120288042 acero-a500

CAPITULO 2
PROPIEDADES DEL ACERO USADO EN LAMINADO EN FRIO
2.1 COMENTARIOS GENERALES
Las propiedades mecánicas del material constitutivo juegan un papel preponderante en el
comportamiento de miembros estructurales y el diseñador debe estar familiarizado con dichas
propiedades para los diversos tipos de acero que se usan para fabricar los perfiles laminados en
frío.
Las especificaciones del AISI 1996 hacen referencia expresa a los tipos de acero reconocidos
para su uso en perfiles laminados en frío, así como las características de ductilidad y otras
propiedades que deben cumplir los aceros no reconocidos por la especificación.
2.2 ACEROS ESTRUCTURALES RECONOCIDOS
Las especificaciones del AISI 1996, Sección A3.1, reconocen los siguientes 14 tipos de acero de la
Sociedad Americana de Pruebas y Materiales o ASTM (por sus siglas del inglés: “American Society
for Testing and Materials”):
1. ASTM A36/A36M, Acero Estructural de Carbono.
2. ASTM A242/A242M, Acero Estructural de Alta Resistencia y Baja Aleación.
3. ASTM A283/A283M, Placas de Acero de Carbono de Resistencia a la Tensión Baja e
Intermedia.
4. ASTM A500, Tubulares Estructurales Redondos y de Otros Perfiles Laminados en Frío de Acero
de Carbono.
5. ASTM A529/A529M, Acero de Calidad Estructural de Manganeso y Carbono de Alta
Resistencia.
6. ASTM A570/A570M, Acero de Calidad Estructural de Carbono para Láminas y Cintas
Laminadas en Caliente.
7. ASTM A572/A572M, Acero Estructural de Columbio y Vanadio de Alta Resistencia y Baja
Aleación.
8. ASTM A588/A588M, Acero Estructural de Alta Resistencia y Baja Aleación con Esfuerzo de
Fluencia Mínimo de 50 ksi (3514 kg/cm
2
) y espesor hasta 4 plg. (100 mm).
9. ASTM A606, Acero Estructural de Alta Resistencia y Baja Aleación para Láminas y Cintas
Laminadas en Caliente y en Frío con Resistencia Mejorada a la Corrosión Atmosférica.
10.ASTM A607, Acero Estructural de Columbio o Vanadio, o ambos, de Alta Resistencia y Baja
Aleación para Láminas y Cintas Formadas en Caliente y en Frío.
11.ASTM A611 (Grados A, B, C y D), Acero Estructural (SS, abreviación del inglés “Structural
Steel”) de Carbono para Láminas Formadas en Frío.
12.ASTM A653/A653M (SS, Grados 33, 37, 40 y 50 Clase 1 y Clase 3; Alta Resistencia y Baja
Aleación Tipos A y B, Grados 50, 60, 70 y 80), Láminas de Acero con Recubrimiento de Zinc
(Galvanizado) o con Recubrimiento de Aleación Zinc-Hierro realizado por medio del Proceso de
Inmersión en Caliente (Galvanizado y Endurecido).
13.ASTM A715 (Grados 50, 60, 70 y 80), Acero de Alta Resistencia y Baja Aleación para Láminas
y Cintas Formadas en Caliente y de Acero de Alta Resistencia y Baja Aleación para Láminas y
Cintas Formadas en Frío con Propiedades Mejoradas de Formabilidad.
14.ASTM A792/A792M (Grados 33, 37, 40 y 50A), Láminas de Acero con Recubrimiento de
Aleación 55% Aluminio-Zinc realizado por medio del Proceso de Inmersión en Caliente.
Las propiedades mecánicas relevantes de los 14 tipos de acero especificados se ilustran en la
Tabla 2.1.

20
Tabla 2.1 Descripción y Propiedades Mecánicas Relevantes de los Aceros Reconocidos por el AISI
(4)
Designación del ASTM.
Descripción Producto Grado
Fy
(min)
kg/cm2
Fu
(min/max)
kg/cm2
% elongación
en 5.08 cm
(min)
Fu/Fy
(min)
A36/A36M-94
Esta especificación cubre perfiles, placas y barras
de acero de carbono de calidad estructural para
construcción remachada, atornillada o soldada de
puentes y edificios y para aplicaciones
estructurales generales.
Se proveen requisitos adicionales cuando la
tenacidad de muesca sea importante. Estos
requisitos aplicarán cuando se especifiquen por el
comprador en su orden.
Cuando el acero vaya a ser soldado, se
presupone que será usado un procedimiento de
soldado consistente con el tipo de grado de acero
y el uso planeado de la estructura.
Placas y
Barras
2530 4076/5622 23 1.61
A242-A242M-93ª
de acero de alta resistencia y baja aleación para
construcción remachada, atornillada y soldada a
ser usados principalmente en miembros
estructurales cuando el ahorro en peso y la
durabilidad adicional son importantes.
La resistencia a la corrosión atmosférica de este
tipo de acero en la mayoría de los ambientes es
substancialmente mejor que el acero al carbono
con o sin adición de cobre. Esta especificación
está limitada a material de hasta 4 plg (10 cm) de
espesor.
Placas y
Barras
t ≤ 0.75 plg
(19.05mm)
3514 4919 21 1.40
A283/A283M-93ª
Esta especificación cubre cuatro grados de acero
para placas de acero al carbono de calidad
estructural para aplicaciones generales.
Placa A
B
C
D
1686
1897
2108
2319
3162/4216
3514/4668
3865/5270
4216/5622
30
28
25
23
1.88
1.85
1.83
1.82
A500-93
Esta especificación cubre tubos estructurales
soldados sin costuras redondos, cuadrados y de
configuraciones especiales de acero de carbono
laminado en frío para construcción remachada,
atornillada y soldada de puentes y edificios y para
aplicaciones estructurales generales.
Estos tubos se producen soldados y sin costuras
para diámetros máximos de 64 plg. (1626 mm) y
un espesor máximo de 0.625 plg. (15.88 mm). El
Grado D requiere de tratamiento con calor.
Nota: Los productos manufacturados con esta
especificación pueden no ser recomendables para
condiciones tales como carga dinámica en
estructuras soldadas, donde las propiedades de
tenacidad de muesca pueden ser importantes.
Tubos
Redondos
Tubos
Cuadrados
A
B
C
D
A
B
C
D
2319
2951
3232
2530
2740
3232
3514
2530
3162
4076
4357
4076
3162
4076
4357
4057
25
23
21
23
25
23
21
23
1.36
1.38
1.35
1.61
1.15
1.26
1.24
1.61

