79 - ICHA-2021-Libro_Diseno_de_Estructuras_de_Acero

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DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO 
 
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Proyecto Editorial: Instituto Chileno del Acero 
 
Autor: 
Rodrigo Silva M. Ingeniero Civil, PhD. 
 
Equipo Profesional: 
Francisca de la Hoz, Ingeniero Civil 
Camila Aravena, Ingeniero Civil 
Shantal River, Ingeniero Civil 
 
Revisión Técnica: 
Luis Leiva A. Ingeniero Civil, M.Sc. 
Pablo Matthews Z. Ingeniero Civil, PhD(c). 
Miguel Medalla R. Ingeniero Civil, M.Eng., PhD.(c) 
Ramón Montecinos C. Ingeniero Civil 
Marlena Murillo S. Ingeniero Civil, M.Eng. 
Carlos Peña L. Ingeniero Civil, M.Eng., PhD.(c). 
Cristian Urzúa A. Ingeniero Civil, M.Sc. 
 
Diseño y Diagramación: Tandem Estrategia 
 
Nueva Tajamar 481, Torre Norte, oficina 803, Las Condes, Santiago 
+56232626803
www.icha.cl 
 
Queda rigurosamente prohibida, sin la autorización escrita de la Corporación Instituto Chileno del 
Acero –ICHA-, bajo las sanciones establecidas por las leyes, la reproducción total o parcial de esta 
obra, por cualquier medio o procedimiento incluidos la reprografía y el tratamiento informático, así 
como la distribución de ejemplares de la misma mediante alquiler o préstamos públicos. 
 
Derechos reservados ®Copyright 2021 
 
 
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Índice 
 
1 Introducción al diseño estructural en acero 11 
1.1. Introducción 12 
1.2. Tipos de aceros 12 
1.3. Perfiles de acero 14 
1.4. Elementos estructurales básicos de acero 18 
1.5. Trayectorias de carga gravitacional y lateral 19 
1.6. Aspectos generales del diseño y construcción en acero 20 
 
2 Aspectos fundamentales del método de factores de carga y resistencia 24 
2.1. Método LRFD 25 
2.2. Combinaciones de carga 25 
2.3. Factores de resistencia 27 
 
3 Miembros en tracción 28 
3.1. Introducción 29 
3.2. Resistencia de miembros en tensión 29 
3.3. Área neta 30 
3.4. Área neta efectiva 31 
3.5. Bloque de corte 34 
3.6. Miembros conectados por pasadores 35 
3.7. Ejemplos de miembros en tracción 37 
 
4 Conexiones apernadas y soldadas 46 
4.1. Introducción 47 
4.2. Conexiones apernadas 47 
4.2.1. Tipos de pernos 47 
4.2.2. Tipos de juntas 48 
4.2.3. Tipos de orificios 51 
4.2.4. Espaciamiento requerido de orificios 52 
4.2.5. Resistencia de pernos 53 
4.2.6. Corte excéntrico en pernos 56 
4.2.7. Efecto palanca en pernos en tracción 57 
4.3. Conexiones soldadas 59 
4.3.1. Clasificación de las soldaduras 59 
4.3.2. Simbología de soldadura 61 
4.3.3. Resistencia de conexiones soldadas 63 
4.3.4. Requerimientos para soldaduras de filete 65 
4.3.5. Resistencia de soldadura de filete 66 
4.3.6. Resistencia a la rotura del elemento conector en soldaduras de filete 69 
4.4. Ejemplos de conexiones apernadas y soldadas 70 
 
5 Conexiones especiales y detalles 89 
5.1. Introducción 90 
5.2. Conexiones de corte de vigas 90 
5.2.1. Conexión de doble ángulo 92 
 6 
5.2.2. Conexiones con placa de corte 93 
5.3. Conexiones de momento y empalmes 95 
5.3.1. Conexiones de momento de viga a columna 95 
5.3.2. Empalmes de vigas 100 
5.3.3. Consideraciones sismorresistentes para conexiones de momento 101 
5.4. Conexiones de arriostramientos 102 
5.4.1. Diseño de placa gusset 102 
5.4.2. Distribución de fuerzas en interfaces de gusset 108 
5.5. Ejemplos de conexiones 112 
 
6 Miembros en Compresión 135 
6.1. Introducción 136 
6.2. Carga crítica de pandeo de Euler en columnas 136 
6.3. Longitud efectiva 137 
6.4. Tensiones residuales en la resistencia de columnas 142 
6.5. Resistencia de columnas con secciones compactas 145 
6.6. Pandeo local de columnas 146 
6.7. Gráficos de alineación o Nomogramas 151 
6.8. Ejemplos de miembros en compresión 157 
 
7 Miembros en Flexión 169 
7.1. Introducción 170 
7.2. Tensiones de flexión 170 
7.3. Módulo plástico y factor de forma 171 
7.4. Clasificación de secciones de vigas 174 
7.5. Resistencia de vigas con secciones compactas 176 
7.5.1. Comportamiento plástico (zona 1) 178 
7.5.2. Pandeo inelástico (zona 2) 179 
7.5.3. Pandeo elástico (zona 3) 183 
7.6. Resistencia de vigas con secciones no compactas y esbeltas 183 
7.7. Corte en vigas 184 
7.7.1. Resistencia en miembros con almas no atiesadas y atiesadas 184 
7.7.2. Acción del campo de tracciones 188 
7.8. Vigas sometidas a cargas concentradas 190 
7.9. Diseño de atiesador de carga 196 
7.10. Serviciabilidad en vigas 197 
7.11. Ejemplos de verificación y diseño de vigas 201 
 
 
8 Vigas Compuestas 221 
8.1. Introducción 222 
8.2. Sistemas de piso 222 
8.3. Acción compuesta 223 
8.4. Resistencia nominal de secciones compuestas 224 
8.5. Ancho efectivo 224 
8.6. Espesor de la losa 225 
8.7. Conectores de corte 226 
8.7.1. Resistencia nominal de los conectores de corte 227 
 
 
7 
8.7.2. Número requerido de conectores de corte 228 
8.7.3. Especificaciones de diseño 231 
8.8. Resistencia a flexión positiva 232 
8.9. Alzaprimado 236 
8.10. Deflexiones 237 
8.11. Ejemplos de vigas compuestas 241 
 
9 Flexo-compresión y efectos de segundo orden 256 
9.1. Introducción 257 
9.2. Ecuaciones de diseño 257 
9.3. Ecuación diferencial para compresión axial y flexión 258 
9.4. Efectos P-delta y amplificadores de momento B1 y B2 260 
9.5. Ejemplos análisis de segundo orden y flexo-compresión 264 
 
 
 
 
 
 
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9 
Prólogo 
El Instituto Chileno del Acero, ICHA, es una institución sin fines de lucro, cuya misión es actuar como 
un Centro de Transferencia Tecnológica, promoviendo y desarrollando el uso y aplicación del acero 
en todas las actividades donde pueda ofrecer ventajas competitivas. En el cumplimiento de sus 
objetivos, el ICHA desarrolla diversos programas que incluyen la actualización y preparación de 
normas, la prestación de asesorías, la organización de cursos, seminarios y reuniones técnicas, la 
publicación de especificaciones de diseño, manuales y textos. 
 
En este contexto, el propósito del presente libro es proporcionar un material actualizado y aplicado 
a la realidad nacional con los procedimientos de diseño de los elementos principales encontrados 
en un edificio de acero, en un formato práctico, conciso y con el desarrollo paso a paso de diversos 
ejemplos de cálculo. Lo distintivo del presente texto es su carácter práctico, con un desarrollo breve 
de los tópicos teóricos necesarios para la compresión de los ejemplos de cálculo, la referencia 
continua a la norma chilena vigente, manuales y guías de diseño actualizadas, y detalles realísticos 
de conexiones típicas en los capítulos correspondientes. Este libro está orientado tanto a 
estudiantes de un primer curso de estructura de acero como a ingenieros estructurales, arquitectos 
y otros profesionales del área de la construcción que busquen una guía simple, y práctica de diseño 
de elementos de acero.Se asume que el lector posee un manejo suficiente de estática, resistencia 
de materiales y análisis de estructuras. 
 
