el 
acero recién hecho.
 Los perfi les se pueden procesar más mediante el rolado en frío, la aplicación de di-
versos recubrimientos, y tal vez mediante el proceso de recocido. Mediante este proceso, 
el acero se calienta a un rango intermedio de temperatura (por ejemplo, 1 300-1 400 °F), se 
le mantiene a esta temperatura por varias horas, y luego se le deja enfriar lentamente a la 
temperatura ambiente. El recocido conduce a un acero que tiene menor dureza y fragilidad, 
pero mayor ductilidad.
 El término hierro dulce se refi ere al hierro con un contenido muy bajo de carbono 
(� 0.15%), mientras que al hierro con un contenido muy alto de carbono (� 2%) se le llama 
hierro colado. Los aceros se encuentran entre el hierro colado y el hierro dulce y tienen un 
contenido de carbón en el rango de 0.15% al 1.7% (como se verá en la Sección 1.8 de este 
capítulo).
2American Iron and Steel Institute, Steel 76 (Washington, DC, 1976), pp. 5-11.
Alfaomega Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak
1.4 Perfi les de acero 7
 El primer uso del metal para una estructura grande tuvo lugar en Shropshire, Ingla-
terra (aproximadamente a 140 millas al noroeste de Londres) en 1779, ahí se construyó con 
hierro colado el puente Coalbrookdale en forma de arco de 100 pies de claro sobre el Río 
Severn. Se dice que este puente (que aún está en pie) fue un hito en la historia de la ingenie-
ría porque cambió el curso de la Revolución Industrial al introducir al hierro como material 
estructural. Supuestamente este hierro era cuatro veces más fuerte que la piedra y treinta 
veces más que la madera.3
 Muchos otros puentes de hierro colado se construyeron en las décadas siguientes, pero 
después de 1840 el hierro dulce (más maleable) comenzó a reemplazar al hierro colado. El de-
sarrollo del proceso Bessemer y los avances subsecuentes, como el proceso de solera abierta, 
permitió la fabricación de acero a precios competitivos, lo que estimuló el casi increíble 
desarrollo del acero estructural que ha tenido lugar en los últimos 120 años.
1.4 PERFILES DE ACERO
Los primeros perfi les estructurales hechos en Estados Unidos, en 1819, fueron ángulos de 
hierro laminados. Las vigas I de acero se laminaron por primera vez en ese país en 1884 y 
la primera estructura reticular (el edifi cio de la Home Insurance Company de Chicago) fue 
montada ese mismo año. El crédito por inventar el “rascacielos” se le otorga generalmente 
al ingeniero William LeBaron Jenny, que ideó esta estructura, aparentemente durante una 
huelga de albañiles. Hasta ese momento los edifi cios altos en Estados Unidos se construían 
con muros de carga de ladrillos de varios pies de espesor.
 Para los muros exteriores de este edifi cio de 10 niveles, Jenny usó columnas de hie-
rro colado recubiertas por ladrillos. Las vigas de los seis pisos inferiores se fabricaron con 
hierro dulce, en tanto que se usaron vigas de acero estructural para los pisos superiores. El 
primer edifi cio totalmente armado con acero estructural fue el segundo edifi cio de la Rand-
McNally, terminado en 1890 en Chicago.
 Un aspecto importante de la torre Eiffel, de 985 pies de altura y construida con hie-
rro dulce en 1889, fue el uso de elevadores para pasajeros accionados mecánicamente. La 
disponibilidad de estas máquinas, junto con la idea de Jenny relativa a la estructuración 
reticulada, condujeron a la construcción de miles de edifi cios altos en todo el mundo en el 
siglo pasado.
 Durante esos primeros años, diversas laminadoras fabricaron sus propios perfi les y 
publicaron catálogos con las dimensiones, pesos y otras propiedades de esas secciones. En 
1896, La Association of American Steel Manufacturers (Asociación Estadounidense de Fa-
bricantes de Acero) (ahora el American Iron and Steel Institute, o AISI) (Instituto Estado-
unidense del Hierro y el Acero) hizo los primeros esfuerzos para estandarizar los perfi les. 
En la actualidad casi todos lo perfi les estructurales se encuentran estandarizados, aunque sus 
dimensiones exactas pueden variar un poco de laminadora a laminadora.4
 El acero estructural puede laminarse en forma económica en una gran variedad de 
formas y tamaños sin cambios apreciables en sus propiedades físicas. Generalmente los 
miembros estructurales más convenientes son aquellos con grandes momentos de inercia 
en relación con sus áreas. Los perfi les I, T, y C, que son de uso tan común, se sitúan en esta 
clase.
3M. H. Sawyer, “World’s First Iron Bridge”, Civil Engineering (Nueva York: ASCE, diciembre, 1979), 
pp. 46-49.
4W. McGuire, Steel Structures (Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1968), pp. 19-21.
8 Capítulo 1 Introducción al diseño estructural en acero
Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak Alfaomega
 Por lo general losperfi les de acero se designan por la forma de sus secciones transver-
sales. Por ejemplo, se tienen perfi les en ángulo, tes, zetas y placas. Sn embargo, es necesario 
hacer una distinción clara entre las vigas estándar americanas (llamadas vigas S) y las vigas 
de patín ancho (llamadas vigas W), ya que ambas tienen la forma de I. La superfi cie interna 
del patín de una sección W es paralela a la superfi cie externa o bien, casi paralela con una 
pendiente máxima de 1 a 20 en el interior, dependiendo del fabricante.
 Las vigas S, que fueron los primeros perfi les de vigas laminadas en Estados Unidos, 
tienen una pendiente de 1 a 6 en la superfi cie interior de sus patines. Debe notarse que los 
espesores constantes (o casi constantes) de los patines de las vigas W, a diferencia de los pa-
tines ahusados de las vigas S, facilitan las conexiones. Las vigas de patín ancho representan 
hoy en día casi el 50% de todos los perfi les estructurales laminados. Los perfi les W y S se 
muestran en la Figura 1.1 junto con otros perfi les comunes de acero. Los usos de los diversos 
perfi les se expondrán en los siguientes capítulos.