21
Fy
(min)
kg/cm2
Fu
(min/max)
kg/cm2
% elongación
en 5.08 cm
(min)
Fu/Fy
(min)
A529/A529M-94
de acero de carbono y manganeso para
construcción remachada, atornillada y soldada de
edificios y para aplicaciones estructurales
generales. El material bajo esta especificación
esta disponible en dos grados. Grado 42 para
placas y barras de 0.50 plg (12.7 mm) de espesor
y Grado 50 para placas y barras de 1.00 plg (25.4
mm) de espesor.
Placas y
Barras
42
50
2951
3514
4216/5973
4919/7027
22
21
1.43
1.40
A570/A570M-95
Esta especificación cubre láminas y cintas de
acero de carbono laminado en caliente en
longitudes cortadas o en carretes. Este material
puede usarse para propósitos estructurales
cuando se requieran valores mecánicos de
prueba, y está disponible en espesores máximos
de 0.229 plg (6 mm) excepto por lo que se
especifica para A568, A568M, A749 y A749M.
Lámina y
Cinta
30
33
36
40
45
50
2108
2319
2530
2811
3162
3514
3443
3654
3724
3865
4216
4568
21
18
17
15
13
11
1.63
1.58
1.47
1.38
1.33
1.30
A572/A572M-94c
de acero de alta resistencia y baja aleación. Los
Grados 42 y 50 se recomiendan sean usados en
construcción remachada, atornillada y soldada de
edificios, puentes y otras aplicaciones. Los Grados
60 y 65 se recomiendan sean usados para
construcción remachada y atornillada de puentes y
para construcción remachada, atornillada y
soldada para otras aplicaciones.
Para construcción soldada de puentes la
tenacidad de muesca es un requisito importante.
Para esta u otras aplicaciones donde los requisitos
de tenacidad de muesca sean indicados, estos
serán negociados entre el productor y comprador.
El uso de columbio, vanadio y nitrógeno, o
combinaciones de estos, bajo las limitaciones de
la Sección 5 del ASTM, estarán bajo la opción del
productor a menos que se especifique lo contrario.
Cuando se desee usar uno de estos elementos o
una combinación de ellos, se hace referencia al
Requisito Suplementario S90 del ASTM en donde
dichos elementos y sus combinaciones comunes
se enlistan por su tipo. Cuando dicha designación
sea deseada, tanto el grado como el tipo deberán
ser especificados.
Placas y
Barras
42
50
60
65
2951
3514
4216
4568
4216
4568
5270
5622
24
21
18
17
1.43
1.30
1.25
1.23
A588/A588M-94
de acero de alta resistencia y baja aleación para
construcción remachada, atornillada y soldada a
ser usado principalmente en miembros
estructurales cuando el ahorro en peso y la
durabilidad adicional son importantes. La
resistencia a la corrosión atmosférica del acero en
la mayoría de los ambientes es substancialmente
mejor que el acero al carbono con o sin adición de
cobre. Cuando se expone apropiadamente a la
atmósfera este acero puede ser usado sin pintura
para muchas aplicaciones. Esta especificación
está limitada a material de hasta 8 plg (20 cm) de
espesor. Cuando el acero vaya a ser soldado, se
Placas y
Barras
t ≤ 4.0 plg
(101.6 mm)
3514 4919 21 1.40

22
Fy
(min)
kg/cm2
Fu
(min/max)
kg/cm2
% elongación
en 5.08 cm
(min)
Fu/Fy
(min)
A606-91ª
acero laminado en frío y en caliente de alta
resistencia y baja aleación en longitudes cortadas
o en carretes a ser usadas para propósitos
estructurales o misceláneos, donde los ahorros en
peso o la durabilidad adicional son importantes.
Estos aceros tienen una resistencia mejorada a la
corrosión atmosférica y se proveen en dos tipos:
Tipo 2 contiene 0.20 mínimo de cobre (0.18
mínimo de Cu para revisión del producto). Tipo 4
contiene un nivel de resistencia a la corrosión
substancialmente superior al acero de carbono
con o sin adición de cobre. Cuando expuesto
adecuadamente a la atmósfera, este acero puede
ser usado sin pintura para muchas aplicaciones.
Lámina y
Cintas
L. en Cal.
Longitud
Cortada
L. en Cal.
Carrete
L. en Cal.
Endureci-
do o Nor-
malizado.
L. en Frío
3514
3162
3162
3162
4919
4568
4568
4568
22
22
22
22
1.40
1.44
1.44
1.44
A607-92ª
acero de alta resistencia y baja aleación de
columbio o vanadio, o láminas de acero laminado
en frío, o una combinaciones de ambos, ya sea en
longitudes cortadas o carretes a usarse en
aplicaciones donde una mayor resistencia y
ahorros en peso son importantes. El material está
disponible en dos clases: ambas clases son
similares en nivel de resistencia excepto que la
Clase 2 ofrece una mejor soldabilidad y mayor
formabilidad que la Clase 1. La resistencia a la
corrosión atmosférica de estos acero es
equivalente al acero de carbono típico. Si se
especifica aleación con cobre, la resistencia a la
corrosión atmosférica es el doble que la del acero
de carbono típico. La Clase 1 se denominaba
como A607 sin una designación de clase.
Lámina y
Cinta
Clase 1
45
50
55
60
65
70
Clase 2
45
50
55
60
65
70
3162
3514
3865
4216
4568
4919
3162
3514
3865
4216
4568
4919
4216
4568
4919
5270
5622
5973
3865
4216
4568
4919
5270
5622
L. en Cal. 23
L. en Frío 22
L. en Cal. 20
L. en Frío 20
L. en Cal. 18
L. en Frío 18
L. en Cal. 16
L. en Frío 16
L. en Cal. 14
L. en Frío 15
L. en Cal. 12
L. en Frío 14
L. en Cal. 23
L. en Frío 22
L. en Cal. 20
L. en Frío 20
L. en Cal. 18
L. en Frío 18
L. en Cal. 16
L. en Frío 16
L. en Cal. 14
L. en Frío 15
L. en Cal. 12
L. en Frío 14
1.33
1.30
1.27
1.25
1.23
1.21
1.22
1.20
1.18
1.17
1.15
1.14
A611-94
Esta especificación cubre láminas de acero de
carbono en longitudes cortada o carretes. Incluye
cinco niveles de resistencia designadas como
Grado A con fluencia mínima de 1756 kg/cm2
;
Grado B con fluencia mínima de 2108 kg/cm2
;
Grado C tipo 1 y 2 con fluencia mínima de 2319
kg/cm2
; Grado D tipo 1 y 2 con fluencia mínima de
2811 kg/cm2
y Grado E con fluencia mínima de
5622 kg/cm2
. Los Grados A a D tienen ductilidad
moderada mientras que el Grado E es un producto
duro y poco dúctil sin una elongación mínima
especificada.
Lámina A
B
C
Tipo 1 y 2
D
Tipo 1 y 2
1756
2108
2319
2811
2951
3162
3373
3654
26
24
22
20
1.68
1.50
1.45
1.30