El desarrollo del presente texto estuvo a cargo por el Profesor Dr. Rodrigo Silva Muñoz, Ingeniero 
Civil y académico de la Universidad de Concepción. El autor agradece en primer lugar el patrocinio 
brindado por la Facultad de Ingeniería de la misma casa de estudios, así como también a su equipo 
colaborador formado por las ingenieros civiles Francisca de la Hoz, Camila Aravena y Shantal River. 
También agradece el apoyo del Comité Técnico del ICHA en la revisión exhaustiva del documento. 
 
El Instituto Chileno del Acero declara que este documento solo constituye una referencia y ayuda 
en materia de cálculo y no puede, bajo ningún concepto, asumir responsabilidad alguna por los 
resultados que de su aplicación puedan derivarse. 
 
 
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1.1. Introducción 
El propósito de este texto es presentar los procedimientos de diseño de los elementos principales 
encontrados en un edificio de acero, en un formato práctico, conciso y con el desarrollo paso a paso 
de diversos ejemplos de cálculo. En Chile, la normativa vigente para este tipo de estructuras es la 
norma chilena NCh427/1: Requisitos para el cálculo de estructuras de acero para edificios, edición 
2016 [Ref. 28], la cual corresponde a una adaptación del manual AISC 360-10, “Specification for 
Structural Steel Buildings” [Ref. 12], que conserva la misma numeración de capítulos y secciones. Si 
bien la norma presenta los métodos de diseño por esfuerzos admisibles (ASD) y por factores de 
carga y resistencia (LRFD), en el desarrollo de los ejercicios del presente texto se ha adoptado el 
último método. Además, los ejemplos presentados en el texto corresponden principalmente a 
perfiles soldados o laminados, cuyo diseño se rige por el primer volumen de la norma, dejando de 
lado el caso de perfiles conformados en frío. De esta forma, el alcance de este libro son los tópicos 
enseñados comúnmente en un curso de nivel de pregrado de estructuras de acero. 
 
Nota del autor: En el presente texto, se adopta la terminología comúnmente aceptada en la práctica nacional 
relativa a los términos tensión y tracción. En rigor, en la mecánica de sólidos se entiende por esfuerzo (“stress” 
en inglés) una fuerza interna por unidad de área, que puede ser normal (tensión o compresión) o cortante, 
mientras que se entiende por tensión (“tension” en inglés) una fuerza que estira un cuerpo. Estos términos, 
esfuerzo y tensión, son los internacionalmente adoptados en la literatura latinoamericana; sin embargo, en la 
práctica nacional e incluso en las normas de diseño estructural, se usan los términos tensión y tracción 
refiriéndose a esfuerzo y tensión, respectivamente, que históricamente provienen de traducciones españolas 
de textos de resistencia de materiales. 
 
1.2. Tipos de aceros 
 
Los aceros estructurales que corresponden a barras y perfiles, tubos y planchas que se utilizan en 
Chile para los distintos elementos que conforman una edificación, se listan en el capítulo A.3 de la 
norma NCh427/1. Los aceros de normas ASTM, se presentan en la Tabla 1.1, mientras que los aceros 
de normas nacionales se muestran en la Tabla 1.2. En estas tablas se especifican la tensión de 
fluencia 𝐹𝑦 y la resistencia a la tracción 𝐹𝑢. 
 
Se recomienda el uso de los aceros de la norma ASTM A36 y ASTM A572 Grado 50 y de la norma 
chilena NCh203 en la calidad A250ESP y A345ESP, ya que son de uso habitual en las construcciones 
sismorresistentes, que son la mayoría en Chile. Debe señalarse que la norma NCh203 es obligatoria 
en todo el territorio nacional, por ende, los aceros de normas ASTM deben ser certificados bajo la 
norma NCh203 por un organismo acreditado. 
 
 
 
 
 
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Tabla 1.1. Tensión de fluencia y resistencia a tracción de aceros estructurales de las normas ASTM. 
Designación ASTM 
𝑭𝒚 
ksi (MPa) 
𝑭𝒖 
ksi (MPa) 
Espesor o diámetro (mm) 
A36 32 (220) 58-80 (400-550) Sobre 200 
 36 (248) 58-80 (400-550) Hasta 200 
A53 Grado B 35 (240) 60 (415) 
A242 42 (290) 63 (435) 40 a 100 
 46 (317) 67 (462) 20 a 40 
 50 (345) 70 (482) Hasta 20 
A500 Grado A 33 (228) 45 (310) 
Grado B 42 (290) 58 (400) 
Grado C 46 (317) 62 (427) 
A510 36 (248) 58 (400) 
A514 90 (620) 100-130 (690-896) 65 a 150 
 100 (690) 110-130 (758-896) Hasta 65 
A529 Grado 50 50 (345) 65-100 (448-690) Hasta 13 
Grado 55 55 (379) 70-100 (482-690) Hasta 25 
A572 Grado 42 42 (290) 60 (415) Hasta 150 
Grado 50 50 (345) 65 (448) Hasta 100 
Grado 60 60 (415) 75 (517) Hasta 32 
Grado 65 65 (448) 80 (552) Hasta 32 
A588 42 (290) 63 (435) 125 a 200 
 46 (317) 67 (462) 100 a 125 
 50 (345) 70 (482) Hasta 100 
A606 45 (310) 65 (448) 
 50 (345) 70 (482) 
A618 Grado I y II 50 (345) 70 (482) Hasta 19,1 
Grado III 50 (345) 65 (448) 
A709 Grado 36 36 (248) 58-80 (400-550) Hasta 100 
Grado 50 50 (345) 65 (448) Hasta 100 
A852 70 (482) 90-110 (620-758) Hasta 100 
A913 Grado 50 50 (345) 60 (415) 
Grado 60 60 (415) 75 (517) 
Grado 65 65 (448) 80 (552) 
Grado 70 70 (482) 90 (620) 
A992 50 (345) 65 (448) 
A1011 Grado 40 40 (276) 55 (380) 
Grado 45 45 (310) 60 (415) 
Grado 50 50 (345) 65 (448) 
Adaptado de Ref. 34, Tabla 2.1.1. 
 
 14 
Nota: El valor indicado en la tabla de tensión de fluencia para el acero A36 no fue tomado directamente del 
estándar ASTM A36 vigente, el cual indica un valor de 250 MPa, sino que corresponde al valor, redondeado al 
entero más cercano, de la conversión de una tensión de 36 ksi. Este valor es usualmente considerado en los 
programas comerciales de análisis y diseño estructural, y será el utilizado a lo largo de los ejemplos del 
presente texto. 
 
Tabla 1.2. Tensión de fluencia y resistencia a tracción para aceros estructurales de la norma NCh203. 
Denominación NCh 
𝑭𝒚 
MPa 
𝑭𝒖 
MPa 
A240ES 240 360 a 460 
A270ES 270 410 a 510 
A345ES 345 510 a 610 
M345ES 345 510 a 610 
Y345ES 345 480 mín. 
A250ESP 250 a 350 400 a 550 
A345ESP 345 a 450 459 mín. 
Adaptado de Norma NCh203 Of.2006 [Ref. 25], Tabla 2 y Tabla 3. 
 
La norma NCh203 indica dos categorías de aceros estructurales: de usos generales y los de 
aplicaciones sismo resistentes. Los primeros tienen la denominación ES y los segundos ESP. 
 
1.3. Perfiles de acero 
 
Los perfiles de acero pueden ser de tres tipos: laminados en caliente, conformados en frío y 
soldados. Generalmente se designan por la forma de sus secciones transversales. 
 