 En este libro se hace referencia constante a la 14ª edición del Steel Construction Ma-
nual (Manual de Construcción en Acero), publicado por el AISC (American Institute of 
Steel Construction: Instituto Estadounidense de la Construcción en Acero). A este manual, 
que proporciona información detallada sobre los perfi les estructurales de acero, se le llamará 
aquí “el Manual del AISC”, el “Manual del acero”, o simplemente, el “Manual”. Se basa en la 
Specifi cation for Structural Steel Buildings de 2010 (Especifi cación para los Edifi cios en Acero 
Estructural) (ANSI/AISC 360-10) (en lo sucesivo, “la Especifi cación AISC”), publicada por 
el AISC el 22 de junio de 2010.
Puente peatonal para el Hospital del Cáncer en Carolina del Norte, Chapel Hill, NC. (Cortesía 
de CMC South Carolina Steel.)
1.7 Relaciones esfuerzo-deformación del acero estructural 9
Alfaomega Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak
 Los perfi les estructurales se identifi can mediante un cierto sistema descrito en el Ma-
nual para usarse en planos, especifi caciones y diseños. Este sistema está estandarizado de 
modo que todos los molinos de acero puedan usar la misma nomenclatura para propósitos 
de órdenes, facturación, etc. Además, actualmente se procesa tanto trabajo en computadoras 
y otros equipos automatizados que es necesario tener un sistema a base de números y letras 
que pueda imprimirse por medio de un teclado estándar (a diferencia del viejo sistema en 
donde ciertos símbolos se usaban para ángulos, canales, etc.). Ejemplos de este sistema de 
identifi cación son los siguientes:
 1. Una W27 * 114 es una sección W con 27 plg aproximadamente de peralte y peso de 
114 lb/pie.
 2. Una S12 * 35 es una sección S con 12 plg de peralte y peso de 35 lb/pie.
 3. Una HP12 * 74 es una sección usada como pilote de carga con 12 plg aproximadamen-
te de peralte y peso de 74 lb/pie. Los pilotes de carga se hacen con laminados regulares 
W, pero con almas más gruesas para resistir mejor el impacto del hincado del pilote. 
El ancho y el peralte de estas secciones son aproximadamente iguales, y sus patines y 
almas tienen espesores iguales o casi iguales.
 4. Una M8 * 6.5 es una sección diversa con 8 plg de peralte y peso de 6.5 lb/pie. Forma 
parte de un grupo de miembros estructurales tipo H con doble simetría que no puede 
clasifi carse por sus dimensiones como sección W, S o bien HP, ya que la pendiente de 
sus patines interiores es diferente de 16 2/3 por ciento.
 5. Una C10 * 30 es una canal con 10 plg de peralte y peso de 30 lb/pie.
 6. Una MC18 * 58 es una canal diversa con 18 plg de peralte y peso de 58 lb/pie que no 
se puede clasifi car por sus dimensiones como C.
 7. Una HSS14 * 10 * 5/8 es una sección estructural rectangular hueca de 14 plg de peral-
te, 10 plg de ancho, con un espesor de pared de 5/8 plg. Pesa 93.10 lb/pie. También se 
dispone de secciones HSS cuadradas y redondas.
 8. Un L6 * 6 * 1/2 es un ángulo de lados iguales, cada uno de 6 plg de longitud y 1/2 plg 
de espesor.
Figura 1.1
Perfi les laminados 
de acero.
Sección WT
Filete
Ángulo de lados 
desiguales
Filete
Ángulo de 
lados iguales
Filete
Viga S
(Viga estándar americana)
Filete
 16 % 23
Sección C
(Canal estándar americano)
Filete
Sección W
Alma
Filete
Pendiente: 0 a 5%
Patín
Pendiente:
 16 % 23
Pendiente:
10 Capítulo 1 Introducción al diseño estructural en acero
Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak Alfaomega
 9. Una WT18 * 151 es una te que se obtiene al cortar en dos una W36 * 302. Este tipo de 
sección se conoce como te estructural.
 10. Las secciones rectangulares de acero se clasifi can como placas anchas o barras estrechas.
 Las únicas diferencias entre las barras y las placas son el tamaño y el procedimiento 
de producción. Históricamente, a las piezas planas se les ha denominado barras si tienen 
8 plg o menos de ancho. Son placas si tienen un ancho mayor a 8 plg. Las tablas 1-29, 2-3 y 
2-5 en el Manual AISC suministran información sobre las barras y las placas. Generalmente, 
el espesor de una barra o de una placa se especifi ca aproximando al 1/16 más cercano para 
espesores menores a 3/8 plg, aproximando al 1/8 más cercano para espesores entre 3/8 y 
1 plg, y al 1/4 más cercano para espesores mayores a 1 plg. Una placa generalmente se de-
signa por su espesor, su ancho y su longitud, en ese orden; por ejemplo, una PL1/2 * 10 * 
1 pie 4 plg tiene un espesor de 1/2 plg, 10 plg de ancho y 16 plg de longitud. En realidad, en 
la actualidad el término placa se usa casi universalmente, ya sea que el miembro se fabrique 
a partir de una placa o de una barra. La hoja y la tira generalmente son más delgadas que las 
barras y las placas.
 El estudiante debe consultar el Manual del Acero para obtener información sobre 
otros perfi les. Aquí se presentará información detallada sobre éstas y otras secciones cuando 
sea necesario.
