Cálculo de vigas H de acero: fórmulas, diseño y calculadora

Las vigas H, vigas I y perfiles W se utilizan en edificios, naves industriales, entrepisos, plataformas, pasarelas, soportes de equipos y puentes. Su forma concentra gran parte del acero en las alas, donde resulta más eficiente para resistir flexión, mientras el alma transmite principalmente el cortante.

Actualizado: 24 de junio de 2026.

Contenido de esta guía

• Qué es una viga H y cómo trabaja
• Normas, manuales y alcance
• Datos necesarios para calcular
• Propiedades geométricas y fórmulas
• Cargas y combinaciones
• Momento, cortante y reacciones
• Compacidad del ala y del alma
• Resistencia a flexión y pandeo lateral
• Resistencia a cortante
• Flecha, vibración y servicio
• Cargas concentradas y rigidizadores
• Vigas compuestas con losa
• Vigas H en puentes
• Conexiones, soldadura y fabricación
• Corrosión, fuego y mantenimiento
• Ejemplo de puente de 30 m
• Errores frecuentes
• Lista de revisión
• Preguntas frecuentes
• Fuentes y referencias

Qué es una viga H y cómo trabaja

Una sección H o I está formada por dos alas y un alma. En flexión positiva, una de las alas trabaja principalmente a compresión y la otra a tensión. El alma mantiene separadas las alas y resiste gran parte del cortante. Aumentar el peralte suele mejorar mucho la rigidez y la resistencia a flexión porque el momento de inercia crece al alejar material del eje neutro.

El nombre comercial no describe por sí solo el comportamiento. Un perfil W laminado, una viga I europea y una viga H armada con placas pueden tener dimensiones parecidas, pero distintas propiedades, radios interiores, tensiones residuales, tolerancias, acero y reglas normativas.

Normas y manuales que deben separarse correctamente

No existe una norma única para “toda viga H”. La norma de resistencia del miembro, la norma de cargas, la norma de soldadura, la especificación de pernos y los requisitos de puentes cumplen funciones diferentes.

Datos necesarios antes de calcular una viga

• Geometría real del sistema: luz, apoyos, continuidad, voladizos y separación entre vigas.
• Camino de cargas desde losa, cubierta, muros, equipos, vehículos o grúas.
• Cargas permanentes, variables, ambientales, accidentales y de construcción.
• Combinaciones y estados límite exigidos por la norma adoptada.
• Perfil y propiedades exactas: A, I_x, I_y, S_x, Z_x, J, C_w, r_y y r_ts.
• F_y, F_u, E, tenacidad y especificación del material.
• Longitud sin arriostrar L_b y calidad real del arriostramiento.
• Condición compuesta o no compuesta con la losa.
• Tipo y posición de cargas concentradas, aberturas, empalmes y conexiones.
• Límites de flecha, vibración, fatiga, fuego, corrosión y durabilidad.

La luz estructural no siempre coincide con la distancia libre entre caras. Debe establecerse según la idealización de los apoyos y los ejes usados en el análisis. Tampoco debe suponerse que una losa arriostra el ala comprimida si la conexión y la etapa constructiva no lo garantizan.

Propiedades geométricas de una sección H armada

Para una sección doblemente simétrica fabricada con tres placas rectangulares, sin descontar soldaduras ni considerar filetes, puede utilizarse h = d – 2t_f.

A = 2b_ft_f + ht_w

I_x = 2[b_ft_f³/12 + b_ft_f(d/2 – t_f/2)²] + t_wh³/12

I_y = 2(t_fb_f³/12) + ht_w³/12

S_x = I_x/(d/2)

Z_x = b_ft_f(d – t_f) + t_wh²/4

J ≈ [2b_ft_f³ + ht_w³]/3

Para alas rectangulares y sección doblemente simétrica, AISC permite relacionar aproximadamente C_w, I_y y la distancia h_o entre centroides de alas:

h_o = d – t_f     C_w = I_yh_o²/4

r_y = √(I_y/A)     r_ts = √[√(I_yC_w)/S_x]

El peso propio por metro se obtiene con la densidad del acero:

m = ρA     w_pp = mg

Al usar A en mm² y ρ = 7,850 kg/m³, la masa lineal es aproximadamente m = 0.00785A kg/m. En perfiles laminados deben utilizarse las propiedades oficiales del fabricante o de la base AISC; las fórmulas rectangulares omiten los filetes y pueden alterar I, J, C_w y la resistencia calculada.