23
Fy
(min)
kg/cm2
Fu
(min/max)
kg/cm2
% elongación
en 5.08 cm
(min)
Fu/Fy
(min)
A653/A653M-95
Esta especificación cubre a láminas de acero con
recubrimiento de zinc (galvanizado) o con aleación
de zinc con hierro (galvanizado y endurecido) en
longitudes cortadas o carretes. El galvanizado se
realiza por el proceso de inmersión en caliente. Se
incluyen varios grados basados en la resistencia
por fluencia en acero estructural (SS) y en alta
resistencia y baja aleación (HSLA). Las láminas
HSLA están disponibles en Tipo I y II. HSLA Tipo I
se recomienda cuando se requiere formabilidad
mejorada en comparación con SS. El Tipo II tiene
aun mayor formabilidad que el Tipo I. Los
productos bajo la especificación A653/A653M-95
deben cumplir con las últimas modificaciones de
A924/A924M, excepto cuando se indique lo
contrario en la aplicación.
Lámina SS
33
37
40
50 Clase 1
50 Clase 3
HSLA
Tipo 1
50
60
70
80
HSLA
Tipo II
50
60
70
80
2319
2600
2811
3514
3514
3514
4216
4919
5622
3514
4216
4919
5622
3162
3654
3865
4568
4919
4216
4919
5622
6325
4216
4919
5622
6325
20
18
16
12
12
20
16
12
10
22
18
14
12
1.36
1.41
1.38
1.30
1.40
1.20
1.17
1.14
1.13
1.20
1.17
1.14
1.13
A715-92ª
acero de alta resistencia y baja aleación y láminas
de acero laminado en frío con formabilidad
mejorada comparada con A606 y A607. El
producto se provee en longitudes cortadas o en
carretes y está disponible en cuatro niveles de
resistencia, Grados 50, 60, 70 y 80 y ocho tipos
(de acuerdo con su composición química). No
todos los grados están disponibles en todos los
tipos. El acero es devastado y transformado en un
material granular fino, e incluye elementos de
microaleación como columbio, vanadio, titanio y
zirconio, etc. El producto se recomienda para
aplicaciones estructurales y misceláneas donde la
ahorro en peso, alta resistencia, formabilidad
mejorada y soldabilidad es importante.
Láminas y
Cintas
50
60
70
80
3514
4216
4919
5622
4216
4919
5622
6325
22
18
16
14
1.20
1.17
1.14
1.13
A792/A792M-95
Esta especificación cubre láminas de acero con
recubrimiento de aluminio con aleación de zinc
mediante el proceso de inmersión en caliente. La
composición de la aleación de aluminio-zinc en
relación nominal al peso es 55% aluminio, 1.6%
silicón y balance de zinc. El producto se
recomienda para aplicaciones que requieran
protección contra la corrosión, resistencia al calor
o ambos. Las láminas con recubrimiento de
aluminio y aleación de zinc están disponibles en
Calidad Comercial, Calidad de Formación y
Calidad Estructural. Los grados disponibles en
Calidad Estructural se dan en la tabla anexa.
Lámina 33
37
40
50ª
2319
2600
2811
3514
3162
3654
3865
4568
20
18
16
12
1.36
1.41
1.38
1.30
Nota: Las abreviaciones “L en Cal.” y “L en Frío” usadas en la Tabla significa laminado en caliente y frío, respectivamente.
En el Suplemento 1999 del AISI 1996 se establece el reconocimiento de dos tipos de acero
adicionales:
15.ASTM A847 (Grado 50), Acero de Alta Resistencia y Baja Aleación para Perfiles Tubulares
Estructurales Soldados sin Costuras con Resistencia a la Corrosión Atmosférica Mejorada.
16.ASTM A875/A875M (SS, Grados 33, 37, 40 y 50 Clase 1 y Clase 3; Alta Resistencia y Baja
Aleación Tipos A y B, Grados 50, 60, 70 y 80), Láminas de Acero con Recubrimiento de
Aleación Zinc-5% Aluminio realizado por medio del Proceso de Inmersión en Caliente.
Las propiedades mecánicas relevantes de estos aceros se muestran en la Tabla 2.2

24
Tabla 2.2 Descripción y Propiedades Mecánicas Relevantes de los Dos Aceros Adicionales
Reconocidos por el Suplemento 1999
(1)
Fy
(min)
kg/cm2
Fu
(min/max)
kg/cm2
% elongación
en 5.08 cm
(min)
Fu/Fy
(min)
A847
Esta especificación cubre perfiles tubulares
estructurales soldados, sin costuras, laminados en
frío formados con acero de alta resistencia y baja
aleación con resistencia a la corrosión atmosférica
mejorada.
Tubos 3514 3162 19 1.40
A875/A875M
Esta especificación cubre láminas con
recubrimiento de aleación zinc-5% aluminio
realizado mediante el proceso de imersión en
caliente. Este acero se maneja en dos
modalidades:
1. Acero Estructural (SS) en Grados 33, 37, 40
y 50 Clase 1 (C1) y Clase 2 (C2).
2. Acero de Alta Resistencia y Baja Aleación
Tipo A (Grados 50, 60, 70 y 80) y Tipo B
(Grados 50, 60, 70 y 80).
Láminas 33
37
40
50 (C1)
50 (C2)
Tipo A
50
60
70
80
Tipo B
50
60
70
80
2319
2600
2811
3514
3514
3514
4216
4919
5622
3514
4216
4919
5622
3162
3654
3865
4568
4919
4216
4919
5622
6325
4216
4919
5622
6325
20
18
16
12
12
20
16
12
10
22
18
14
12
1.36
1.41
1.38
1.30
1.40
1.20
1.17
1.14
1.13
1.20
1.17
1.14
1.13
De los 16 tipos de acero reconocidos hasta el Suplemento 1999, 6 son para placas, 5 son para
láminas y cintas, 3 son para láminas y 2 son para productos tubulares. La clasificación de la ASTM
de los productos de acero se ilustran en la Tabla 2.3 y 2.4. La Sección A3.2 del AISI 1996, no
excluye el uso de otros tipos de acero no considerados dentro del grupo de los 16, siempre y
cuando no excedan un espesor de 1.0 plg. (25.4 mm) y se acople a las propiedades químicas y
mecánicas de uno de los aceros considerados. Además, condiciona su uso a que sea sujeto, ya
sea por el fabricante o comprador, a pruebas, análisis y otros controles establecidos para uno de
los aceros reconocidos y que cumpla con las disposiciones de la Sección A3.3 del AISI (ver Art.
2.3.3).
Tabla 2.3 Clasificación de Productos de Acero Laminado en Frío
(4)
Espesor, t (mm)Ancho, w
(cm) Acero de Carbono Acero HSLA
5.08 ≤ w ≤ 30.48
30.48 < w
0.356 ≤ t ≤ 2.08
0.356 ≤ t
0.483 ≤ t ≤ 2.08
0.508 ≤ t
Nota: la abreviatura HSLA significa alta resistencia y baja aleación (por sus siglas del inglés: “High Strength
Low Alloy”).
Tabla 2.4 Clasificación de Productos de Acero Laminado en Caliente
(4)
Espesor, t (mm)Ancho, w
(cm) 5.84 ≤ t 5.16 ≤ t ≤ 5.84 4.57 ≤ t ≤ 5.16 1.19 ≤ t ≤ 4.57
Barra
Barra
Barra
Barra
Barra Cinta
Cinta
Cinta
Cinta
Cinta
Cinta
Cinta
Cinta
Cinta
Cinta
Lámina Lámina
w ≤ 8.89
8.89 ≤ w ≤ 15.24
15.24 ≤ w ≤ 20.32
20.32 ≤ w ≤ 30.48
30.48 ≤ w ≤ 121.92
121.92 < w
Placa (1)
Placa (2)
Placa (3) Placa (3) Placa (3)
Lámina
Lámina
(1) Cinta cuando se pida en carretes
(2) Lámina cuando se pida en carretes
(3) Lámina cuando se pida en carretes
Ancho Máximo, w: 187.96 cm.

25
2.3 PROPIEDADES MECANICAS RELEVANTES DEL ACERO
Desde el punto de vista estructural las propiedades más importantes del acero son:
1. El Esfuerzo de Fluencia
2. La Resistencia a la Tensión o Resistencia Ultima
3. Las Características de la Curva de Esfuerzo-Deformación
4. El Módulo de Elasticidad y el Módulo Tangente
5. La Ductilidad
6. La Facilidad para Soldarse
7. La Resistencia a la Fatiga
8. La Tenacidad
9. La Facilidad de Formado
10.La Durabilidad
A continuación se tratarán con más detalle cada una de éstas propiedades:
2.3.1 Esfuerzo de Fluencia, Resistencia Ultima y Curva Esfuerzo-Deformación
La resistencia de los perfiles laminados en frío depende del valor del esfuerzo de fluencia, excepto
en conexiones y en aquellos casos donde el pandeo elástico local o global es crítico. Los valores
estipulados del esfuerzo de fluencia (Fy) para los primeros 14 tipos de acero reconocidos se
incluyen en la Tabla 2.1.
Las curvas esfuerzo-deformación se pueden clasificar en dos tipos: Tipo 1, Curvas con Fluencia
Pronunciada [ver Fig. 2.1(a)] y Tipo 2, Curvas con Fluencia Gradual [ver Fig. 2.1(b)].
Fig. 2.1 Curvas esfuerzo-deformación de acero de carbono para láminas y cintas
(1)
; (a) Fluencia
pronunciada. (b) Fluencia gradual.