 En la Parte 1 del Manual, se tabulan las dimensiones y las propiedades de los perfi les 
W, S, C y otros. Las dimensiones de los miembros se dan en forma decimal (para uso de 
los diseñadores) y en fracciones al dieciseisavo de pulgada más próximo (para uso de los 
Marcos del techo de la escuela Glen Oaks, Bellerose, NY. (Cortesía de CMC South Carolina 
Steel.)
Alfaomega Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak
1.5 Unidades métricas 11
técnicos, dibujantes y detallistas del acero). Se proporcionan también, para el uso de los di-
señadores, elementos tales como los momentos de inercia, los módulos de sección, los radios 
de giro y otras propiedades de la sección transversal que se analizarán más adelante en este 
texto.
 Se presentan variaciones en cualquier proceso de manufactura, y la industria del acero 
no es una excepción. En consecuencia, las dimisiones de las secciones transversales de los 
miembros de acero pueden variar un poco, respecto a los indicados en el Manual. Las tole-
rancias máximas para el rolado de los perfi les de acero las establece la Especifi cación A6 de 
la American Society for Testing and Materials (ASTM) y se presentan en las Tablas 1-22 a 
1-28 en el Manual. Entonces los cálculos se pueden hacer con base en las propiedades dadas 
en el Manual, independientemente del fabricante.
 Algunas de las secciones de acero listadas en el Manual se consiguen en Estados Uni-
dos de solamente uno o dos productores de acero y entonces, ocasionalmente, puede ser di-
fícil obtenerlas inmediatamente. Por tanto, al especifi car las secciones, el diseñador deberá 
tener la precaución de ponerse en contacto con un fabricante de acero para obtener una lista 
de las secciones en existencia.
 A través de los años han existido cambios en las dimensiones de los perfi lesde acero. 
Por ejemplo, puede haber poca demanda que justifi que seguir laminando un cierto perfi l; 
un perfi l puede descontinuarse porque se desarrolla un perfi l de tamaño similar, pero más 
efi ciente en su forma, etc. Ocasionalmente el proyectista puede necesitar conocer las pro-
piedades de un perfi l descontinuado que no aparece ya en las listas de la última edición del 
Manual o en otras tablas que normalmente tiene a su disposición.
 Por ejemplo, puede requerirse añadir un piso extra a un edifi co existente que fue cons-
truido con perfi les que ya no se fabrican. En 1953, el AISC publicó un libro titulado Iron 
and Steel Beams 1873 to 1952 (Vigas de hierro y acero, de 1873 a 1952) que presenta una 
lista completa de las vigas de hierro y acero y sus propiedades, laminadas en Estados Unidos 
durante ese periodo. Actualmente está disponible una edición actualizada de este libro. Es 
el AISC Design Guide 15 y cubre las propiedades de los perfi les de acero producidos de 
1887 a 2000.5 Indudablemente que habrá muchos cambios más en los perfi les en el futuro. 
Por esta razón, el diseñador estructural prudente deberá conservar cuidadosamente las edi-
ciones anteriores del Manual para tenerlas a su disposición cuando se necesite información 
anterior.
1.5 UNIDADES MÉTRICAS
Casi todos los ejemplos y problemas de tarea presentados en este libro emplean las unidades 
usadas en Estados Unidos. Sin embargo, el autor piensa que el diseñador contemporáneo 
debe tener la capacidad de realizar su trabajo ya sea en unidades inglesas o métricas.
 El AISC en Estados Unidos ha eliminado casi por completo el problema de trabajar 
con unidades métricas al realizar el diseño de acero estructural. Casi todas sus ecuaciones 
están escritas en una forma aplicable a ambos sistemas. Además, los equivalentes métricos 
de los perfi les americanos estándar se suministran en la Sección 17 del Manual. Por ejemplo, 
una sección W36 * 302 se muestra como W920 × 449, donde el 920 está en mm y el 449 está 
en kg/m.
5R. L. Brockenbrough, AISC Rehabilitation and Retrofi t Guide: A Reference for Historic Shapes and 
Specifi cations (Chicago, AISC, 2002).
12 Capítulo 1 Introducción al diseño estructural en acero
Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak Alfaomega
1.6 PERFILES DE LÁMINA DELGADA DE ACERO DOBLADOS EN FRÍO
Además de los perfi les de acero laminados en caliente analizados en la sección previa, exis-
ten algunos perfi les de acero rolados en frío. Éstos se fabrican doblando láminas delgadas 
de acero de bajo carbono o baja aleación en prácticamente cualquier sección transversal 
deseada, como las mostradas en la Figura 1.2.6 Estos perfi les, que pueden utilizarse para los 
miembros más ligeros suelen usarse en algunos tipos de techos, pisos y muros y varían en 
espesores entre 0.01 hasta aproximadamente 0.25 plg. Los perfi les más delgados se usan con 
mucha frecuencia para algunos paneles estructurales.
 Si bien el trabajado en frío reduce algo la ductilidad, también incrementa en alguna 
medida la resistencia. Bajo ciertas condiciones, las especifi caciones de diseño permitirán el 
uso de tales resistencias superiores.
 Las losas de concreto para piso frecuentemente se cuelan sobre cubiertas de acero 
doblado que sirven como cimbras económicas para el concreto húmedo y que se dejan en el 
sitio después de que el concreto fragua. Se dispone de varios tipos de estas cubiertas, algunas 
de las cuales se muestran en la Figura 1.3. Las secciones con las celdas más profundas tienen 
Mariners, Ballpark, Seattle, WA. (Cortesía de Trade ARBED.)
6Cold-Formed Steel Design Manual (Washington, DC: American Iron and Steel Institute, 2002).
SigmaSombrero Ángulo
Canal Canal
atiesada
Zeta Zeta 
atiesada
Figura 1.2 
Perfi les doblados en frío.