Los perfiles laminados se obtienen mediante el proceso de laminación en caliente de una palanquilla 
de acero previamente calentada a una temperaturas de 1.100 °C, que permite una conformación 
del perfil. Las palanquillas se laminan a través de una cadena de rodillos a presión hasta obtener la 
forma final. Los perfiles laminados en caliente de la serie ASTM se muestran en la Figura 1.1. Se 
realiza una distinción entre los perfiles W y S ya que, si bien ambos tienen forma de I, el perfil S tiene 
una pendiente mayor en la superficie interior de sus alas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 W 
(a) perfil de ala ancha 
 S 
(b) viga estándar 
americana 
 C 
(c) canal estándar 
americano 
 L 
(d) ángulo 
WT o ST 
(e) T estructural 
 
 
(f) sección de tubería (g) tubo estructural (h) barras (i) planchas 
Figura 1.1. Perfiles laminados según normas ASTM (Adaptado de Ref. 34, Figura 1.5.1). 
Los perfiles conformados en frío generalmente son de espesores menores que los laminados en 
caliente. El proceso de fabricación consiste en una serie de rodillos por los que pasa la plancha y va 
tomando forma hasta que termina con la geometría deseada, sin aporte de calor (de ahí el nombre 
de conformado en frío). Su característica geométrica principal es que los cantos son vivos y los 
vértices son redondeados. También se incluyen en este tipo los perfiles plegados, que se fabrican 
en una máquina plegadora similara las usadas por los hojalateros, con distintos radios de curvaturas 
que en el método anterior, y con limitaciones de longitud muchas veces, por no ser un proceso 
continuo. Algunas secciones típicas se muestran en la Figura 1.2. 
 
Figura 1.2. Perfiles conformados en frío (Adaptado de Ref. 34, Figura 1.5.2). 
 
Los perfiles soldados permiten obtener otras formas, geometrías y espesores que el diseñador 
pueda requerir, a partir de la combinación de placas y perfiles laminados sometidos a un proceso 
de corte, armado y empalme mediante soldadura. Por eso es que también se les llama perfiles 
armados. 
(a) canales (b) zetas (c) I formado por 
doble canal 
(d) ángulo (e) secciones sombrero 
 
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Los perfiles de las series nacionales se presentan en la Tabla 1.3. Para los perfiles de sección doble 
T, denominados a lo largo del presente texto como I, en concordancia con la norma NCh 427/1, se 
debe hacer una distinción. El Manual ICHA del año 1976 entregaba cuatro series de perfiles en forma 
de doble T soldados: las series IN (serie normal de vigas), IP (serie plástica), HN (serie normal de 
columnas) y PH (serie pilotes). En la práctica nacional actual sigue siendo común especificar los 
perfiles soldados I en base a dicha versión del Manual. Por otra parte, la versión más reciente del 
Manual ICHA [Ref. 22] unifica las series IN, IP y HN bajo la designación H. En los ejemplos de este 
texto para la designación de los perfiles, identificación de sus dimensiones y propiedades de diseño 
se referirá a esta última versión del Manual, sin implicar que esta sea la designación que deba usarse 
en la práctica. 
En la norma NCh427/1 se presentan los requisitos orientados al diseño con secciones laminadas y 
soldadas, por lo cual este texto se enfoca en el uso de estos tipos de perfiles. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Tabla 1.3. Perfiles de acero de las series nacionales según definición del Manual ICHA (Ref22). 
Secciones Designación en mm 
H Soldado 
Representan perfiles doble T de alas iguales. A 
partir de una altura menor o igual a 500 mm, se 
encuentran perfiles de igual altura y ancho de ala. 
 H x Altura x Ancho de ala x Peso en kgf/m 
 H x Altura x espesor del alma x ancho del ala x 
espesor del ala 
PH Soldado 
Representan perfiles doble T de alas iguales, 
recomendados para ser usados como pilotes 
 PH x Altura x Ancho de ala x Peso en kgf/m 
HR Soldado 
Representan perfiles doble T de reemplazo de 
perfiles laminados W de la serie AISC 
 HR x Altura x Ancho de ala x Peso en kgf/m 
T Soldado 
 
 T x Altura x Ancho de ala x Peso en kgf/m 
 T x Altura x Espesor del alma x Ancho del ala x 
Espesor del ala 
C Plegado 
Representan perfiles canal de alas no atiesadas 
 C x Altura x Ancho de ala x Peso en kgf/m 
 C x Altura x Ancho de ala x Espesor 
CA Plegado 
Representan perfiles canal de alas atiesadas 
 CA x Altura x Ancho del ala x Peso en kgf/m 
 CA x Altura x Ancho de ala x Espesor del alma x 
espesor del ala 
L Plegado 
Representan perfiles ángulos de alas iguales 
 L x Ancho del ala x Ancho del ala x Espesor 
L Laminado 
Representan perfiles ángulos de alas iguales 
 L x Ancho del ala x Ancho del ala x Espesor 
 Soldado o laminado 
Representan perfiles tubulares cuadrados y 
rectangulares, fabricados por formado en frio, 
soldadura continua y post formado a las sección 
definitiva 
 x Altura x Ancho del ala x Peso en kgf/m 
 x Altura x Ancho del ala x Espesor 
O Perfiles circulares de diámetro menor, soldados 
por resistencia eléctrica de diámetro normal en 
pulgadas de acuerdo con las dimensiones 
normales norteamericanas. En EE.UU. se 
producen hasta 14” de diámetro nominal y en 
Chile hasta 5”. 
 O x Diámetro en pulgadas x Peso en kgf/m 
 O x Diámetro en pulgadas x Espesor 
O Perfiles circulares de diámetro mayor, desde 250 
a 1600 mm soldados al arco sumergido ya sea con 
soldaduras rectas o espirales 
 O x Diámetro interior x Espesor 
 
 
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1.4. Elementos estructurales básicos de acero 
Los elementos estructurales de acero que se utilizan para resistir cargas gravitacionales y laterales 
en edificios de acero se muestran en la Figura 1.3. 
 
 
 
 
Figura 1.3. Elementos estructurales básicos en un edificio de acero (Adaptado de Ref. 1, Figura 1-13). 
 
Las vigas de piso o viguetas soportan la losa de piso, que puede ser una losa sólida de hormigón o 
una losa con placa colaborante. Estas viguetas se apoyan sobre las vigas principales o maestras. Las 
vigas que soportan las planchas de techo y planchas laterales en el caso de galpones, se denominan 
costaneras, y generalmente son de sección C, aunque como se muestra en la figura, en caso de 
poseer una luz mayor a lo común, también pueden ser del tipo enrejadas. Las losas con placa 
colaborante y planchas de techo generalmente se orientan con su dirección más resistente 
perpendicular a las viguetas y costaneras. Las vigas generalmente son perfiles de sección I laminados 
o soldados. Las vigas maestras a su vez descargan en las columnas, las que usualmente son perfiles 
de sección I o tubulares. En estructuras arriostradas, las columnas soportan principalmente cargas 
de compresión, y sus apoyos son rotulados, es decir, no transmiten momentos. En estructuras de 
marcos rígidos, las columnas soportan tanto cargas axiales como momentos, y puede ser necesario 
que las columnas posean apoyos empotrados. Finalmente, las diagonales o arriostramientos son los 
elementos encargados de proveer estabilidad ante cargas laterales y pueden ser concéntricas o 
excéntricas. 
Losa con placa 
colaborante 
Viga de piso o 
vigueta 
Vigas principales o 
maestras 
Costanera (tipo enrejada) 
Plancha de techo 
Columna 
Diagonal o arriostramiento 
 
 
 
19 
1.5. Trayectorias de carga gravitacional y lateral 
 
La trayectoria de carga es el camino que sigue la carga desde su punto de aplicación en la estructura 
hasta que llega a la fundación. Cualquier deficiencia en la integridad de la trayectoria de carga puede 
llevar una estructura a la falla o colapso. Estas deficiencias usualmente provienen más de 
conexiones inadecuadas que de la falla de un elemento estructural. La típica trayectoria de cargas 
gravitacionales consiste en que la carga aplicada sobre el techo o losa de piso se transmite 
horizontalmente a las viguetas o costaneras, las cuales a su vez transfieren la carga horizontalmente 
a las vigas principales. Las vigas en los ejes estructurales transfieren la carga como reacciones 
verticales a las columnas, las cuales transmiten la carga de manera segura a la fundación y al suelo. 
Es decir, la carga viaja desde el techo o piso → viguetas o costaneras → vigas → columnas → 
fundaciones. Esto se ilustra en la Figura 1.4. 
 