26
Las curvas esfuerzo-deformación de los aceros laminados en caliente son del tipo 1 y las curvas
de los laminados en frío son del tipo 2. El valor del esfuerzo de fluencia en las curvas del tipo 1 se
obtiene fácilmente del valor de esfuerzo correspondiente a donde la curva “quiebra” y adquiere su
forma plana horizontal. Sin embargo, dicho “quiebre” no se presenta en las curvas del tipo 2, sino
que se presenta una curva suave de transición a la parte plana horizontal, por lo que el valor del
esfuerzo de fluencia no puede obtenerse directamente. Para estos casos, el esfuerzo de fluencia
puede ser obtenido por el método de compensación o el método de deformación unitaria bajo
carga.
En el método por compensación, se traza una línea paralela a la parte recta inicial de la curva,
“desfasada” o compensada hacia la derecha, cuyo origen es un valor especificado de 0.2%
deformación unitaria [ver Fig. 2.2(a)] y se ubica la intersección con la curva esfuerzo-deformación
con dicha recta. El valor de esfuerzo a la altura de la intersección será el valor buscado de Fy. Este
método se usa predominantemente en los trabajos de investigación y en las pruebas del fabricante
para aceros de aleación. En el método de deformación unitaria bajo carga, el valor del esfuerzo de
fluencia se obtiene directamente de la curva para un valor especificado de 0.5% para la
deformación unitaria [ver la Fig. 2.2(b)]. Este método lo usan comúnmente los fabricantes en
pruebas para láminas y cintas de acero de carbono de baja aleación.
Dos propiedades mecánicas relevantes adicionales también pueden obtenerse de la curva
esfuerzo-deformación: La Resistencia Ultima (Fu) y el Límite de Proporcionalidad (fpr). La
resistencia última es el valor máximo de esfuerzo que puede ser inducido en un elemento antes de
alcanzar la falla, es decir el valor de máximo esfuerzo de la curva ilustrada en la Fig. 2.1(a). La
resistencia última prácticamente no tiene aplicación en el diseño de elementos estructurales, ya
que los modos de falla de dichos elementos son controlados por los esfuerzos de fluencia o por los
esfuerzos críticos de pandeo. Esto es particularmente cierto para elementos de pared delgada
sujetos a compresión con relaciones ancho-espesor grandes y para miembros a compresión
(columnas) con relaciones de esbeltez grandes. Sin embargo, en el caso del diseño de conexiones
atornilladas y soldadas, donde es común que se presenten concentraciones de esfuerzos
considerables que pueden alcanzar la resistencia última de algunas fibras del material, el valor de
la resistencia última es crítico. Por consiguiente, la especificación AISI contiene criterios de diseño
que garantizan la seguridad de la conexión bajo resistencia última. Los valores de resistencia
última se incluyen en la Tabla 2.1 y 2.2 para el grupo de los 16 aceros reconocidos por el AISI 1996
y Suplemento 1999.
El límite de proporcionalidad es el valor máximo de esfuerzo para el cual las deformaciones son
directamente proporcionales a los esfuerzos, es decir donde termina la parte recta de la curva,
como se ilustra en la Fig. 2.1(b). Aunque el límite de proporcionalidad no se aplica directamente en
las ecuaciones de diseño del AISI, si ha influido hasta cierto punto en el establecimiento de los
valores de los factores de seguridad de diseño. El límite de proporcionalidad puede ser obtenido
por el método de compensación usando un desfasamiento de 0.1%.
2.3.2 Módulo de Elasticidad y Módulo Tangente
La resistencia de los elementos que fallan por inestabilidad depende no solo de su esfuerzo de
fluencia, sino también del valor del módulo de elasticidad E o del módulo tangente Et, en el caso
del pandeo elástico e inelástico, respectivamente.
El módulo de elasticidad se define como la pendiente de la parte inicial recta de la curva
esfuerzo-deformación. Los valores comúnmente utilizados de E para el acero se encuentran dentro
del rango de 2.038x10
6
a 2.108x10
6
kg/cm
2
. Las especificaciones del AISI recomiendan un valor
de 2.073x10
6
kg/cm
2
para su uso en diseño, el cual es ligeramente mas alto que el valor de
2.038x10
6
kg/cm
2
recomendado por las especificaciones de diseño para perfiles laminados en
caliente emitidas por el Instituto Americano de Construcción en Acero o AISC (por sus siglas del
inglés: “American Institute of Steel Construction”). El valor de Et se define como el valor de la
pendiente de la curva esfuerzo-deformación en cualquier punto, como lo ilustra la Fig. 2.1(b).

27
Fig 2.2 Determinación del esfuerzo de fluencia en acero con fluencia gradual
(1)
. (a) Método de compensación;
(b) Método de deformación unitaria.
Para las curvas con fluencia pronunciada, Et es igual a E hasta el punto de fluencia, pero para
el caso de curvas con fluencia gradual, Et es igual a E hasta el límite de proporcionalidad. Una vez
que el esfuerzo excede el límite de proporcionalidad, el valor de Et se reduce progresivamente con
respecto al valor de E. Esta es la razón del porque los aceros con fluencia pronunciada con
relaciones de esbeltez moderadas tienen una mayor resistencia al pandeo que los aceros con
fluencia gradual.
2.3.3 Ductilidad
La ductilidad es la habilidad de un material para poder sobrellevar deformaciones plásticas
considerables sin fracturarse. Es una propiedad importante tanto como para los procesos de
laminado en frío como para la seguridad estructural, ya que facilita la redistribución inelástica de
esfuerzos en juntas y conexiones, donde pueden ocurrir concentraciones importantes de esfuerzos.
La ductilidad de un acero puede ser establecida por medio de pruebas de tensión, de flexión o
de muesca. La elongación permanente en longitudes calibradas de 2 plg y 8 plg. (51 mm y 203
mm) de un especímen de prueba a tensión se utiliza normalmente como una indicativo de
ductilidad. La Tabla 2.1, muestra que la elongación permanente del acero en longitudes calibradas
de 2 plg. varía de 12 a 27% y para una longitud calibrada de 8 plg. varía de 15 a 20%.
A partir de 1968, debido al desarrollo de nuevos aceros de alta resistencia, pero en algunos
casos de baja ductilidad, se inició un proyecto de investigación en la Universidad de Cornell con el
objetivo de establecer hasta que punto es necesario la ductilidad en una estructura. Se
desarrollaron en el proyecto requisitos de elongación de acero dúctiles. Se desarrollaron también