1.7 Relaciones esfuerzo-deformación del acero estructural 13
Alfaomega Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak
la útil característica de que los conductos eléctricos y mecánicos pueden alojarse en ellas. El 
uso de las cubiertas de acero para losas de pisos se analiza en el Capítulo 16 de este texto. Ahí 
se presenta la construcción compuesta. En este tipo de construcción, las vigas de acero se 
convierten en compuestas con las losas de concreto suministrando transferencia al cortante 
entre las dos para que actúen conjuntamente como una unidad.
1.7 RELACIONES ESFUERZO-DEFORMACIÓN DEL ACERO ESTRUCTURAL
Para entender el comportamiento de las estructuras de acero, el ingeniero debe estar fa-
miliarizado con las propiedades de éste. Los diagramas esfuerzo-deformación presentan 
información valiosa necesaria para entender cómo se comporta el acero en una situación 
dada. No pueden desarrollarse métodos satisfactorios de diseño, a menos que se disponga 
de información completa relativa a las relaciones esfuerzo-deformación del material que 
se usa.
 Si una pieza de acero estructural dúctil se somete a una fuerza de tensión, ésta co-
menzará a alargarse. Si se incrementa la fuerza de tensión a razón constante, la magnitud 
del alargamiento aumentará en forma lineal dentro de ciertos límites. En otras palabras, el 
alargamiento se duplicará cuando el esfuerzo pase de 6 000 a 12 000 psi (pounds per square 
inch; se usará lb/plg2). Cuando el esfuerzo de tensión alcance un valor aproximadamente 
igual a tres cuartos de la resistencia última del acero, el alargamiento comenzará a aumentar 
más y más rápidamente sin un incremento correspondiente del esfuerzo. 
 El mayor esfuerzo para el que todavía es válida la ley de Hooke o el punto más alto 
de la porción recta del diagrama esfuerzo-deformación se denomina límite proporcional. El 
mayor esfuerzo que un material puede resistir sin deformarse permanentemente se llama 
Concreto Concreto
Concreto
12 plg
2 plg
3 plg
2 plg
3 plg
3
6 plg
6 plg
Cubierta 
de acero
Concreto
Aislante rígido
Sistema de piso de cubierta compuesta
Sistema de piso de cubierta doblada
Sistema de cubierta de techo
1
2
1 plg516
1 plg34
1 plg12
9
16
2 plg plg
plg
1
2
Cubierta
de aceroVaría con 
el fabricante
Varía con 
el fabricante
Cubierta
de acero
Cubierta de acero
(costilla intermedia)
Cubierta
de acero
Figura 1.3 
Algunos tipos de 
cubiertas de acero.
14 Capítulo 1 Introducción al diseño estructural en acero
Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak Alfaomega
límite elástico. Este valor rara vez se mide realmente y para la mayoría de los materiales de 
ingeniería, incluido el acero estructural, es sinónimo del límite proporcional. Por esta razón, 
se usa a veces el término límite proporcional elástico.
 El esfuerzo en el que se presenta un incremento brusco en el alargamiento o defor-
mación sin un incremento en el esfuerzo, se denomina esfuerzo de fl uencia. Es el primer 
punto del diagrama esfuerzo-deformación para el cual la tangente a la curva es horizontal. 
El esfuerzo de fl uencia es para el proyectista la propiedad más importante del acero, ya que 
muchos procedimientos de diseño se basan en este valor. Más allá del esfuerzo de fl uencia 
hay un intervalo en el que ocurre un incremento considerable de la deformación sin in-
cremento del esfuerzo. La deformación que se presenta antes del esfuerzo de fl uencia se 
denomina deformación elástica; la deformación que ocurre después del esfuerzo de fl uencia, 
sin incremento de esfuerzo, se denomina deformación plástica. Esta última deformación es 
generalmente igual en magnitud a 10 o 15 veces la deformación elástica.
 La fl uencia del acero sin esfuerzo puede parecer una seria desventaja, pero en realidad 
es una característica muy útil. Con frecuencia ha prestado el maravilloso servicio de prevenir 
la falla de una estructura debida a omisiones o errores del proyectista. Si el esfuerzo en un 
punto de una estructura de acero dúctil alcanza el punto de fl uencia,esa parte de la estructu-
ra cederá localmente sin incremento en el esfuerzo, impidiendo así una falla prematura. Esta 
ductilidad permite que se redistribuyan los esfuerzos en una estructura de acero. Otra mane-
ra de describir este fenómeno es afi rmar que los altos esfuerzos causados por la fabricación, 
el montaje o la carga tienden a igualarse entre sí. También puede decirse que una estructura 
de acero tiene una reserva de deformación plástica que le permite resistir sobrecargas e im-
Montaje de una armadura de techo, North Charleston, SC. (Cortesía de CMC South Carolina 
Steel.)
1.7 Relaciones esfuerzo-deformación del acero estructural 15
Alfaomega Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak
pactos repentinos. Si no tuviera esta capacidad, se podría fracturar repentinamente como el 
vidrio u otros materiales análogos.
 Después de la deformación plástica, existe un rango en el cual es necesario un esfuerzo 
adicional para producir deformación adicional, a esto se le denomina endurecimiento por 
deformación. Esta porción del diagrama esfuerzo-deformación no resulta muy importante 
para los proyectistas actuales porque las deformaciones son muy grandes. En la Figura 1.4 
se muestra un diagrama típico de esfuerzo-deformación de un acero estructural dulce o de 
bajo contenido de carbono. Sólo se presenta aquí la parte inicial de la curva, debido a la 
gran deformación que ocurre antes de la falla. En el punto de falla los aceros dulces tienen 
deformaciones unitarias que equivalen a valores que oscilan entre 150 y 200 veces los co-
rrespondientes a la deformación elástica. En realidad, la curva alcanza su esfuerzo máximo 
y luego disminuye poco a poco antes de la falla. Se presenta una marcada reducción de la 
sección transversal del miembro (que se denomina estricción del elemento) justo antes de 
que el miembro se fracture.