 
Figura 1.4. Trayectoria de cargas gravitacionales. (Adaptado de Ref.1, Figura 1-18). 
 
Para la trayectoria de cargas laterales de viento, la carga de viento se aplica en la superficie del muro 
vertical, el cual transfiere las reacciones horizontales a los diafragmas horizontales de techo o de 
piso. El diafragma horizontal luego transfiere la carga lateral al sistema resistente de cargas laterales 
paralelo a la fuerza lateral, el que puede consistir en marcos de momento, marcos arriostrados o 
muros de corte, y este sistema luego transmite la carga lateral a la fundación y al suelo. Es decir, la 
carga lateral viaja desde las paredes → diafragma de techo o piso → sistema resistente de cargas 
laterales → fundaciones. Esto se ilustra en la Figura 1.5. 
 
(1) La carga gravitacional se 
aplica y se transfiere a la losa de 
piso 
(2) La carga se transfiere de 
la losa de piso a las vigas de 
piso 
(3) La carga se transfiere de las 
vigas de piso a las vigas 
principales 
(4) La carga se transfiere 
de las vigas principales a 
las columnas 
(5) La carga se transfiere de las 
columnas a la fundación 
 
 20 
La trayectoria de cargas sísmicas comienza con el movimientode suelo debido a un sismo, lo que 
produce fuerzas de inercia que se aplican sobre la estructura del edificio. Estas fuerzas se asumen 
concentradas en los niveles de piso y techo, o en general, donde se concentren masas importantes. 
Las fuerzas laterales son transmitidas desde los diafragmas de piso y techo al sistema resistente de 
cargas laterales paralelo a la fuerza lateral, y este transmite la carga a la fundación y luego al suelo. 
 
 
 
 
Figura 1.5. Trayectorias de cargas laterales. (Adaptado de Ref.1, Figura 1-19) 
 
 
1.6. Aspectos generales del diseño y construcción en acero 
 
En la presente sección se explican brevemente las etapas, entidades y documentos más relevantes 
en el diseño y construcción en acero. Los conceptos aquí presentados son consistentes con la 
práctica nacional y la norma chilena de Ejecución de Construcciones de Acero, NCh 428 [Ref. 29]. 
 
Las cuatro etapas principales dentro de un proyecto de acero son el diseño, detallamiento, 
fabricación y montaje. El diseño estructural corresponde al dimensionamiento de las partes de una 
estructura una vez que se han calculado las fuerzas y desplazamientos, de manera que la estructura 
soporte satisfactoriamente (es decir se cumpla los estados límites de resistencia y serviciabilidad) 
las cargas a que estará sometida. Quien ejecuta el diseño es la entidad denominada como Ingeniería 
de Diseño. El detallador es la entidad encargada de realizar los planos de fabricación requeridos 
para el acero estructural y los planos de montaje para la construcción del sistema estructural, a 
(1) La carga lateral se aplica y se 
transfiere a los diafragmas de 
piso y techo 
(2) La carga se transfiere de la 
losa de piso a las vigas de 
apoyo a lo largo de los ejes 
arriostrados 
(3) La carga se transfiere de las vigas a los 
arriostramientos (en marcos arriostrados) 
(4) La carga se transfiere de 
los arriostramientos a las 
columnas 
(5) La carga se transfiere de las 
columnas a la fundación 
 
 
 
21 
partir de los planos de diseño. El detallador puede ser parte del staff del fabricante. El fabricante es 
la entidad encargada de realizar la fabricación de la estructura de acero, y el montajista se encarga 
de realizar la instalación de los componentes de la estructura de acuerdo con lo indicado en los 
planos de montaje. A su vez, de estas etapas y entidades se generan principalmente los siguientes 
documentos: 
 
Planos de diseño estructural: 
 
Son los documentos gráficos preparados por la Ingeniería de Diseño que muestran el diseño, 
ubicación y dimensiones de la estructura y sus componentes. Deben incluir plantas, elevaciones, 
secciones, detalles y notas. Estos planos deben estar identificados por un mismo número por todo 
el tiempo que dure la ejecución del proyecto. Usualmente se ocupa una letra correlativa (Rev. A, B, 
C, etc.) mientras se encuentran en etapa de revisión del mandante o de otras disciplinas, y cuando 
ya están aprobados para fabricar, la letra cambia a un número correlativo (Rev. 0, 1, 2, etc.), 
indicando que con dichos planos ya puede comenzar la etapa de fabricación. Según la sección 4 de 
la norma NCh 428, los planos de diseño deben mostrar al menos la siguiente información: 
 
a. Tamaño, sección, calidad y grado del material. 
b. Ubicación de los elementos. 
c. Tipos de uniones. 
d. Dimensiones y puntos de trabajo necesarios para el trazado de la estructura. 
e. Contraflechas requeridas. 
f. Detalle de placas bases y pernos de anclaje. 
g. Detalles de atiesadores de columnas y vigas, aberturas para otras especialidades, y 
cualquier otro detalle especial requerido para realizar el detallamiento. 
 
 
Memoria de cálculo estructural: 
 
Es el documento escrito preparado por la Ingeniería de Diseño que explica el proceso de análisis y 
diseño estructural presentado en los planos de diseño. Debe incluir una descripción de la estructura, 
un resumen de los criterios, normas de diseño y materiales, las cargas consideradas, los principales 
resultados del análisis estructural (reacciones de apoyo, diagramas de esfuerzos, desplazamientos, 
propiedades dinámicas si corresponde), la verificación de capacidad de los elementos estructurales, 
la verificación de estados límites de serviciabilidad y desplazamientos sísmicos si corresponde, y el 
cálculo de las conexiones más importantes que se presenten en los planos de diseño. Este 
documento acompaña a los planos de diseño y de manera similar se enumeran con letras o números 
según la etapa en que se encuentre. 
 
Planos de fabricación y planos de montaje: 
 
Los planos de fabricación son los documentos gráficos que proporcionan todos los antecedentes 
necesarios para la confección de las piezas de acero mostradas en los planos de diseño y 
especificaciones, tales como: plantas, elevaciones, secciones y detalles de cada elemento; la 
ubicación, tipo y tamaño de las perforaciones, pernos y soldadura; y finalmente una lista de 
materiales. Por otra parte, los planos de montaje proporcionan toda la información necesaria para 
el montaje en terreno del acero estructural, incluyendo elevaciones y plantas mostradas en los 
planos de diseño con marcas de todos los elementos principales y secundarios de la estructura, 
 
 22 
además de los detalles de placas bases y conexiones más relevantes. Para la confección de estos 
planos, el mandante debe proporcionar todos los planos de diseño y especificaciones requeridas 
para la construcción. Estos planos deben ser revisados y aprobados por la Ingeniería de Diseño. 
 
Diseño y cálculo de conexiones: 
 
Es bien sabido que un buen diseño y construcción de las conexiones en una estructura de acero son 
fundamentales para asegurar su buen comportamiento. Por un lado, las conexiones deben proveer 
las condiciones de borde de cada elemento y de la estructura, y por otra parte se deben diseñar 
para lograr una falla dúctil de la conexión o del elemento estructural. De acuerdo con la norma NCh 
428 [Ref. 29], existen tres modalidades de diseño y cálculo de las conexiones, las que se eligen en 
función de las capacidades del diseñador, detallador y fabricante: 
 
a) Diseño y cálculo proporcionado por la Ingeniería de Diseño: En este caso se deben mostrar en los 
planos de diseño las conexiones diseñadas y calculadas, y el fabricante se debe ajustar a lo 
establecido. Los planos de diseño deben contener la siguiente información: 
 
 
- Ubicación de los puntos de trabajo. 
- Para conexiones apernadas: geometría de la conexión; espesores de plancha; cantidad, 
diámetro y ubicación de perforaciones; calidad y tipo de materiales de planchas, pernos, tuercas 
y golillas; y tipo de superficie en conexiones de deslizamiento crítico. 
- Para conexiones soldadas: detalle del tipo de unión (de tope, con o sin bisel, de solape, de filete, 
de talón, de tapón, penetración completa o parcial, entre otras); longitud y dimensión de los 
filetes, hombro, abertura de raíz y ángulo de los biseles para soldaduras de tope; y calidad del 
material de aporte. 
 