28
los conceptos de ductilidad local y uniforme. La ductilidad local se define como la elongación local
de la zona de eventual fractura. La ductilidad uniforme se define como la capacidad de un
especímen de prueba de tensión a desarrollar elongaciones considerables en toda su longitud
antes de desarrollar el “cuello” de fractura. En el proyecto también se encontró que en los
diferentes aceros dúctiles investigados, la elongación en la longitud calibrada de 2 plg., no podía
correlacionarse satisfactoriamente con la ductilidad local o uniforme.
Para efectos de garantizar la habilidad de redistribución de esfuerzos requerida para evitar
fallas frágiles prematuras y para poder lograr alcanzar la resistencia última en áreas netas de
elementos a tensión con concentraciones de esfuerzos, se sugiere que (1) la mínima elongación
local en una longitud calibrada de 0.5 plg. (12.7 mm) de un especímen a tensión estándar,
incluyendo el cuello de fractura, sea cuando menos del 20%; (2) la mínima elongación uniforme en
una longitud calibrada de 3 plg. (76.2 mm) menos la elongación en una longitud calibrada de 1 plg.
(25.4 mm) que contenga el cuello y fractura sea cuando menos del 3%; y (3) que la relación de
resistencia última a resistencia de fluencia, Fu/Fy, sea cuando menos de 1.05. En este método, la
elongación local y uniforme se establecen de acuerdo al siguiente procedimiento:
1. Los especímenes de prueba a tensión se preparan de acuerdo a lo estipulado en la ASTM
A370 “Métodos y Definiciones para Pruebas Mecánicas de Productos de Acero”, excepto que
la longitud de la sección central reducida de 0.5 plg. (12.7 mm) del especímen debe ser cuando
menos de 3.5 plg. (89 mm). Líneas de calibración deben ser indicadas a cada 0.5 plg. a través
de toda la longitud del especímen.
2. Al terminar la prueba a tensión, dos elongaciones son medidas:
a. La elongación lineal en una longitud calibrada de 3 plg., e3, medida en pulgadas,
incluyendo la porción fracturada, y que ésta halla ocurrido de preferencia en el tercio medio
de la longitud calibrada.
b. La elongación lineal en una longitud calibrada de 1 plg., e1, medida en pulgadas,
incluyendo la porción fracturada.
3. La elongación local ∈l y la elongación uniforme ∈u se calculan de la siguiente manera:
)%5(50 311 ee −=ε
)%(50 13 eeu −=ε
Las especificaciones del AISI consideran que los aceros reconocidos (ver Art. 2.2 o la Sección
A3.1 del AISI 1996) tienen ductilidad adecuada por lo que no se requiere aplicar las pruebas antes
descritas para usarse en diseño. Los requisitos de ductilidad del AISI para los aceros no
reconocidos se encuentran en la Sección A3.3. Estos requisitos incluidos en A3.3.1 y A3.3.2 del
AISI 1996 se presentan a continuación:
A3.3.1. La relación Fu/Fy no debe ser menor que 1.08 y la elongación total de un especímen
estándar probado según ASTM A370 no debe ser menor de 10% en una longitud calibrada de 2
plg. (51 mm) o 7% en una longitud calibrada de 8 plg. (203 mm). Si estos requisitos no pueden ser
cumplidos, se debe satisfacer los siguientes criterios: a) la elongación local en una longitud
calibrada de 0.5 plg. (12.7 mm) a través de la fractura no deberá ser menor que 20%, b) la
elongación uniforme por fuera de la fractura no deberá ser menor que 3%. Cuando la ductilidad del
material es determinada en función de criterios de elongación local y uniforme, el uso de dicho
material será restringido al diseño de polinería de cubierta y muros. Para polines sujetos a carga
axial y momentos flexionantes, ΩcP/Pn no deberá exceder 0.15 para el Método ASD y Pu/(φcPn) no
deberá exceder 0.15 para el Método LRFD (ver el Capítulo 3 para mas información sobre los
Métodos ASD y LRFD).
A3.3.2. Los aceros que cumplan con ASTM A653 SS Grado 80 y A611 Grado E, A792 Grado 80,
A875 Grado 80 u otros acero que no cumplan con lo estipulado en la Sección A3.3.1, podrán

29
usarse para perfiles con almas múltiples, como los perfiles de cubierta, muros y decks de piso,
siempre y cuando a) el esfuerzo de fluencia Fy usando para calcular la resistencia nominal de
elementos o arreglos estructurales se tome al 75% del valor mínimo de Fy especificado para el
material o 60 ksi (4216 kg/cm
2
), el que sea menor y b) la resistencia a tensión Fu, usada para
calcular las resistencias nominales de conexiones, se tome al 75% del valor mínimo de Fu
especificado para el material o 62 ksi (4357 kg/cm
2
), el que sea menor. De manera alternativa, la
viabilidad de dichos aceros para la fabricación de cualquier perfil podrá ser demostrada a través de
las pruebas de carga estipuladas en la Sección F1 del AISI 1996. Las resistencias de diseño
obtenidas de dichas pruebas no podrán exceder a las resistencias calculadas mediante las
ecuaciones de diseño de elementos y arreglos estructurales del AISI 1996, usando el esfuerzo de
fluencia mínimo especificado, Fsy, por Fy y el esfuerzo de tensión mínimo especificado, Fu.
La Sección A3.3.2 fue modificada en el Suplemento 1999 para incorporar los dos nuevos tipos
de acero reconocidos. Además, dicho Suplemento incorpora la siguiente cláusula de excepción en
la Sección A3.3.2:
Para perfiles con almas múltiples, se permitirá usar un esfuerzo de fluencia reducido, RbFy, para
determinar la resistencia a flexión en la Sección C3.1.1(a) (ver Art. 5.2.2.1), donde el factor de
reducción Rb se determina de la siguiente manera:
(a) Patines de Compresión Atiesados y Parcialmente Atiesados.
Para w/t ≤ 0.067E/Fy 0.1=bR
Para 0.067E/Fy < w/t < 0.974E/Fy [ ] 40.0
067.0)/(26.01 −−= tEwFR yb (2.1)
Para 0.974E/Fy ≤ w/t ≤ 500 75.0=bR
(b) Patines de Compresión No Atiesados
Para w/t ≤ 0.0173E/Fy 0.1=bR
Para 0.0173E/Fy < w/t < 60 )/(6.0079.1 tEwFR yb −= (2.2)
Donde E = módulo de elasticidad
Fy = esfuerzo de fluencia definido según la Sección A7 ≤ 80 ksi (5622 kg/cm
2
)
t = espesor de la sección
w = ancho plano del patín de compresión.
La cláusula de excepción no es aplicable a perfiles a ser usados como deck en pisos
compuestos, cuando dicho deck es usado como el refuerzo primario a tensión del piso. Esta
limitación es para prevenir la posibilidad de falla frágil del piso compuesto debida a la falta de
ductilidad del acero.
Las Ecs. (2.1) y (2.2) fueron desarrolladas a partir de los resultados de investigaciones
realizadas en la Universidad de Missouri Rolla en 1996 y 1988, respectivamente. Estas ecuaciones
permiten el uso de resistencias nominales a flexión mayores comparadas con las ediciones previas
de las especificaciones del AISI. Cuando el perfil con múltiples almas está compuesto por patines
de compresión atiesados y no atiesados, el valor menor de Rb deberá ser usado para determinar el
esfuerzo de fluencia reducido de todo el perfil. Se podrán usar valores diferentes del esfuerzo de
fluencia reducido para las regiones del perfil sujetas a momento positivo y negativo.
Los requisitos de la Sección A3.3.2 son una relajación de los requisitos de ductilidad del AISI
para aceros usados en elementos secundarios (paneles, cubiertas, decks, etc.), ya que la demanda