Cargas y combinaciones

Las cargas se convierten primero en cargas lineales que recibe cada viga. En un piso de distribución regular, una aproximación inicial es multiplicar la carga superficial por el ancho tributario. Deben agregarse peso propio, acabados, tabiques, instalaciones, fachadas, equipos y cualquier carga puntual real.

w_viga = q × ancho tributario

Para edificios, ASCE 7 contiene combinaciones con carga muerta D, viva L, cubierta L_r, lluvia R, nieve S, viento W, sismo E y otros efectos. La calculadora solo incluye dos combinaciones gravitacionales LRFD frecuentes, 1.4D y 1.2D + 1.6L, además de D + L como revisión ASD preliminar. No son suficientes cuando existen otros tipos de carga.

En puentes, las cargas y combinaciones se obtienen con AASHTO LRFD. Deben considerarse, según corresponda, carga permanente, vehículo y carga de carril HL-93, incremento dinámico, frenado, viento, temperatura, sismo, agua, colisión, efectos de construcción y los factores de modificación, distribución y presencia múltiple aplicables.

Análisis de una viga simplemente apoyada

Para carga distribuida uniforme w en toda la luz L:

R_A = R_B = wL/2     V_máx = wL/2     M_máx = wL²/8

Para una carga puntual P colocada exactamente en el centro:

R_A = R_B = P/2     V_máx = P/2     M_máx = PL/4

Ambos efectos pueden sumarse si el comportamiento es lineal. Para cargas fuera del centro, varias cargas, vigas continuas, voladizos o apoyos elásticos se necesita el análisis correspondiente. En puentes, una envolvente de cargas móviles no se reemplaza colocando arbitrariamente una carga en el centro.

Clasificación del ala y del alma

Antes de utilizar el momento plástico debe comprobarse que los elementos comprimidos no pandearán localmente de forma prematura. Para una sección I doblemente simétrica sometida a flexión mayor, las relaciones básicas de AISC 360-22 son:

• Si λ ≤ λ_p, el elemento es compacto.
• Si λ_p < λ ≤ λ_r, es no compacto.
• Si λ > λ_r, es esbelto.

Las ecuaciones siguientes para flexión AISC F2 se aplican directamente a secciones I doblemente simétricas compactas y canales dentro de su alcance. Las almas no compactas y esbeltas requieren AISC F4 o F5. El calculador se detiene en lugar de inventar una resistencia fuera de ese campo.

Resistencia a flexión y pandeo lateral torsional

La resistencia nominal por fluencia de una sección compacta es:

M_p = F_yZ_x

Sin suficiente arriostramiento, el ala comprimida puede desplazarse lateralmente mientras la sección gira. Este estado límite se denomina pandeo lateral torsional. La longitud L_b se compara con L_p y L_r.

L_p = 1.76r_y√(E/F_y)

L_r = 1.95r_ts[E/(0.7F_y)]√{J/(S_xh_o) + √[(J/(S_xh_o))² + 6.76(0.7F_y/E)²]}

F_cr = [C_bπ²E/(L_b/r_ts)²]√[1 + 0.078J(L_b/r_ts)²/(S_xh_o)]

El factor de gradiente de momentos puede calcularse, dentro de las condiciones de AISC F1, con:

C_b = 12.5M_máx / (2.5M_máx + 3M_A + 4M_B + 3M_C)

M_A, M_B y M_C son los valores absolutos del momento en el cuarto, centro y tres cuartos del segmento sin arriostrar. C_b = 1.00 suele ser una elección conservadora cuando no se ha evaluado el diagrama, pero no corrige un arriostramiento inexistente.

Para alas no compactas con alma compacta, AISC F3 interpola la resistencia por pandeo local. Para alas esbeltas utiliza una resistencia elástica reducida. Finalmente se toma el menor valor entre fluencia, pandeo lateral torsional y pandeo local.