 La curva esfuerzo-deformación en la Figura 1.4 es típica de los aceros estructurales dúc-
tiles y se supone que es la misma para miembros a tensión o a compresión. (Los miembros 
estructurales a compresión deben ser robustos, ya que los miembros a compresión esbeltos 
sujetos a cargas de compresión tienden a pandearse lateralmente y sus propiedades se ven 
muy afectadas por los momentos que se generan.) La forma del diagrama varía con la ve-
locidad de carga, el tipo de acero y la temperatura. En la fi gura se muestra dicha variación 
mediante la línea punteada marcada como fl uencia superior.
 Esta forma de la curva esfuerzo-deformación resulta cuando un acero dulce se carga 
rápidamente, en tanto que la curva con la fl uencia inferior se obtiene con una carga lenta. 
 La Figura 1.5 muestra curvas de esfuerzo-deformación características para algunos 
aceros con diferente esfuerzo de fl uencia.
 Debe percatarse de que los diagramas de esfuerzo-deformación de las Figuras 1.4 y 
1.5 se prepararon para un acero dulce a temperatura ambiente. Durante las operaciones 
de soldadura y durante los incendios, los miembros de acero estructural pueden someterse 
a temperaturas muy altas. Los diagramas de esfuerzo-deformación preparados para aceros 
con temperaturas superiores a 200 °F serán más redondeados y no lineales y no presentan 
Deformación elástica
Deformación plástica Endurecimiento
por deformación
Punto superior de fluencia
Punto inferior de fluencia
Deformación �
�l
l
E
sf
ue
rz
o 
 f
�
P A
�
Figura 1.4 
Diagrama de 
esfuerzo-deformación 
característico de un acero 
estructural dulce o con bajo 
contenido de carbono 
a temperatura ambiente.
16 Capítulo 1 Introducción al diseño estructural en acero
Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak Alfaomega
puntos de fl uencia bien defi nidos. Los aceros (particularmente aquellos con contenido de 
carbono más bien alto) en realidad pueden incrementar un poco su resistencia a la tensión 
al ser calentados a una temperatura de aproximadamente 700 °F. A medida que las tempe-
raturas se elevan al rango de 800 °F a 1 000 °F, las resistencias se reducen drásticamente, y a 
1 200 °F tienen ya muy poca resistencia.
 La Figura 1.6 muestra la variación de las resistencias de fl uencia para varios grados 
de acero cuando sus temperaturas se elevan desde la temperatura ambiente hasta 1 800 °F 
y 1 900 °F. Las temperaturas con las magnitudes mostradas pueden alcanzarse fácilmente en 
miembros de acero durante incendios, en zonas localizadas de miembros durante el proceso 
de soldado, en miembros en fundiciones sobre fl amas abiertas, etcétera.
 Cuando las secciones de acero se enfrían a menos de 32 °F, sus resistencias se incre-
mentan un poco, pero tendrán reducciones considerables en ductilidad y tenacidad.
 Una propiedad muy importante de una estructura que ha sido sometida a esfuerzos, 
pero no más allá de su punto de fl uencia, es que ésta recuperará su longitud original cuando 
se supriman las cargas. Si se esfuerza más allá de ese punto, recuperará sólo parte de su lon-
gitud inicial. Este hecho ofrece la posibilidad de probar una estructura existente cargándola 
y descargándola. Si después de que las cargas se retiran, la estructura no recupera sus dimen-
siones originales, signifi ca que se ha esforzado más allá de su punto de fl uencia.
Puerta Europa, Madrid, España.
(Cortesía de Trade ARBED.)
1.7 Relaciones esfuerzo-deformación del acero estructural 17
Alfaomega Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak
Resistencia a la tensión, Fu
Aceros aleados de construcción
con tratamiento térmico; acero 
aleado templado y revenido A514
Resistencia mínima 
a la fluencia
Fy = 100 klb/plg2
E
sf
ue
rz
o,
 k
ilo
lib
ra
s 
po
r 
pu
lg
ad
a 
cu
ad
ra
da
Aceros al carbono, de alta 
resistencia, de baja aleación; 
A572
Aceros al carbono;
A36
Fy = 36 klb/plg2
Deformación unitaria, pulgadas por pulgada
Fy = 50 klb/plg2
Corrimiento de 0.2%
de deformación
1.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Temperatura, FC
oc
ie
nt
e 
ca
ra
ct
er
ís
ti
co
 d
e 
la
s 
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el
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ad
as
 y
 te
m
pe
ra
tu
ra
 a
m
bi
en
te
A514
A588
A992, A572
A36
Figura 1.5 
Curvas características de 
esfuerzo-deformación. 
(Basado en una fi gura 
tomada de Salmon C. 
G. y J. E. Johnson, Steel 
Structures: Design and 
Behavior, cuarta edición. 
Upper Saddle River, NJ: 
Prentice Hall, 1996.)
Figura 1.6 
El efecto de la temperatura sobre el esfuerzo de fl uencia.
18 Capítulo 1 Introducción al diseño estructural en acero
Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak Alfaomega
 El acero es una aleación que está compuesta casi por completo de hierro (general-
mente más del 98%). Contiene también pequeñas cantidades de carbono, silicio, manganeso, 
azufre, fósforo y otros elementos. El carbono es el elemento que tiene la mayor infl uencia en 
las propiedades del acero. La dureza y la resistencia del acero aumentan con el porcentaje 
de carbono. Un incremento del 0.01 por ciento del contenido de carbono causará que la 
resistencia de fl uencia del acero se eleve aproximadamente 0.5 klb/plg2 (ksi). Desafortuna-
damente, sin embargo, una mayor cantidad de carbono hará que el acero sea más frágil y 
afectará adversamente su soldabilidad. Si se reduce el contenido de carbono, el acero se hará 
más suave y más dúctil, pero también más débil. La adición de elementos tales como cromo, 
silicio y níquel produce aceros con resistencias considerablemente más altas. Aunque con 
frecuencia son muy útiles, estos aceros son considerablemente más caros y con frecuencia no 
son tan fáciles de fabricar.