En esta modalidad, el fabricante, detallador y montajista pueden solicitar a la Ingeniería de Diseño 
que modifiquen las conexiones cuando se produzcan interferencias o queden inaccesibles al 
momento de ejecutar el montaje. 
 
b) Diseño y cálculo por el fabricante o detallador: 
Cuando el diseño de las conexiones se subcontrata con el fabricante o un detallador, la Ingeniería 
de Diseño debe entregar la siguiente información: 
 
- Método de diseño (ASD o LRFD) 
- Conexiones típicas: Si se incluye un plano estándar con conexiones típicas, el fabricante o 
detallador puede definir el tipo de conexión a emplear en cada caso. Cuando no se incluya plano 
estándar y los planos de diseño tampoco se pronuncien sobre ellas, el fabricante o detallador 
debe proponer la conexión para la aprobación de Ingeniería de Diseño. 
- Conexiones especiales: Cuando se requieran conexiones de deslizamiento crítico, conexiones 
de momento y conexiones deslizantes, estas sedeben indicar en los planos de diseño. 
- Criterio de diseño para conexiones: La Ingeniería de Diseño debe definir las condiciones de carga 
para diseñar cada conexión, ya sea indicando las cargas (corte, momento, axial, torsión) para 
cada elemento, o indicando los porcentajes de carga respecto a la resistencia admisible o 
nominal de cada elemento. Es responsabilidad de la Ingeniería de Diseño asegurar que estos 
criterios cumplen las normas vigentes. 
 
 
 
 
23 
En esta modalidad, el fabricante o detallador deben preparar memorias de cálculo de las conexiones 
para su aprobación por la Ingeniería de Diseño. 
 
c) Diseño compartido: 
También es posible que las conexiones más importantes y especiales, por ejemplo, conexiones de 
momento o de diagonales sísmicas sean diseñadas y calculadas por la Ingeniería de Diseño sin 
necesariamente detallarla por completo. Es decir, en los planos de diseño se puede mostrar detalles 
estándar indicando número de pernos, espesores de planchas y gusset, tipo de soldadura, sin 
describir completamente la geometría de la conexión. Por otra parte, las conexiones más típicas 
tales como uniones de corte de viga y arriostramientos secundarios, son diseñadas y calculadas por 
el detallador, de acuerdo con lo indicado en la modalidad previamente explicada. Es posible también 
que en los planos de diseño se sugiera mediante un detalle estándar o en las notas que tipo de 
conexión de corte utilizar, en caso de haber restricciones, por ejemplo, con el uso de conexiones de 
corte con plancha simple. 
 
 
 
 
 
 24 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
25 
2.1. Método LRFD 
En el capítulo B.3 de la norma NCh427/1, se presentan tanto el diseño por resistencia usando diseño 
en base a factores de carga y resistencia (LRFD), como el diseño por resistencia en base a resistencias 
admisibles (ASD). Ambos emplean los mismos métodos de análisis estructural y consideran los 
mismos estados límites y ecuaciones para determinar la resistencia nominal. Para el método LRFD, 
la resistencia nominal se multiplica por el factor reducción de resistencia, obteniéndose la 
resistencia de diseño, mientras que para el método ASD, la resistencia nominal se divide por el factor 
de seguridad, con lo que obtiene la resistencia admisible. En el presente texto los ejemplos de 
cálculo se desarrollan aplicando el método de diseño LRFD. 
 
El método de los factores de carga y resistencia (LRFD) se puede representar por la siguiente 
expresión: 
 ∑𝛾𝑖𝑄𝑖 ≤ 𝜙𝑅𝑛 (2.1) 
 
En el lado izquierdo de la desigualdad se define la resistencia requerida como la suma de los efectos 
de los diversos tipos de carga 𝑄𝑖 multiplicadas por sus respectivos factores de carga 𝛾𝑖. En el lado 
derecho se define la resistencia de diseño 𝜙𝑅𝑛, como la resistencia nominal 𝑅𝑛, multiplicada por un 
factor de resistencia 𝜙, de acuerdo con el tipo de esfuerzo para el cual se diseña. 
 
El método de factores de carga y resistencia dimensiona las estructuras de modo tal que no se 
sobrepase ningún estado limite aplicable cuando la estructura queda sujeta a las combinaciones de 
carga mayoradas. 
 
Los estados límites pueden ser de resistencia o de servicio. Los estados límites de resistencia definen 
la capacidad de la estructura para resistir una carga, considerando la fluencia excesiva, la fractura, 
el pandeo, la fatiga y el volcamiento. Los estados límites de servicio definen el comportamiento de 
la estructura bajo condiciones normales o de uso, incluyendo la deflexión, agrietamiento, 
deslizamientos y vibración. 
 
2.2. Combinaciones de carga 
La resistencia de la estructura y sus elementos debe ser determinada por la combinación crítica de 
cargas mayoradas. El caso crítico puede ocurrir cuando una o más cargas no están actuando. En el 
capítulo B.2 de la norma NCh427/1 se indica que las cargas y combinaciones de carga se definen por 
la normativa aplicable vigente. En el caso de las combinaciones de carga, para el diseño de una 
estructura, sus elementos componentes y fundaciones, según el método de factores de carga y 
resistencias, se aplica la sección 9.1 de la NCh3171 [Ref. 27], cuyas combinaciones se presentan a 
continuación: 
 
1) 
 
1,4𝐷 
2) 1,2 𝐷 + 1,6𝐿 + 0,5 (𝐿𝑟 𝑜 𝑆 𝑜 𝑅) 
3a) 1,2𝐷 +1,6(𝐿𝑟𝑜𝑆𝑜𝑅) + 𝐿 
3b) 1,2𝐷 + 1,6 (𝐿𝑟𝑜𝑆𝑜𝑅) + 0,8𝑊 
4) 1,2𝐷 + 1,6𝑊 + 𝐿 + 0,5 (𝐿𝑟𝑜𝑆𝑜𝑅) 
5) 1,2𝐷 + 1,4𝐸 + 𝐿 +0,2𝑆 
6) 0,9𝐷 + 1,6𝑊 
7) 0,9𝐷 + 1,4𝐸 
 
 26 
Una excepción importante de la NCh3171 es la siguiente: En los casos que la carga de viento W no 
ha sido reducida por un factor de direccionalidad se permite usar 1,3𝑊 en lugar de 1,6𝑊. 
 
Estas combinaciones se aplican a todo tipo de edificación. Sin embargo, para considerar el diseño 
sísmico de estructuras e instalaciones industriales, se deben aplicar las combinaciones que se 
especifican en la norma NCh2369 Of2003 [Ref. 24], indicadas a continuación: 
 
8) 1,2𝐷 + 𝑎 𝐿𝑐 + 𝐿𝑎 + 𝐿𝑜 ± 1,1 𝐸ℎ ± 1,1 𝐸𝑣 
9) 0,9𝐷 + 𝐿𝑎 ± 1,1 𝐸ℎ ±0,3 𝐸𝑣 
 
Donde: 
𝑎 Factor que toma en cuenta la probabilidad de ocurrencia simultanea de 𝐿𝑐 y 𝐸, según 
NCh2369. Vale normalmente 1.0, pero tiene los siguientes mínimos: 
 
Bodegas y en general zonas de acopio con baja tasa de rotación 0,50 
Zonas de uso normal, plataformas de operación 0,25 
Diagonales que soportan cargas verticales 1,00 
Pasarelas de mantención y techos 0 
 
 
𝐷 Peso propio de los elementos estructurales y otras cargas permanentes de la estructura; 
𝐸 Carga sísmica, según NCh433; 
𝐸ℎ Carga sísmica horizontal, según NCh2369; 
𝐸𝑣 Carga sísmica vertical, según NCh2369; 
𝐿 Sobrecarga de uso, según NCh1537. En las ecuaciones 2, 3a, 4 y 5, 𝐿 también representa 
a (𝐿𝑐 + 𝐿𝑜); 
𝐿𝑎 Sobrecarga accidental de operación en estructuras industriales: explosiones, 
sobrellenados y cortocircuitos, según NCh2369; 
𝐿𝑐 Sobrecarga normal de operación en estructuras industriales, según NCh2369; 
𝐿𝑜 Sobrecarga especial de operación en estructuras industriales: frenajes, impactos, efectos 
térmicos, según NCh2369; 
𝐿𝑟 Sobrecarga de techo, según NCh1537; 
𝑅 Carga de lluvia, según ASCE/SEI 07, capítulo 8; 
𝑆 Carga de nieve, según NCh431; 
𝑊 Carga de viento, según NCh432; 
 
También, se debe considerar la aplicación de cargas de impacto, es decir, cargas vivas aplicadas 
repentinamente sobre la estructura que producen efectos dinámicos sobre ella. Para ello se 
aumenta la sobrecarga de uso en las combinaciones anteriores. Los valores de coeficientes de 
impacto que se usan en Chile se obtienen de la norma chilena NCh1537 [Ref. 26] y se muestran en 
la Tabla 2.1. 
 