LRFD: M_u ≤ φ_bM_n, φ_b = 0.90     ASD: M_a ≤ M_n/Ω_b, Ω_b = 1.67

Resistencia a cortante

En secciones I, AISC toma el área de alma para cortante mayor como A_w = dt_w. La resistencia nominal básica de AISC G2.1 es:

V_n = 0.6F_yA_wC_v1

Para perfiles laminados que satisfacen h/t_w ≤ 2.24√(E/F_y), C_v1 = 1.00, φ_v = 1.00 y Ω_v = 1.50. AISC advierte que existen perfiles W concretos que no satisfacen ese límite para F_y = 345 MPa, por lo que no debe suponerse automáticamente.

Para otras secciones I sin rigidizadores transversales, la calculadora usa k_v = 5.34:

Si h/t_w ≤ 1.10√(k_vE/F_y): C_v1 = 1.00

Si h/t_w > 1.10√(k_vE/F_y): C_v1 = 1.10√(k_vE/F_y)/(h/t_w)

Las almas con rigidizadores pueden desarrollar resistencia adicional mediante acción de campo de tensión si cumplen las condiciones geométricas y de detalle de AISC G2.2 o G2.3. Esa resistencia no está incluida en el programa porque exige evaluar cada panel, los rigidizadores y las áreas de ambas alas.

Flecha, vibración y estados de servicio

Una viga puede tener resistencia suficiente y, aun así, ser inaceptable por deformación, vibración, daños en tabiques, pendientes de drenaje o funcionamiento de equipos. Para una viga simplemente apoyada con E e I constantes:

δ_w = 5wL⁴/(384EI)     δ_P = PL³/(48EI)

Las flechas se suman por superposición. Los límites L/240, L/360 u otros no son universales; deben escogerse según la norma, el uso, los elementos no estructurales y los documentos del proyecto. La vibración de pisos requiere analizar frecuencia, masa, amortiguamiento y respuesta a la actividad humana o a maquinaria. Cumplir una relación de flecha no demuestra automáticamente un comportamiento vibratorio aceptable.

La contraflecha no aumenta la resistencia ni reduce la vibración. Solo compensa parte de la deformación prevista y debe detallarse con tolerancias realistas de fabricación y montaje.

Cargas concentradas, apoyos y rigidizadores

Una reacción grande o una carga puntual puede fallar localmente aunque el momento y el cortante globales cumplan. AISC J10 incluye estados límite como flexión local del ala, fluencia local del alma, aplastamiento o crippling del alma, pandeo lateral del alma y pandeo por compresión del alma.

Debe conocerse la longitud de apoyo, la placa de reparto, la distancia al extremo, si la carga actúa en una o ambas alas y si existe continuidad. Cuando el alma no basta, pueden utilizarse rigidizadores de apoyo o placas de refuerzo diseñadas con soldaduras capaces de transferir la fuerza. Colocar una placa sin calcular su camino de carga no resuelve el problema.

Vigas de acero compuestas con losa de concreto

Una losa conectada a la viga mediante conectores de cortante puede participar en la resistencia y rigidez. El diseño compuesto debe considerar ancho efectivo de losa, relación modular, apuntalamiento o construcción no apuntalada, resistencia de conectores, grado de acción compuesta, refuerzo transversal, deformación de largo plazo y resistencia en momento positivo o negativo.

Antes de que el concreto alcance su resistencia, la viga de acero puede soportar sola el peso de la losa fresca, formaleta, personal y equipos. Esa etapa suele gobernar estabilidad lateral, esfuerzos o flecha. La calculadora trabaja con la sección de acero sola y no suma automáticamente la rigidez de la losa.

Uso de vigas H e I en puentes

En puentes pequeños pueden utilizarse perfiles laminados de ala ancha; en luces mayores son frecuentes las vigas armadas de placa, cuya altura y espesor varían para colocar el acero donde se necesita. En ambos casos, el diseño no termina al comprobar M y V.

La décima edición de AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, publicada en 2024, incluye revisiones en cargas y en estructuras de acero. El Steel Bridge Design Handbook actualizado por NSBA se alinea con esa edición y organiza el diseño alrededor de materiales, cargas, análisis, estados límite, construcción, fatiga, arriostramiento, empalmes, apoyos, tableros y durabilidad.