 En la Figura 1.7 se muestra un diagrama común de esfuerzo-deformación para un 
acero frágil. Desafortunadamente,la baja ductilidad o fragilidad es una propiedad que por 
lo general se asocia con la alta resistencia del acero (aunque no necesariamente asociada 
con los aceros de alta resistencia). Como es conveniente tener a la vez alta resistencia y gran 
ductilidad, el proyectista tendrá que decidir entre los dos extremos o buscar un término 
medio entre ellos. Un acero frágil puede fallar repentinamente, sin previo aviso, cuando se 
sobrecargue y durante el montaje puede fallar debido a los impactos propios de los procedi-
mientos de construcción.
 Los aceros con comportamiento frágil tienen un intervalo considerable donde el 
esfuerzo es proporcional a la deformación unitaria, pero no tienen esfuerzos de fl uencia 
claramente defi nidos. Sin embargo, para aplicar muchas de las fórmulas dadas en las especi-
fi caciones de diseño para el acero estructural, es necesario contar con valores defi nidos del 
esfuerzo de fl uencia, independientes de si los aceros son dúctiles o frágiles.
 Si un miembro de acero se deforma más allá de su límite elástico y luego se descarga, 
éste no retornará a una condición de deformación cero. Al descargarlo, su diagrama de es-
fuerzo-deformación unitaria seguirá una nueva trayectoria (mostrada por la línea punteada 
en la Figura 1.7 paralela a la línea recta inicial). El resultado es una deformación permanente 
o residual.
 La línea que representa la relación de esfuerzo-deformación para aceros templados 
y revenidos gradualmente se aparta de una línea recta, de modo que no existe un punto de 
fl uencia bien defi nido. Para estos aceros el esfuerzo de fl uencia se defi ne por lo general como 
el esfuerzo en el punto de descarga que corresponda a alguna deformación unitaria residual 
arbitrariamente defi nida (0.002 es el valor común). En otras palabras, incrementamos la de-
formación unitaria mediante una cantidad designada y dibujamos una línea desde ese punto, 
Fractura
Fu
Fy � esfuerzo mínimo de fluencia
Fy
Deformación residual si se 
descarga cuando el esfuerzo 
es mayor que el límite elástico
P A
 �
E
sf
ue
rz
o 
 
f
 �Deformación �LL
Fu � esfuerzo de tensión mínimo 
 último
�
Figura 1.7 
Diagrama esfuerzo-
deformación 
característico de un 
acero frágil.
Alfaomega Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak
1.8 Aceros estructurales modernos 19
paralela a la porción de línea recta del diagrama de esfuerzo-deformación unitaria, hasta que 
la nueva línea corte a la anterior. Esta intersección es el esfuerzo de fl uencia en esa deforma-
ción unitaria particular. Si se usa 0.002, a la intersección se le llama usualmente el esfuerzo 
de fl uencia para 0.2 por ciento de deformación unitaria paralela.
1.8 ACEROS ESTRUCTURALES MODERNOS 
Las propiedades del acero pueden cambiarse en gran medida variando las cantidades pre-
sentes de carbono y añadiendo otros elementos como silicio, níquel, manganeso y cobre. Un 
acero que tenga cantidades considerables de estos últimos elementos se denominará acero 
aleado. Aunque estos elementos tienen un gran efecto en las propiedades del acero, las can-
tidades de carbono y otros elementos de aleación son muy pequeños. Por ejemplo, el conte-
nido de carbono en el acero es casi siempre menor que el 0.5% en peso y es muy frecuente 
que sea de 0.2 a 0.3 por ciento.
Mitad de una armadura de techo con 170 pies de claro libre para el Centro de Atletismo 
y Convenciones de la Universidad Lehigh en Bethlehem, Pa. (Cortesía de la Bethlehem 
Steel Corporation.)
20 Capítulo 1 Introducción al diseño estructural en acero
Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak Alfaomega
 La composición química del acero es de suma importancia en sus efectos sobre sus 
propiedades tales como la soldabilidad, la resistencia a la corrosión, la resistencia a la fractu-
ra frágil, etc. La ASTM especifi ca los porcentajes exactos máximos de carbono, manganeso, 
silicio, etc., que se permiten en los aceros estructurales. Aunque las propiedades físicas y 
mecánicas de los perfi les de acero las determina principalmente su composición química, 
también infl uye en ellas, hasta cierto punto, el proceso de laminado, la historia de sus esfuer-
zos y el tratamiento térmico aplicado.
 En las décadas pasadas, un acero estructural al carbono designado como A36 y con 
un esfuerzo mínimo de fl uencia Fy = 36 klb/plg2, era el acero estructural comúnmente usado. 
Sin embargo, más recientemente, la mayoría del acero estructural usado en Estados Unidos 
se fabrica fundiendo acero chatarra en hornos eléctricos. Con este proceso puede producirse 
un acero de 50 klb/plg2, A992, y venderse a casi el mismo precio que el acero A36.
 Los aceros de 50 klb/plg2 son los que predominan en uso actualmente. De hecho, al-
gunas de las laminadoras de acero hacen un cargo extra por las secciones W si van a con-
sistir de acero A36. Por otro lado, ocasionalmente ha sido difícil obtener los ángulos de 
50 klb/plg2 sin pedidos especiales a las laminadoras de acero. Como resultado, todavía se 
usan con frecuencia los ángulos A36. Además, las placas de 50 klb/plg2 pueden costar más 
que el acero A36.