30
de ductilidad en estos elementos es poca y no compromete la integridad de la estructura. Los
elementos primarios como vigas, columnas y polines quedan excluidos de la Sección A3.3.2.
Por otro lado, una investigación realizada en la Universidad de Missouri Rolla en 1997
demuestra que el esfuerzo de fluencia Fy puede ser usado para calcular la resistencia al
aplastamiento del alma de decks. Sin embargo, el AISI 1996 adopta un criterio conservador en la
Sección C3.4.1 (ver Art. 5.3.6), ya que el menor de 0.75Fy y 60 ksi (4216 kg/cm
2
) es usado para
determinar tanto la resistencia al aplastamiento del alma como la resistencia a cortante para acero
de baja ductilidad.
Otra investigación realizada en la Universidad de Missouri Rolla en 1997 confirmó que para el
diseño de conexiones usando acero A653 SS Grado 80, el esfuerzo Fu usado en diseño deberá ser
tomado como el menor valor de 75% de la resistencia a tensión mínima especificada o 62 ksi (4357
kg/cm
2
). Debe mencionarse que las especificaciones vigentes del AISI se limitan al diseño de
miembros y conexiones sujetas a carga estática, sin considerar la resistencia a la fatiga del acero.
2.3.4 Facilidad para Soldarse
Los aceros fácilmente soldables son aquellos que pueden formar sin dificultad uniones soldadas
libres de grietas e íntegras en condiciones de taller o campo. La facilidad para soldarse de un acero
depende en esencia de la composición química del mismo y varía con el tipo de acero y el proceso
de soldado usado.
Los procesos de soldado estructural comúnmente usados para unir perfiles laminados en frío
son el SMAW (soldadura de arco con electrodos recubiertos), el SAW (soldadura de arco con
electrodos sumergidos), el GMAW (soldadura de arco de gas metálico) y el FCAW (soldadura de
arco con flujo recubierto). Las especificaciones de los procesos de soldadura antes mencionados
se incluyen el AWS (Sociedad Americana de Soldadura). Las especificaciones para el diseño de
conexiones soldadas para perfiles laminados en frío están incluidas en la Sección E2 del AISI 1996
(ver Capítulo 9).
2.3.5 Resistencia a la Fatiga y Tenacidad
La resistencia a la fatiga se define como la capacidad de un material para soportar una gran
cantidad de ciclos de carga antes de fallar. Cargas cíclicas pueden ser inducidas por vibraciones
de maquinaria, cargas repetitivas producidas por tráfico vehicular, etc. La resistencia a la fatiga
puede medirse en curvas S-N (donde S es el valor del esfuerzo y N el número de ciclos de carga)
obtenidas a partir de pruebas. En general, la relación de resistencia a la fatiga con respecto a la
resistencia a la tensión en aceros varía entre 0.35 a 0.60. Estos valores son aplicables a elementos
simples individuales, ya que en arreglos estructurales se ha observado que la resistencia a la fatiga
de los elementos es gobernada por los detalles o las conexiones.
La resistencia a la fatiga es una consideración de importancia en elementos laminados en frío
usados en carrocerías, fuselajes de aviones, etc., donde las solicitaciones dinámicas pueden ser
de naturaleza cíclica. Sin embargo, para usos típicos en edificaciones, las solicitaciones dinámicas
tales como sismos, vientos e impacto son de muy corta duración, por lo que las consideraciones de
fatiga en este tipo de estructuras no son de importancia, salvo en casos excepcionales como
puentes y bases para maquinaria. Por esta razón, AISI 1996 no contempla especificaciones para el
diseño por fatiga de elementos.
La tenacidad es la medida en la que un material puede absorber energía sin fracturarse. Se
expresa normalmente en función de la energía que absorben especímenes con muescas en
pruebas de impacto sobre las muescas. La cantidad de absorción de energía se correlaciona con la
cantidad de deformación en las muescas generada por los impactos. Además, la tenacidad de un
elemento liso bajo cargas estáticas puede ser medida como el área bajo la curva esfuerzo-
deformación. En general, no existe correlación entre las dos medidas de tenacidad.

31
2.3.6 La Facilidad de Formado y Durabilidad
La facilidad de formado de un material se refiere a su capacidad para moldearse en una gran
variedad de configuraciones geométricas sin sufrir desgarres o fallas. En el caso de los perfiles
laminados en frío el acero requiere de facilidad de formado, de lo contrario las hojas de acero no
podrían doblarse sin sufrir daños o desgarres. Como se verá en la siguiente sección, los procesos
de formado en frío alteran las propiedades mecánicas del acero, pero no causan daños que
comprometan la funcionalidad estructural de los perfiles terminados.
La durabilidad del acero se refiere a su capacidad para resistir condiciones ambientales
adversas en períodos de tiempo considerables sin menos cabo de sus funciones estructurales.
Quizás el efecto ambiental o químico que más frecuentemente puede afectar a la funcionalidad del
acero es la corrosión. Sin embargo, la aplicación de capas de galvanizado o de pintura
anticorrosiva ha reducido significativamente el problema y ha minimizado la necesidad de
procedimientos de mantenimiento.
2.4 LOS EFECTOS DE LA TEMPERATURA EN LAS PROPIEDADES MECANICAS DEL ACERO
Las propiedades mecánicas del acero son establecidas normalmente a temperatura ambiente. La
Fig. 2.3 muestra la degradación de los valores de Fy, Fu y E al aumentar la temperatura. Como se
puede observar en la Fig. 2.3 la reducción de estos valores es considerable hasta después de los
500
o
F (260
o
C), temperaturas que no se presentan por efectos climáticos, pero que si pueden
presentarse en algunos procesos de manufactura o en incendios.
Por otro lado, a temperaturas bajo cero
o
F (temperaturas menores a –18 °C), los valores de Fy,
Fu y E son mayores que a temperatura ambiente, pero el acero se vuelve frágil al reducirse su
ductilidad y tenacidad. Por consiguiente, se deben tomar precauciones especiales al diseñar
estructuras para ambientes de frío extremo, sobre todo cuando éstas estén sujetas a efectos
dinámicos de consideración.
Además, el acero responde a los efectos de gradientes de temperatura mediante cambios
volumétricos de dilatación o contracción. Si las estructuras no se diseñan para disipar estos
cambios, se inducirán esfuerzos térmicos que deberán ser considerados en las cargas de diseño.
Fig. 2.3 Efecto de la temperatura sobre las propiedades mecánicas del acero con bajo contenido de
carbono
(1)
. (a) Placas de acero A36; (b) Láminas de acero.