Fatiga

En un puente, una tensión inferior a la fluencia puede producir grietas después de muchos ciclos si existe un detalle sensible. Debe identificarse la categoría de cada soldadura, unión, agujero, rigidizador y terminación; calcular el rango de esfuerzos por la carga de fatiga; y comprobar vida, umbral y requisitos de fractura según AASHTO. Los detalles soldados en zonas de tensión merecen especial cuidado.

Arriostramiento y montaje

Los diafragmas y marcos transversales no son separadores decorativos. Mantienen la geometría, estabilizan las vigas, distribuyen efectos laterales y participan durante el montaje. Una losa endurecida puede brindar restricción que no existe cuando se izan las vigas o se vacía el tablero. Por eso deben revisarse todas las etapas, incluido viento durante el montaje y secuencia de colado.

Conexiones, soldadura y fabricación

La unión debe corresponder al modelo. Una conexión simple de cortante permite rotación dentro de su comportamiento previsto; una conexión de momento debe transferir fuerzas de alas y alma con rigidez y ductilidad compatibles con el sistema. Las conexiones también deben revisar bloque de cortante, aplastamiento, desgarro, sección neta, fluencia, ruptura, soldadura, pernos, placas y elemento soportante.

Las juntas con pernos de alta resistencia pueden ser de apriete ajustado, pretensionadas o de deslizamiento crítico según las condiciones y la norma. En fatiga, inversión de carga, vibración, agujeros sobredimensionados o superficies de contacto especiales, una junta de deslizamiento crítico puede ser necesaria. La especificación RCSC vigente debe leerse junto con AISC.

Para edificios y estructuras generales se consulta AWS D1.1 dentro de su alcance. Para puentes AASHTO o AREMA, la referencia específica es AASHTO/AWS D1.5. Deben definirse procedimientos WPS, calificación, consumibles, precalentamiento, secuencia de soldadura, inspección y ensayos. El tamaño de un cordón no se decide únicamente por “que se vea fuerte”.

Vigas armadas soldadas

• Verificar disponibilidad real de placas, tolerancias y dirección de laminación.
• Diseñar la unión ala-alma para el flujo de cortante y los requisitos mínimos de fabricación.
• Controlar distorsión por calor y secuencia de soldadura.
• Detallar transiciones suaves de espesor y ancho.
• Evitar terminaciones soldadas innecesarias en regiones críticas de fatiga.
• Coordinar empalmes de taller y campo con transporte y montaje.

Corrosión, protección contra incendio y mantenimiento

La pérdida de espesor afecta directamente área, inercia, módulo y resistencia a pandeo. El sistema de protección debe seleccionarse según exposición, preparación de superficie, compatibilidad de capas, acceso y vida útil. En puentes, deben evitarse detalles que acumulen agua y residuos, y dejar acceso para inspección y repintado.

El acero pierde resistencia y rigidez al aumentar su temperatura. La resistencia a incendio no se demuestra con el cálculo a temperatura ambiente. El proyecto puede requerir recubrimiento proyectado, pintura intumescente, encamisado u otra protección ensayada, además del análisis exigido por el código de edificación.

El acero patinable no significa “cero mantenimiento”. Su desempeño depende del ambiente, ciclos de humedecimiento y secado, sales, detalles de drenaje y zonas de escurrimiento. En puentes debe seguirse la especificación de material y la guía de la autoridad propietaria.

Ejemplo de diseño de un puente de acero de 30 m

Se estudia un puente recto de una luz simplemente apoyada, destinado a un carril vehicular. El tablero tiene 4.40 m de ancho total, una losa de concreto de 0.20 m y tres vigas principales separadas 1.60 m. Los voladizos laterales son de 0.60 m y se dispone inicialmente una línea de diafragmas cada 5.00 m.

Carga permanente antes de la acción compuesta

Para el tanteo inicial W27×84, el peso mínimo sobre cada viga durante el vaciado es:

w_losa = 24 × 0.20 × 1.60 = 7.680 kN/m

w_acero = 125 × 9.80665 / 1000 = 1.226 kN/m

w_DC1 = 7.680 + 1.226 = 8.906 kN/m

El momento máximo por esta carga es 1,001.9 kN·m. Con I_x = 1.19 × 10⁹ mm⁴, la flecha de la viga de acero durante el vaciado resulta:

δ_DC1 = 5wL⁴/(384EI) = 394.7 mm

Envolvente HL-93

Se desplazan el camión de diseño y el tándem a lo largo de la luz. Para momento positivo gobierna el camión con sus ejes traseros a la separación mínima. La sección crítica queda aproximadamente a 14.48 m.