 En décadas recientes los ingenieros y arquitectos continuamente requieren aceros 
más fuertes, aceros con mayor resistencia a la corrosión, con mejores propiedades de solda-
bilidad y diversas características. Las investigaciones realizadas por la industria acerera du-
rante este periodo han proporcionado varios grupos de nuevos aceros que satisfacen muchas 
de las demandas. Actualmente existe una gran cantidad de aceros clasifi cados por la ASTM 
e incluidos en la especifi cación AISC.
Domo de acero. (Cortesía 
de Trade ARBED.)
Alfaomega Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak
1.8 Aceros estructurales modernos 21
 Los aceros estructurales generalmente se agrupan en varias clasifi caciones principales 
de la ASTM: los aceros al carbono A36, A53, A500, A501 y A529; los aceros de baja aleación 
y de alta resistencia A572, A618, A913 y A992, y los aceros de baja aleación y alta resistencia 
y resistentes a la corrosión A242, A588 y A847. En la Parte 2 del Manual se presenta bastante 
información para cada uno de estos aceros. Las siguientes secciones incluyen algunas obser-
vaciones generales acerca de estas clasifi caciones del acero.
1.8.1 Aceros al carbono
Estos aceros tienen como principales elementos de resistencias al carbono y al manganeso 
en cantidades cuidadosamente dosifi cadas. Los aceros al carbono tienen sus contenidos limi-
tados a los siguientes porcentajes máximos: 1.7% de carbono, 1.65% de manganeso, 0.60% 
de silicio y 0.60% de cobre. Estos aceros se dividen en cuatro categorías, dependiendo del 
porcentaje de carbono:
 1. Acero de bajo contenido de carbono: 6 0.15%.
 2. Acero dulce: 0.15 a 0.29%. (Los aceros estructurales al carbono quedan dentro de esta 
categoría.)
 3. Acero medio al carbono: 0.30 a 0.59%.
 4. Acero con alto contenido de carbono: 0.60 a 1.70%.
1.8.2 Aceros de alta resistencia y baja aleación
Existe un gran número de aceros de este tipo clasifi cados por la ASTM. Estos aceros ob-
tienen sus altas resistencias y otras propiedades por la adición, aparte del carbono y man-
ganeso, de uno a más agentes de aleación como el columbio, vanadio, cromo, silicio, cobre 
y níquel. Se incluyen aceros con esfuerzos de fl uencia comprendidos entre 40 klb/plg2 y 
70 klb/plg2. Estos aceros generalmente tienen mucha mayor resistencia a la corrosión atmos-
férica que los aceros al carbono.
 El término baja aleación se usa arbitrariamente para describir aceros en los que el 
total de elementos de aleación no excede el 5% de la composición total del acero.
1.8.3 Aceros estructurales de alta resistencia, baja aleación 
y resistentes a la corrosión atmosférica
Cuando los aceros se alean con pequeños porcentaje de cobre, se vuelven más resistentes a 
la corrosión. Cuando se exponena la atmósfera, las superfi cies de estos aceros se oxidan y 
se les forma una película adhesiva muy comprimida (conocida también como “pátina bien 
adherida” o “capa de óxido”), que impide una mayor oxidación y se elimina así la necesidad 
de pintarlos. Después de que ocurre este fenómeno (en un periodo de 18 meses a 3 años, de-
pende del tipo de exposición, por ejemplo rural, industrial, luz solar directa o indirecta, etc.), 
el acero adquiere un color que va del rojo oscuro al café y al negro.
 Supuestamente, el primer acero de este tipo lo desarrolló en 1933 la U. S. Steel Cor-
poration para darle resistencia a los carros de ferrocarril, que transportaban carbón y en los 
que la corrosión era muy intensa.
 Estos aceros tienen gran aplicación, particularmente en estructuras con miembros ex-
puestos y difíciles de pintar como puentes, torres de transmisión eléctrica, etc., sin embargo, 
no son apropiados para usarse en lugares donde queden expuestos a brisas marinas, nieblas 
o que estén continuamente sumergidos en agua (dulce o salada) o el suelo, o donde existan 
22 Capítulo 1 Introducción al diseño estructural en acero
Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak Alfaomega
humos industriales muy corrosivos. Tampoco son adecuados en áreas muy secas, como en 
algunas partes del oeste de Estados Unidos. Para que a estos aceros se les forme la pátina, 
deben estar sujetos a ciclos de humedad y resequedad, de otra manera seguirán teniendo la 
apariencia de acero sin pintar.
 La Tabla 1.1 que se presenta aquí, que corresponde a la Tabla 2-4 en el Manual del 
Acero, enlista los 12 aceros de ASTM mencionados anteriormente en esta sección, junto 
con sus resistencias a la fl uencia mínimas especifi cadas (Fy) y sus resistencias a la tensión 
mínimas especifi cadas (Fu). Además, las columnas a la derecha de la tabla suministran infor-
mación con respecto a la disponibilidad de los perfi les en los diversos grados de aceros, así 
como el grado recomendado para usarse para cada uno. En cada caso, se muestra el acero 
recomendado con un cuadro negro.
 Mediante los cuadros negros, observará en la tabla que se recomienda el acero A36 
que se debe usar para las secciones M, S, HP, C, MC y L, mientras que el A992 es el material 
recomendado para los perfi les más comunes, los W. Los cuadros grises en la tabla se refi eren a 
los perfi les disponibles en grados de acero que no sean los recomendados. Antes de seleccionar 
perfi les de esos grados, el proyectista deberá verifi car si están disponibles con los proveedores 
de acero. Finalmente, los cuadros vacíos, o de color blanco, indican los grados de acero que no 
están disponibles para ciertos perfi les. En la Tabla 2-5 del Manual del Acero se proporciona 
información similar para placas y barras.