Se debe tener en consideración las excepciones explicadas en las normas respectivas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
27 
Tabla 2.1. Coeficientes de impacto vertical. 
Impacto vertical de: Coeficiente (%) 
Máquinas de ascensores 100% 
Maquinaria liviana (Apoyos de maquinaria liviana o ejes) 20% 
Unidades motrices (Apoyos de maquinaria) 50% 
Colgadores para pisos y balcones 33% 
Cabinas de puentes grúa, vigas soportantes y uniones 25% 
Grúas colgantes de operación manual, vigas soportantes y uniones 10% 
 Adaptado de Norma NCh1537 Of.2009 [Ref. 26]. Sección 6 y 9. 
 
2.3. Factores de resistencia 
 
Los factores de resistencia que se especifican en el método LRFD están basados en investigaciones 
sobre un gran universo de muestras de aceros norteamericanos, pero se ha considerado apropiado 
hacerlos extensivos a los aceros que se utilizan en Chile , para los cuales se especifica satisfacer la 
norma NCh203. Los valores de los factores de resistencia, que se usan en los capítulos del B al K de 
la norma NCh427/1, son los siguientes: 
 
Tabla 2.2. Factores de resistencia por el método LRFD de la Noma NCh427/1. 
Factor de resistencia Modo de falla 
𝜙𝑡 = 0,90 Para fluencia en tracción 
𝜙𝑡 = 0,75 Para rotura en tracción 
𝜙𝑐 = 0,90 Para compresión 
𝜙𝑏= 0,90 Para flexión 
𝜙𝑣 = 0,90 Para corte 
𝜙= 1,00 Para fluencia en corte de elementos en conexiones 
𝜙= 0,75Para rotura en corte de elementos en conexiones 
𝜙𝑇= 0,90 Para torsión 
 
 
 
 28 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
29 
3.1. Introducción 
La tracción es un tipo de solicitación que se presenta normalmente acompañado de flexión y corte, 
lo que en rigor significa diseñar para el efecto de varias solicitaciones actuando simultáneamente. 
Sin embargo, en aquellos elementos en los cuales la tensión normal de tracción es predominante, 
por ejemplo, diagonales de arriostramiento o tensores de techo, se acostumbra a diseñar 
despreciando los efectos de flexión y corte (producto del peso propio, excentricidades en los 
vínculos, etc.). Seleccionar un perfil o elemento que actúe como elemento sometido a tracción es 
un problema de diseño sencillo ya que no hay riesgo de pandeo, por lo cual, sólo se necesita 
determinar la carga que dicho elemento debe soportar. 
 
Los miembros en tracción más usuales en estructuras de acero son las diagonales y cuerdas de 
enrejados (normalmente las inferiores), arriostramientos, colgadores de costaneras, barras y 
planchas de empalmes. 
 
Se propone un límite de esbeltez para elementos traccionados que permite establecer dimensiones 
mínimas que reducen los efectos secundarios de vibraciones, deformaciones de peso propio, 
defectos de fabricación e impactos generados por solicitaciones generalmente de tipo eventual, así 
como también posibles inversiones de signo. La normativa recomienda un límite máximo de 
esbeltez (𝐾𝐿 𝑟⁄ ) de 300, el cual es sólo una limitación empírica, aplicable a todos los elementos 
sometidos a tracción exceptuando las barras redondas y colgadores. 
 
3.2. Resistencia de miembros en tensión 
 
La resistencia nominal 𝑃𝑛, de miembros sometidos a tracción se determina considerando los 
siguientes modos de falla o estados límites: fluencia en la sección bruta, rotura en el área neta 
efectiva y rotura del bloque de corte a través de los orificios de los pernos. La resistencia de diseño 
𝜙𝑃𝑛, de un miembro en tracción, es el menor valor entre ellos. 
 
La fluencia en la sección bruta ocurre cuando la tensión en el área bruta de la sección transversal es 
suficientemente grande como para causar una gran deformación antes que ocurra la falla. La 
resistencia nominal se determina por la siguiente expresión: 
 
Ec. D2-1 de NCh427/1: 𝑃𝑛 = 𝐹𝑦𝐴𝑔 (3.1) 
𝜙𝑡 = 0,9 (𝐿𝑅𝐹𝐷); Ω = 1.67 (𝐴𝑆𝐷) 
 
Donde: 
𝐹𝑦 =Tensión de fluencia mínima especificada (MPa) 
𝐴𝑔 =Área bruta del miembro en tracción (mm
2) 
La rotura en el área neta efectiva ocurre cuando la tensión en el área efectiva de la sección es 
suficientemente grande para causar que el miembro se fracture en dicha área (antes que se 
produzca la falla por fluencia del elemento), lo cual sucede generalmente a través de una línea de 
pernos donde el miembro en tracción es más débil. La resistencia nominal se determina por la 
siguiente expresión: 
 
Ec. D2-2 de NCh427/1: 𝑃𝑛 = 𝐹𝑢𝐴𝑒 (3.2) 
𝜙𝑡 = 0,75 (𝐿𝑅𝐹𝐷); Ω = 2 (𝐴𝑆𝐷) 
 
 
 30 
Donde: 
𝐹𝑢 = Tensión última mínima especificada (MPa) 
𝐴𝑒 = Área neta efectiva del miembro en tracción (mm
2) 
 
3.3. Área neta 
 
El área bruta 𝐴𝑔, de un miembro en tracción es simplemente el área total de la sección transversal, 
mientras que el área neta 𝐴𝑛 de un miembro en tracción toma en cuenta el efecto de las 
perforaciones en el elemento, lo cual reduce la sección. 
 
El área neta de un miembro en tracción con orificios que están en una línea (línea ABDE en la Figura 
3.1), corresponde a la diferencia entre el área bruta y el área de los orificios de los pernos, expresada 
como se muestra a continuación: 
 
 𝐴𝑛 = 𝐴𝑔 − 𝐴ℎ (3.3) 
 
A su vez, el área de los orificios se obtiene según la siguiente expresión: 
 
 𝐴ℎ = 𝑛𝑑ℎ𝑡 (3.4) 
Donde: 
𝐴ℎ = Área de orificios (mm
2) 
𝑛 = Número de orificios de pernos a lo largo del plano de falla 
𝑑ℎ =Diámetro del orificio (mm) 
𝑡 =Espesor del material (mm) 
 
Al momento de fabricar las estructuras de acero, se perforan orificios con un diámetro más grande 
que el diámetro del perno, esto es 1/16 pulgadas o 2 mm más grande para facilitar el montaje, de 
acuerdo con la sección J.3-2 de la norma NCh427/1 (ver Tabla 4.3). Además, debido al daño 
alrededor del agujero que producen las operaciones de perforación o punzonamiento, se agrega al 
tamaño nominal del orificio 1/16 de pulgada o 2 mm cuando se calcula el área neta. Por lo tanto, el 
diámetro del orificio, para efectos de cálculo es 𝑑ℎ = 𝑑𝑏 + 1/8 pulgadas o 𝑑ℎ = 𝑑𝑏 + 4 mm, con 
𝑑𝑏 = diámetro del perno entregado en pulgadas y milímetros respectivamente. En caso de utilizar 
la primera forma se debe transformar a las unidades compatibles con las ecuaciones. En la práctica 
nacional se utilizan pernos con medidas en pulgadas. 
 