M_HL-93 = 1.20[1.33 × 2,027.4 + 1,049.6] = 4,495.3 kN·m

La combinación Strength I mínima, sin carpeta, pretiles, servicios ni carga adicional de construcción, es:

M_u = 1.25 × 1,000.7 + 1.75 × 1,498.4 = 3,873.1 kN·m

Evaluación del tanteo W27×84

Con ancho efectivo favorable de 1,600 mm, conexión total y eje plástico dentro de la losa, la cota plástica compuesta idealizada es 2,554.4 kN·m. La relación entre demanda y esa cota es 1.52. La flecha durante el vaciado también resulta excesiva y L_b = 5.00 m se encuentra entre L_p = 2.23 m y L_r = 6.32 m, dentro del intervalo de pandeo lateral torsional inelástico.

El tanteo W27×84 no satisface el sistema propuesto. Aumentar únicamente el tamaño del diafragma no resuelve la falta de rigidez longitudinal ni la demanda de flexión.

Selección inicial de una viga armada de placa

Para continuar el diseño se adopta como sección inicial una viga I armada de 1,500 mm de peralte, alas de 450 × 30 mm y alma de 1,440 × 16 mm. Esta geometría se ingresa en la calculadora como H/I armada soldada.

Esta sección ofrece una base razonable para desarrollar el modelo AASHTO completo. El ajuste final debe considerar DC adicional, DW, factores reales de distribución, acción compuesta, resistencia de la viga de placa según AASHTO LRFD 6.10, cortante y rigidizadores, fatiga, conectores, empalmes y construcción.

Tablero, diafragmas y conectores

• La losa de 0.20 m se diseña transversalmente con AASHTO LRFD Sección 9, incluyendo franjas positivas, negativas, voladizos y carga de barrera.
• Los conectores se distribuyen para transferir el cortante longitudinal y satisfacer resistencia, fatiga y separación normativa.
• Los diafragmas cada 5.00 m constituyen una disposición inicial. Deben diseñarse por fuerza y rigidez, incluyendo placas de conexión, pernos o soldaduras.
• La secuencia de vaciado se analiza con las vigas sin acción compuesta y con las condiciones reales de arriostramiento.

Apoyos, juntas y subestructura

La reacción factorizada mínima del tanteo con la viga armada es cercana a 561 kN por apoyo. Los apoyos elastoméricos se dimensionan con AASHTO LRFD Sección 14 para compresión, giro, cortante, estabilidad, temperatura y anclaje.

El movimiento térmico de una luz de 30 m puede expresarse sin adoptar una temperatura arbitraria:

Δ_T = αL(T_máx – T_mín) = 0.36(T_máx – T_mín) mm

La abertura de la junta se selecciona sumando temperatura, retracción, fluencia, tolerancia de instalación, sismo y sesgo. Los estribos, cabezales, pilas y cimentaciones reciben las reacciones del nuevo modelo y se verifican por resistencia, deslizamiento, volcamiento, asentamiento, capacidad axial y lateral, estabilidad global y socavación.

Resultado del ejemplo

Para la luz de 30 m, la solución se desarrolla con vigas armadas de placa compuestas con la losa. El perfil W27×84 sirve como tanteo y muestra por qué una verificación que solo considere el nombre comercial o el momento plástico de la sección no basta. La viga armada de 1.50 m proporciona la rigidez y la reserva inicial necesarias para continuar las verificaciones AASHTO, optimizar espesores y preparar el diseño de tablero, arriostramiento, conexiones, apoyos y subestructura.

Errores frecuentes al calcular vigas H

• Escoger el perfil solo por M_p y olvidar L_b.
• Usar I_x de un perfil parecido, pero no del perfil comprado.
• Confundir kN/m con kg/m o N/mm.
• No incluir peso propio, muros, acabados, instalaciones o etapa de construcción.
• Usar una carga superficial directamente como carga lineal.
• Aplicar L/360 como regla universal sin revisar el uso.
• Suponer que una losa arriostra o trabaja compuestamente sin diseñar la conexión.
• Ignorar cargas concentradas y revisar solo cortante promedio.
• Diseñar un puente con combinaciones de edificios.
• Olvidar fatiga, soldadura, empalmes, apoyos y montaje.
• Aceptar “cumple” de un programa sin revisar su campo de aplicación.