32
2.5 LOS EFECTOS DEL LAMINADO EN FRIO EN LAS PROPIEDADES MECANICAS DEL
ACERO.
Las propiedades mecánicas de los perfiles laminados en frío son a menudo diferentes a las de las
láminas, cintas, placas o barras de aceros de las cuales fueron formados. Esto se debe a que el
proceso de laminado en frío incrementa los valores de Fy y Fu y al mismo tiempo reduce la
ductilidad. El incremento porcentual en el valor de Fu es mucho menor que el incremento del valor
de Fy, por lo que la relación Fu/Fy se reduce. Además, debido a que las esquinas de los perfiles
requieren un mayor trabajo de laminado que las parte planas, las propiedades mecánicas son
diferentes en varias partes del perfil. La Fig. 2.4 ilustra la variación de las propiedades mecánicas
en puntos específicos de un perfil canal y de la sección de la cuerda de un joist (viga tipo armadura
con cuerdas paralelas) con respecto a las propiedades del material virgen (material antes de ser
sujeto al proceso de laminado), de acuerdo a diversas pruebas realizadas. Como se puede
observar en la Fig. 2.4, los valores máximos de Fy ocurren en las esquinas y los valores mínimos
en las partes planas. Este hecho explica porque el pandeo y/o la fluencia de los perfiles ocurre
primero en las partes planas y porque las cargas adicionales posteriores al pandeo o fluencia son
transferidas a las esquinas. Es pertinente enfatizar que la transferencia de cargas a las esquinas
que ocurre después del pandeo genera la distribución no uniforme de esfuerzos a compresión que
obliga a considerar a los elementos correspondientes como parcialmente efectivos sujetos a
esfuerzos uniformes para efectos de simplificar su diseño. Esta condición es la razón por la cual se
desarrolló el concepto de ancho efectivo (ver Art. 4.3.1.1).
Los resultados de diversas investigaciones sobre la influencia del laminado en frío en las
propiedades mecánicas del acero, indican que los cambios en las propiedades son causados
principalmente por el endurecimiento y envejecimiento por deformación del acero durante el
proceso de laminado, como lo ilustra la Fig. 2.5. La curva A representa la curva esfuerzo-
deformación del material virgen, la curva B representa el proceso de descarga en el rango de
endurecimiento por deformación, la curva C representa el proceso de recarga y la curva D
representa la curva esfuerzo-deformación de la etapa de recarga después del envejecimiento por
deformación. Se puede observar claramente que los valores de Fy de las curvas C y D son
mayores que el valor de Fy de la curva A y que la ductilidad se reduce después de ocurrir el
endurecimiento y envejecimiento por deformación. Otro factor que contribuye al cambio de las
propiedades mecánicas durante el proceso de laminado es el efecto Bauschinger directo e inverso.
El efecto Bauschinger directo describe el hecho de que el valor de Fy en compresión longitudinal de
un especímen previamente elongado es menor que el valor de Fy a tensión longitudinal, como lo
ilustra la Fig. 2.6(a). El efecto Bauschinger inverso produce la condición contraria en la dirección
transversal, como lo ilustra la Fig. 2.6(b).
El efecto del laminado en frío sobre las propiedades mecánicas de las esquinas depende
normalmente de (1) el tipo de acero, (2) el tipo de esfuerzo (compresión o tensión), (3) la dirección
del esfuerzo con respecto a la dirección de laminado en frío (longitudinal o transversal), (4) la
relación Fu/Fy, (5) la relación del radio interior al espesor (R/t) y (6) la cantidad de trabajo de
laminado en frío. De todos éstos factores los más importantes son las relaciones Fu/Fy y R/t.
Materiales vírgenes con relaciones Fu/Fy grandes tienen un mayor potencial para el endurecimiento
por deformación. Por consiguiente, al incrementar la relación Fu/Fy, se incrementa el efecto del
laminado en frío sobre el incremento en Fy. Valores pequeños de la relación R/t corresponden a un
mayor trabajo de laminado en frío en las esquinas. Por consiguiente, mientras más pequeña sea la
relación R/t para un material dado, mayor será el incremento en Fy.

33
Fig. 2.4 Efecto del laminado en frío sobre las propiedades mecánicas de perfiles laminados en frío
(1)
. (a)
Sección Canal; (b) Cuerda de un Joist.

34
Fig. 2.5 Efecto del endurecimiento y envejecimiento por deformación en el comportamiento esfuerzo
deformación del acero
(4)
.
Fig. 2.6 (a) Efecto Bauschinger; (b) Efecto Bauschinger
inverso
(1)
La siguiente ecuación puede usarse para expresar la correlación entre la relación R/t y la
relación de esfuerzos de fluencia en las esquinas y en el material virgen:
( )m
c
y
yc
tR
B
F
F
= (2.3)
Donde: 79.1819.069.3
2
−








−=
F
F
F
F
B u
y
u
c (2.4)
068.0192.0 −=
y
u
F
F
m (2.5)
Fyc = esfuerzo de fluencia en la esquina
Fy = esfuerzo de fluencia del material virgen
Fu = esfuerzo último del material virgen
R = radio interior en la esquina
t = espesor de la lámina
La Ec. (2.3) es aplicable solo si Fu/Fy ≥ 1.2, R/t ≤ 7 y θ ≤ 120
º
. Donde θ es el ángulo interno de la
esquina.

35
La Fig. 2.7 muestra la correlación entre Fyc/Fy y R/t para varios valores de Fu/Fy. El valor de Fy
debido a tensión, con respecto a las propiedades de la sección completa, puede ser aproximado
considerando un promedio ponderado mediante la siguiente ecuación:
yfycya FCCFF )1( −+= (2.6)
Donde: Fya = resistencia a la tensión de la sección completa
Fyc = resistencia a la tensión promedio en la esquina = BcFy / (R/t)
m
Fyf = resistencia a la tensión promedio de las partes planas
C = relación del área de las esquinas con respecto al área total de la sección
Fig. 2.7 Relación entre Fyc/Fy y R/t basada en varios valores de
Fu/Fy
(1)
La Sección A7 del AISI 1996 permite la substitución de Fy por Fya [Ec. (2.6)] en el diseño de
elementos a tensión, elementos a flexión (excepto cuando se desee usar la capacidad inelástica de
reserva), elementos sujetos a compresión axial, elementos sujetos a combinación de carga axial y
flexión, elementos cilíndricos tubulares y puntales de muros. También permite la obtención de Fya
mediante métodos alternativos como pruebas de tensión en la sección completa o pruebas de
columnas cortas. El AISI 1996 limita el uso de Fya de la siguiente manera:
(a) Fya puede ser determinado por la Ec. (2.6) o cualquiera de los métodos alternativos para
elementos sujetos a compresión axial o elementos sujetos a flexión, cuyas dimensiones de la
sección sean tales que el factor ρ , determinado conforme a lo estipulado en la Sección B2 del
AISI 1996 (ver Art. 4.3.1.1), sea igual a la unidad para cada elemento constitutivo de la
sección.
(b) Para elementos sujetos a tensión axial, Fya puede ser determinado por la Ec. (2.6) o por el
método alternativo de la prueba de tensión en la sección completa.
(c) El efecto de cualquier soldadura en las propiedades mecánicas del elemento deberá ser
determinado mediante pruebas sobre especímenes de sección completa conteniendo dentro
de la longitud calibrada la soldadura que se planea usar en el diseño. Cualquier consideración
de dicho efecto deberá hacerse en el uso estructural del elemento.
Se acostumbra a denominar a los elementos que cumplen con la condición de ρ = 1 como
“totalmente efectivos” o “compactos”. Aunque es importante mencionar que el término “compacto”
para perfiles laminados en frío significa solamente que la dimensión total del elemento es efectiva
para el cálculo de la resistencia. Contrario a la definición de “compacto” usada en las
especificaciones del AISC para perfiles laminados en caliente. En este caso el término se usa para
definir aquellos perfiles cuyas propiedades geométricas permiten alcanzar la plastificación
completa bajo carga de la sección antes de que ocurran problemas de inestabilidad en los
componentes sujetos a esfuerzos de compresión. Los criterios del AISC para definir una sección
compacta son mucho más rigurosos que los de la AISI.