Figura 3.1. Miembro en tracción con orificios en línea y en diagonal. 
 
A 
B 
C 
D 
E 
 
 
 
31 
Si el miembro en tracción tiene una serie de orificios en diagonal o zigzag, pueden existir varios 
planos de falla que requieren ser analizados, por ejemplo, la línea ABCDE de la Figura 3.1. Cuando 
uno o más planos de falla tienen una línea diagonal, entonces se agrega el siguiente término, 
formulado por Cochrane [Ref. 19], al ancho neto del miembro por cada cambio diagonal que se 
presente a lo largo de la falla (sección B4.3 de NCh 427/1). Se debe usar el plano que genere el 
menor valor de área neta. 
 
 
𝑠2
4𝑔
 
 
(3.5) 
Donde: 
𝑠 =Espaciamiento longitudinal (paso) centro a centro entre dos orificios consecutivos (mm) 
𝑔 = Espaciamiento transversal (gramil) centro a centro entre dos orificios consecutivos (mm) 
 La expresión para el ancho neto a lo largo de una sección en zigzag es: 
 
 𝑤𝑛 = 𝑤𝑔 − ∑𝑑ℎ + ∑
𝑠2
4𝑔
 (3.6) 
Donde: 
𝑤𝑛 =Ancho neto 
𝑤𝑔 = Ancho bruto 
𝑑ℎ = Diámetro del orificio 
 
Multiplicando la Ecuación (3.6) por el espesor del miembro se obtiene la siguiente expresión de área 
neta: 
 𝐴𝑛 = 𝐴𝑔 − ∑𝑑ℎ𝑡 + ∑
𝑠2
4𝑔
𝑡 (3.7) 
 
Se debe notar que para un miembro en tracción conectado a otro por soldadura, el área neta es 
igual al área bruta (𝐴𝑛 = 𝐴𝑔), y si el miembro se trata de una plancha de empalme apernada, se 
considera𝐴𝑛 ≤ 0,85𝐴𝑔, de acuerdo con la sección J.4-1 de la norma NCh427/1. 
 
3.4. Área neta efectiva 
 
Cuando la fuerza de tensión se transmite sólo a algunos de los elementos del miembro, se utiliza un 
área neta reducida llamada área neta efectiva 𝐴𝑒. Según la sección D.3 de la norma NCh427/1, se 
representa con la siguiente expresión: 
 
 
 𝐴𝑒 = 𝐴𝑛𝑈 (3.8) 
 
Donde: 
𝑈= factor de corte diferido. 
 
El factor de corte diferido toma en cuenta la distribución no uniforme de la tensión que se produce 
en el miembro cuando alguno de sus elementos no se conecta directamente. Esto ocurre 
usualmente en ángulos o secciones T, como se muestra en la Figura 3.2. El área sombreada no está 
 
 32 
conectada directamente por la soldadura, por lo que la tensión en esa zona es menor. La mayor 
parte de la carga es soportada por el ala conectada. 
 
En la Tabla 3.1 se entregan valores del factor de corte diferido para varias configuraciones de 
conexiones. Se debe notar que el valor de 𝑈 calculado con la expresión del caso 2 debe ser mayor 
que 0,60 para todas las configuraciones de conexiones, a no ser que se presenten efectos de 
excentricidad, produciéndose momentos que ocasionan esfuerzos adicionales en la vecindad de la 
conexión, para lo cual se debe aplicar la sección H.1-2 o H.2 de la NCh427/1. 
 
Para planchas de empalme apernadas 𝐴𝑒 = 𝐴𝑛 ≤ 0,85𝐴𝑔 (𝑈 = 1,0 según Caso 1 de la Tabla 3.1). 
 
 
 
Figura 3.2. Efecto del corte diferido (Ref. 1 Figura 4-4). 
 
Tabla 3.1. Factor de corte diferido para conexiones de miembros en tracción. 
Caso Descripción del elemento 
Factor de 
corte diferido,𝑼 
Ejemplo 
1 Todos los miembros en tracción donde la 
carga es transmitida directamente a cada 
uno de los elementos de la sección 
transversal mediante conectores o 
soldaduras(excepto en los Casos 3, 4, 5 y 
6). 
𝑈 = 1.0 
 
2 Todos los miembros en tracción, excepto 
las planchas y tubos, donde la carga es 
transmitida por sólo algunos de los 
elementos de la sección transversal 
mediante conectores o soldaduras. 
(Alternativamente, para secciones W, M, 
S y HP, se puede usar el Caso 7. Para los 
ángulos, se puede usar el Caso 8). 
𝑈 = 1 −
�̅�
𝑙
 
 
𝑃𝑢 
 
 
 
33 
3 Todos los miembros en tracción donde la 
carga es transmitida por soldaduras 
transversales a sólo algunos de los 
elementos de la sección transversal. 
𝑈 = 1.0 
y 
𝐴𝑛 = área de los elementos 
conectados directamente 
 
4 Planchas donde la carga de tracción es 
transmitida solamente por soldaduras 
longitudinales. 
𝑙 ≥ 2𝑤 … 𝑈 = 1,0 
2𝑤 > 𝑙 ≥ 1,5𝑤 … 𝑈
= 0,87 
1,5𝑤 > 𝑙 ≥ 𝑤 … 𝑈 = 0,75 
 
5 Tubos circulares con sólo una placa 
gusset concéntrica. 𝑙 ≥ 1,3𝐷 … 𝑈 = 1,0 
𝐷 ≤ 𝑙 < 1,3𝐷 … 𝑈
= 1 −
�̅�
𝑙
 
�̅� = 
𝐷
𝜋
 
 
6 Tubo 
rectangular 
Con sólo una placa 
gusset concéntrica 
𝑙 ≥ 𝐻 … 𝑈 = 1 −
�̅�
𝑙
 
�̅� =
𝐵2 + 2𝐵𝐻
4(𝐵 + 𝐻)
 
 
Con dos placas gusset 
concéntricas 
𝑙 ≥ 𝐻 … 𝑈 = 1 −
�̅�
𝑙
 
�̅� =
𝐵2
4(𝐵 + 𝐻)
 
 
7 Perfiles W, 
M, S o HP o T 
cortadas a 
partir de 
estos 
perfiles. (Si 𝑈 
es calculado 
según Caso 2, 
se permite 
utilizar el 
mayor 
valor). 
Con ala conectada con 3 
o más conectores por 
línea en la dirección de 
carga 𝑏𝑓 ≥
2
3
𝑑 … 𝑈 = 0,90 
𝑏𝑓 <
2
3
𝑑 … 𝑈 = 0,85 
 
Con alma conectada con 
4 o más conectores por 
línea en la dirección de la 
carga 
𝑈 = 0,70 
 
.
.
.
.
.
. .
.
. .
𝑤 
𝑙 
𝐷 
𝑙 
𝐻 
𝑙 𝐵 
𝑙 𝐵 
𝑑 
𝑏𝑓 
𝐻 
.
.
 
 34 
8 Ángulos 
simples (si 𝑈 
es calculado 
según Caso 2, 
se permite 
utilizar el 
mayor valor). 
Con 4 o más conectores 
por línea en la dirección 
de la carga 
𝑈 = 0,80 
 
Con 2 o 3 conectores por 
línea en la dirección de la 
carga 𝑈 = 0,60 
 
𝒍= longitud de conexión en la dirección de la carga, mm; 𝒘= ancho plancha, mm; 𝒙= excentricidad de 
conexión, mm; 𝑩=ancho total del tubo rectangular, medido a 90° con respecto al plano de conexión, mm; 
𝑯= altura total del tubo rectangular, medido en el plano de conexión, mm. 
Adaptado de Norma NCh427/1 [Ref. 28], Tabla D3. Figuras adaptadas de Ref. 1, Tabla 4-1. 
 