Lista de revisión antes de aprobar una viga

Preguntas frecuentes

¿Una viga H es lo mismo que una viga I?

Ambas pertenecen a la familia de secciones con dos alas y un alma. “H” suele describir proporciones con alas relativamente anchas y “I” una forma más esbelta, pero la designación exacta depende del sistema comercial. Para calcular debe utilizarse la norma y las propiedades del perfil específico.

¿Cuál es la carga máxima de una viga H?

No existe un único valor. Depende de la luz, apoyos, posición de la carga, arriostramiento, acero, sección, continuidad, flecha permitida, conexiones y estados límite. Una tabla sin esas condiciones puede ser peligrosa.

¿Qué es más importante, I_x, S_x o Z_x?

I_x gobierna la rigidez elástica y participa en la flecha. S_x relaciona momento con esfuerzo elástico. Z_x se utiliza para el momento plástico cuando la sección y el arriostramiento permiten desarrollarlo. Ninguno sustituye a los otros.

¿Cómo reducir el pandeo lateral torsional?

Puede reducirse L_b con arriostramientos eficaces, mejorar la restricción torsional, aumentar la rigidez lateral de la sección o cambiar el sistema. El elemento que arriostra también debe diseñarse por resistencia y rigidez y contar con un camino de carga estable.

¿Puedo usar el calculador para un puente?

Sí, en una luz simplemente apoyada calcula la envolvente positiva HL-93, reacción, Strength I, distribución promedio o ingresada, flecha durante el vaciado y una cota compuesta idealizada. El desarrollo continúa con las verificaciones AASHTO de la viga, tablero, fatiga, arriostramiento, empalmes, conectores, apoyos, construcción y subestructura.

¿Por qué el calculador no da resistencia a flexión cuando el alma no es compacta?

Porque AISC F4 y F5 exigen un tratamiento más amplio que depende de la geometría y del comportamiento del alma y las alas. Mostrar M_p reducido con una regla inventada sería más cómodo, pero técnicamente incorrecto.

¿LRFD siempre produce una viga diferente de ASD?

No necesariamente. Ambos métodos están calibrados para niveles de seguridad comparables, pero utilizan cargas y resistencias de forma diferente. Debe mantenerse el mismo método desde las combinaciones hasta la comparación final.

Fuentes y referencias técnicas

• AISC: ANSI/AISC 360-22, Specification for Structural Steel Buildings.
• AISC Steel Construction Manual, 16.ª edición.
• AISC Shapes Database v16.0.
• AISC Manual Companion v16.0 y ejemplos de diseño.
• AISC 341-22, Seismic Provisions for Structural Steel Buildings.
• AISC 358-22, Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames.
• AISC 303-22, Code of Standard Practice for Steel Buildings and Bridges.
• ASCE/SEI 7-22, Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Structures.
• AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, 10.ª edición, 2024.
• AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications, 4.ª edición, con revisiones interinas hasta 2025.
• AASHTO Manual for Bridge Evaluation, 3.ª edición, con revisiones interinas de 2020 y 2022.
• NSBA/AISC Steel Bridge Design Handbook, actualizado para AASHTO LRFD 10.ª edición.
• FHWA: Design and Evaluation of Steel Bridges for Fatigue and Fracture.
• FHWA HEC-18, Evaluating Scour at Bridges, 5.ª edición.
• FHWA HEC-20, Stream Stability at Highway Structures.
• FHWA HEC-23, Bridge Scour and Stream Instability Countermeasures.
• AWS D1.1/D1.1M:2025, Structural Welding Code – Steel.
• AASHTO/AWS D1.5M/D1.5:2025, Bridge Welding Code.
• RCSC 2020, Specification for Structural Joints Using High-Strength Bolts.
• ASTM A992/A992M, Standard Specification for Structural Steel Shapes.
• ASTM A709/A709M, Standard Specification for Structural Steel for Bridges.