36
Los siguientes ejemplos ilustran el uso de las especificaciones del AISI 1996 para el cálculo de
Fya:
Ejemplo 2.1: Determine si Fya puede ser usada para el patín del perfil canal mostrado en la Fig. 2.8
y determine su valor mediante la Ec.(2.6). Considere acero A446 Grado C (Fy = 2811 kg/cm
2
y Fu =
3865 kg/cm
2
).
Fig 2.8 Ejemplo 2.1(cotas en mm)
(1)
.
1. Revisión de los Requisitos del AISI:
A. El uso de la Ec. (2.6) para calcular el esfuerzo de fluencia a tensión promedio para el patín
de la viga, la sección canal deberá tener un patín de compresión compacto, o sea ρ = 1.0.
Asumiendo que el perfil cumple con los requisitos establecidos en los Arts. 4.3.1 a 4.3.3
para que ρ = 1, entonces la Ec. (2.6) puede ser usada para calcular Fya.
B. Cuando se usa la Ec. (2.3) para determinar el esfuerzo de fluencia a tensión de las
esquinas, Fyc, los siguientes tres requisitos deben cumplirse:
Fu/Fy ≥ 1.2, R/t ≤ 7, θ ≤ 120°
En este caso, Fu/Fy = 3865/2811 = 1.37 > 1.2, OK
R/t = 4.763/3.429 = 1.389 < 7, OK
θ = 90° < 120°, OK
Por lo tanto, la Ec. (2.3) puede ser usada para calcular Fyc.
2. Cálculo de Fyc, de acuerdo con las Ecs. (2.3) a (2.5):
Ec. (2.4): Bc = 3.69(1.37) – 0.819(1.37)
2
– 1.79 = 1.735
Ec. (2.5): m = 0.192(1.37) – 0.068 = 0.196
Por lo tanto, Ec. (2.3): Fyc = [1.735/(1.389)
0.196
]2811 = 4572.89 kg/cm
2
3. Cálculo de Fya de acuerdo con la Ec. (2.6):
Area de las esquinas del patín, Ae (ver Caso I, Art. A.2.2, Apéndice A):
Ae = 1.57rt = 1.57(R + t/2)t = 1.57(4.763 + 3.429/2)3.429 = 34.872 mm
2
.
Por lo tanto para dos esquinas, ΣAe = 2(34.872) = 69.744 mm
2
.

37
Area de la sección del patín, Ac, incluyendo las esquinas:
Ac = ΣAe + wt = 69.744 + 59.817(3.429) = 274.856 mm
2
.
Por lo tanto, el parámetro C de la Ec. (2.6) será: C = ΣAe/Ac = 69.744/274.856 = 0.254
Por lo tanto, Ec. (2.6): Fya = 0.254(4572.89) + (1 – 0.254)2811 = 3258.52 kg/cm
2
Este valor de Fya puede ser usado para los patines de tensión y compresión y representa un
incremento de 16% sobre el valor del esfuerzo de fluencia del acero virgen (Fy = 2811 kg/cm
2
).
Ejemplo 2.2: Determine si Fya puede ser usada para el perfil sujeto a compresión axial mostrado
en la figura 2.9 y determine su valor mediante la Ec. (2.6). Considere acero A570 Grado C (Fy =
2319 kg/cm
2
y Fu = 3654 kg/cm
2
).
Fig 2.9 Ejemplo 2.2 (cotas en mm)
(1)
.
1. Revisión de los Requisitos del AISI:
A. Asumiendo que el perfil cumple con los requisitos establecidos en los Arts. 4.3.1 a 4.3.3
para que ρ = 1, entonces la Ec. (2.6) puede ser usada para calcular Fya.
B. En este caso, Fu/Fy = 3654/2319 = 1.576 > 1.2, OK
R/t = 4.763/3.429 = 1.389 < 7, OK
θ = 90° < 120°, OK
Por lo tanto, la Ec. (2.3) puede ser usada para calcular Fyc.
2. Cálculo de Fyc, de acuerdo con las Ecs. (2.3) a (2.5):
Ec. (2.4): Bc = 3.69(1.576) – 0.819(1.576)
2
– 1.79 = 1.991
Ec. (2.5): m = 0.192(1.576) – 0.068 = 0.235
Por lo tanto, Ec. (2.3): Fyc = [1.991/(1.389)
0.235
]2319 = 4274.02 kg/cm
2

38
3. Cálculo de Fya de acuerdo con la Ec. (2.6):
Como el perfil esta sujeto a compresión axial, los cuatro patines estarán sujetos a compresión.
Area de las esquinas del patín, Ae (ver Caso I, Art. A.2.2, Apéndice A):
Ae = 1.57rt = 1.57(R + t/2)t = 1.57(4.763 + 3.429/2)3.429 = 34.872 mm
2
.
Por lo tanto para ocho esquinas, ΣAe = 8(34.872) = 278.976 mm
2
.
Area de la sección total, Ac, incluyendo las esquinas y labios atiesadores:
Ac = ΣAe + wt = 278.976 + 4(3.429)[34.417 + 9.589] +2(3.429)[110.617] = 1641.174 mm
2
.
Por lo tanto, el parámetro C de la Ec. (2.6) será: C = ΣAe/Ac = 278.976/1641.174 = 0.170
Por lo tanto, Ec. (2.6): Fya = 0.170(4274.02) + (1 – 0.170)2319 = 2651.35 kg/cm
2
Este valor de Fya puede ser usado para los patines de tensión y compresión y representa un
incremento de 14% sobre el valor del esfuerzo de fluencia del acero virgen (Fy = 2319 kg/cm
2
).
2.6 ESFUERZOS RESIDUALES DEBIDOS AL PROCESO DE LAMINADO EN FRIO
Los esfuerzos residuales se presentan en los perfiles como resultado del proceso de manufactura.
En el caso de los perfiles laminados en caliente, los esfuerzos residuales se presentan debido un
proceso de enfriamiento desigual que inicia después de salir de los molinos de laminado o después
de ser soldados. En este caso, las partes de menor espesor de los perfiles como las puntas de los
patines y el centro del alma alcanzan a enfriarse primero que las uniones de patín y alma que son
las partes de mayor espesor.
Galambos desarrolló patrones de distribución de esfuerzos residuales, los cuales aplicó a la
derivación de una ecuación general para la curva esfuerzo-deformación para perfiles laminados en
caliente con patín ancho. Galambos demostró que la presencia de los esfuerzos residuales es
necesaria para explicar porque algunos perfiles alcanzaban la fluencia a magnitudes de esfuerzo
menores a los esperados. La Fig. 2.10 muestra como los esfuerzos residuales reducen el valor del
límite de proporcionalidad, induciendo a un comportamiento inelástico del material antes de lo que
se esperaría si se despreciaran los esfuerzos residuales. También se puede observar que la
presencia de los esfuerzos residuales no afecta el valor de Fu.
En años recientes se ha estudiado la distribución de los esfuerzos residuales en los perfiles
laminados en frío. La Fig. 2.11 muestra distribuciones típicas de esfuerzos residuales en la cara
interna y externa de un perfil canal laminado en frío. La Fig. 2.12 muestra la distribución promedio
de esfuerzos residuales para el mismo perfil. Aunque los esfuerzos residuales en perfiles
laminados en frío se deben precisamente al proceso de laminado, se espera que los efectos de
éstos esfuerzos sobre el comportamiento estructural de los perfiles sean similares al de los perfiles
laminados en caliente. Esto es, se espera una reducción en el límite de proporcionalidad también
en los perfiles laminados en frío debido a la presencia de los esfuerzos residuales. De hecho, las
especificaciones del AISI referentes al pandeo de elementos han sido desarrolladas considerando
un límite de proporcionalidad mucho menor que el valor de Fy del acero virgen, tomando así
consideración de manera implícita de la presencia de esfuerzos residuales en el acero laminado en
frío.

39
Fig. 2.10 Efectos de los esfuerzos residuales en la relación esfuerzo-deformación de perfiles W laminados en
caliente
(1)
.
Fig. 2.11 Distribución de esfuerzos residuales longitudinales en (a) la superficie externa y (b) la superficie
interna de un perfil C laminado en frío
(1)
.

40
Fig. 2.11 (Continuación)
Fig. 2.12 Distribución promedio de esfuerzos residuales longitudinales en un perfil C laminado en frío
(1)

120288042 acero-a500

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a 120288042 acero-a500

Similar a 120288042 acero-a500 (20)

Último

Último (20)

120288042 acero-a500