 Como se mencionó anteriormente, los aceros pueden fortalecerse mediante la adición 
de aleaciones especiales. Otro factor que afecta la resistencia del acero es el espesor. Entre 
más se rola el acero para hacerlo más delgado, adquiere mayor resistencia. Los miembros 
más gruesos tienden a ser más frágiles, y sus tasas de enfriamiento más lentas hacen que el 
acero tenga una microestructura más áspera.
 Haciendo referencia nuevamente a la Tabla 1.1, usted puede ver que varios de los ace-
ros listados están disponibles con esfuerzos de fl uencia y de tensión diferentes con el mismo 
número ASTM. Por ejemplo, los perfi les A572 están disponibles con resistencias a la fl uencia 
de 42, 50, 55, 60 y 65 klb/plg2. En seguida, leyendo los pies de página de la Tabla 1.1, observa-
mos que los aceros de grados 60 y 65 tienen asignada la letra “e” como pie de página. Este pie 
de página indica que los únicos perfi les A572 disponibles con estas resistencias son los más 
delgados que tienen un espesor de patín � 2 pulgadas. En la tabla se muestran situaciones 
similares para algunos otros aceros, incluyendo el A992 y el A242.
1.9 USO DE LOS ACEROS DE ALTA RESISTENCIA
Existen otros grupos de aceros de alta resistencia como los de ultra-alta-resistencia que tie-
nen fl uencias de entre 160 klb/plg2 y 300 klb/plg2. Estos aceros no se han incluido en el Ma-
nual del Acero porque la ASTM no les ha asignado un número de clasifi cación.
 Actualmente existen en el mercado más de 200 aceros con esfuerzos de fl uencia ma-
yores de 36 klb/plg2. La industria del acero está experimentando ahora con aceros cuyos es-
fuerzos de fl uencia varían entre 200 klb/plg2 y 300 klb/plg2, y esto es sólo el principio. Mucha 
gente de esta industria cree que en unos cuantos años se dispondrá de aceros con fl uencias 
de 500 klb/plg2. La fuerza teórica de unión entre los átomos de hierro se ha estimado en más 
de 4 000 klb/plg2.7
7L. S. Beedle et al., Structural Steel Design (Nueva York: Ronald Press, 1964), p. 44.
1.9 Uso de los aceros de alta resistencia 23
Esfuerzo
mínimo de
fluencia Fy
(klb/plg2)
Esfuerzoa
de tensión
Fu
(klb/plg2)
Tipo
de acero
Designación
de la ASTM W M S HP C MC L Rect. Tubo
A36 36 58−80b
A53 Gr. B 35 60
Gr. B
42 58
A500
46 58
Gr. C
46 62
50 62
A501
Gr. A 36 58
Gr. B 50 70
A529c
Gr. 50 50 65−100
Gr. 55 55 70−100
Gr. 42 42 60
Gr. 50 50 65d
A572 Gr. 55 55 55
Gr. 60e 60 60
Gr. 65e 65 65
A618f
Gr. I & II 50g 70g
Gr. III 50 50
50 50h 60h
A913
60 60 75
65 65 80
70 70 90
A992 50 65i
42j 63j
A242 46k 67k
50l 70l
A588 50 70
A847 50 70
= Especificación recomendada para el material
= Otra especificación de material aplicable, cuya disponibilidad deberá confirmarse antes de la especificación
= La especificación de material no aplica
Al carbono
Baja
aleación
alta
resistencia
Baja
aleación
alta
resistencia
resistente a la
corrosión
Serie de perfiles aplicables
HSS
R
ed
on
do
a Mínimo a menos que se muestre un rango.
b Para perfiles arriba de 426 lb/pie, sólo aplica el mínimo de 58 klb/plg2.
c Para perfiles con un espesor de patín menor que o igual a 11⁄2 plg solamente. Para mejorar la soldabilidad, puede especificarse un 
 máximo de carbono (de acuerdo con el Requisito suplementario S78 de la ASTM). Si se desea, puede especificarse el esfuerzo máximo 
 de tensión de 90 klb/plg2 (de acuerdo con el Requisito suplementario S79 de la ASTM). 
d Si se desea, puede especificarse el esfuerzo máximo de tensión de 70 klb/plg2 (de acuerdo con el Requisito suplementario S91 de la 
 ASTM). 
e Para perfiles con un espesor de patín menor que o igual a 2 plg solamente.
f A618 de la ASTM también puede especificarse como resistente a la corrosión; véase A618 de la ASTM.
g El mínimo aplica a muros de un espesor nominal de 3⁄4 plg y menor. Para espesores de muro mayores que 3⁄4 plg, Fy = 46 klb/plg
2 y 
 Fu = 67 klb/plg
2.
h Si se desea, puede especificarse un esfuerzo máximo de fluencia de 65 klb/plg2 y una relación de resistencia máxima a la fluencia entre 
 la de tensión de 0.85 (de acuerdo con el Requisito suplementario S75 de la ASTM). 
i Se incluyen como obligatorias en A992 de la ASTM una relación de resistencia máxima a la fluencia entre la de tensión de 0.85 y una 
 fórmula equivalente para el carbono.
j Para perfiles con un espesor de patín mayor que 2 plg solamente.
k Para perfiles con un espesor de patín mayor que 11⁄2 plg y menor que o igual a 2 plg solamente.
l Para perfiles con un espesor de patín menor que o igual a 11⁄2 plg solamente.
Fuente: Manual de la AISC, Tabla 2-4, p. 2-48, 14ava. Ed., 2011. Derechos reservados © American Institute of Steel 
Construction. Reproducido con autorización. Todos los derechos reservados.
TABLA 1.1 Especifi caciones aplicables de la ASTM a diversos perfi les estructurales.
24 Capítulo 1 Introducción al diseño estructural en acero
Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak Alfaomega
 Aunque los precios de los aceros aumentan con el incremento de los esfuerzos de fl uen-
cia, el porcentaje de incremento en los precios