 
3.5. Bloque de corte 
 
En las secciones anteriores se definieron los estados límites para elementos sometidos sólo a 
tracción pura, pero, dependiendo de la configuración de la conexión, el elemento puede quedar 
sometido a tracción en una cara y a corte en la cara perpendicular. El estado límite de rotura del 
bloque de corte puede controlar la resistencia de tracción, por lo que se debe verificar los extremos 
del miembro. El plano de falla usualmente ocurre a lo largo de los centros de los orificios de los 
pernos en conexiones apernadas y a lo largo del perímetro de conexiones soldadas. Para este modo 
de falla, se supone que el miembro en tracción se rompe debido al corte y la tracción, por lo cual, 
tanto el plano de falla de corte como el de tracción contribuyen a la resistencia del miembro. 
 
La resistencia nominal a la fractura en el bloque de corte se representa por la siguiente expresión 
(Ec. J4-5 de NCh427/1): 
 
 𝑃𝑛 = 0,6𝐹𝑢𝐴𝑛𝑣 + 𝑈𝑏𝑠𝐹𝑢𝐴𝑛𝑡 ≤ 0,6𝐹𝑦𝐴𝑔𝑣 + 𝑈𝑏𝑠𝐹𝑢𝐴𝑛𝑡 (3.9) 
𝜙𝑡 = 0,75 (𝐿𝑅𝐹𝐷); Ω = 2 (𝐴𝑆𝐷) 
Donde: 
𝐴𝑔𝑣 = Área bruta solicitada a corte (mm
2) 
𝐴𝑛𝑣 = Área neta solicitada a corte (mm
2) 
𝐴𝑛𝑡 =Área neta solicitada a tracción (mm
2) 
𝑈𝑏𝑠 =1,0 para tensión de tracción uniforme y 0,5 para tensión de tracción no uniforme. 
 
El término 𝑈𝑏𝑠 es un factor de reducción que toma en cuenta la distribución uniforme o no uniforme 
de la tensión. El caso más frecuente es tener una distribución de tensiones uniformes, para lo cual 
𝑈𝑏𝑠= 1,0. En la Figura 3.3 se muestran algunos ejemplos de este factor. 
 
 
 
 
35 
 
 
 
 
 
 
 
Ángulo soldado Conexiones de viga 
de una fila 
Extremos de ángulos Placas gusset 
 (a) Casos para cuando 𝑈𝑏𝑠 = 1,0 
 
 
 
 Conexiones de viga de múltiples filas 
 (b) Casos para cuando 𝑈𝑏𝑠 = 0,5 
Figura 3.3. Factor 𝑼𝒃𝒔 para distintas distribuciones de tensiones en el bloque de corte (Adaptado de Ref. 12, 
Figura C-J4.2). 
 
Se debe notar que cuando la resistencia por bloque de corte es insuficiente, ésta se puede 
incrementar alargando la conexión, ya sea aumentando la distancia del orificio hasta el borde, la 
separación de los pernos (paso) o el número de éstos. 
 
3.6. Miembros conectados por pasadores 
 
Es posible conectar perfiles tubulares que trabajan en tracción por medio de pasadores individuales, 
ya sea por razones estéticas o de funcionamiento, cuando se desea que la unión tenga capacidad de 
rotar. Este tipo de conexión se utiliza ocasionalmente en miembros en tracción con grandes cargas 
muertas, y no se recomienda cuando la variación de la carga viva es de tal magnitud que pueda 
causar desgaste del pasador. El diseño a tracción de la placa conectora en este tipo de unión se rige 
por la sección D5 de la norma NCh 427/1. 
 
La resistencia nominal en tracción de miembros conectados por pasadores debe ser el menor valor 
determinado de acuerdo con los estados límites de fractura por tracción, fractura por corte, 
aplastamiento y fluencia. 
 
Fractura en tracción en el área neta efectiva (Ec. D5-1 de NCh427/1): 
 𝑃𝑛 = 𝐹𝑢(2𝑡𝑏𝑒) (3.10) 
𝜙𝑡 = 0,75 (𝐿𝑅𝐹𝐷); Ω𝑡 = 2 (𝐴𝑆𝐷) 
Fractura en corte en el área efectiva (Ec. D5-2 de NCh427/1): 
 𝑃𝑛 = 0,6𝐹𝑢𝐴𝑠𝑡 (3.11) 
 
 36 
𝜙𝑠𝑡 = 0,75 (𝐿𝑅𝐹𝐷); Ω𝑠𝑡 = 2 (𝐴𝑆𝐷) 
 
Donde: 
𝐴𝑠𝑡 = Area de la superficie de falla por corte = 2𝑡(𝑎 + 𝑑 2⁄ ) 
a = distancia más corta desde el borde de la perforación del pasador hasta el borde del miembro 
medido paralelamente a la dirección de la fuerza 
𝑏𝑒 = 2𝑡 + 16 , mm, pero no más que la distancia entre el borde de la perforación y el borde de la 
parte medida en la dirección normal a la fuerza aplicada. 
d = diámetro del pasador 
t = espesor de la plancha 
 
Para aplastamiento en el área proyectada del pasador, se aplica la sección J7 de la norma, mientras 
que para fluencia en la sección bruta, se usa la sección D2.a. Los requisitos dimensionales de la 
sección D5.2 de la norma y las dimensiones indicadas previamente se ilustran en la Figura 3.4. 
 
 
 
 
 
 
 
𝑎 ≥ 1,33𝑏𝑒 
𝑤 ≥ 2𝑏𝑒 + 𝑑 
𝑐 ≥ 𝑎 
 
Figura 3.4. Requerimientos dimensionales para miembros conectados por pasadores (Ref. 12, Figura C-
D5.1). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
37 
3.7. Ejemplos de miembros en tracción 
 
Ejemplo 3.1 
Para el miembro apernado en tracción mostrado en la Figura 3.5, para el cual se especifica un acero 
estructural para construcciones generales, determinar la resistencia de diseño 𝜙𝑃𝑛. 
 
 
Figura 3.5. Detalles para Ejemplo 3.1. 
 
 
SOLUCIÓN 
Propiedades de la sección L100x100x12mm obtenidas de la Tabla 2.1.8 del Manual ICHA [Ref. 22]. 
�̅� = 29 𝑚𝑚 
𝐴𝑔 = 2271 𝑚𝑚
2 
De acuerdo con la Tabla 3-1-a del Manual ICHA, el gramil de un perfil L laminado, de 100 mm de lado, es: 
𝑔 = 55𝑚𝑚 
 
Factor de corte diferido: 
𝑈 = 1 −
�̅�
𝑙
= 1 −
29
75 𝑥 3
= 0,871 
Alternativamente, 𝑈 = 0,80 de la Tabla 3.1. El valor más grande de 𝑈 = 0,871se puede usar. 
 
Área neta del ángulo: 
𝐴𝑛 = 𝐴𝑔 − 𝐴ℎ = 2271 − (1 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜)𝑥 (
3
4
+
1
8
) 𝑥 25,4
𝑚𝑚
𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎
𝑥 12 = 2004,3 𝑚𝑚2 
 
Área neta efectiva del ángulo: 
𝐴𝑒 = 𝐴𝑛𝑈 = 2004,3 𝑥 0,871 = 1745,7 𝑚𝑚
2 
 
De la Ecuación(3.1), la resistencia por fluencia en el área bruta es: 
𝜙𝑡𝑃𝑛 = 𝜙𝑡𝐹𝑦𝐴𝑔 = 0,9 𝑥 270 𝑥 2271 = 551853 𝑁 = 551,9 𝑘𝑁 
De la Ecuación(3.2), la resistencia por rotura en el área neta efectiva es: 
𝜙𝑡𝑃𝑛 = 𝜙𝑡𝐹𝑢𝐴𝑒 = 0,75 𝑥 410 𝑥 1745,7 = 536803 𝑁 = 536,8 𝑘𝑁 
 
Dimensiones del bloque de corte del ángulo:𝐴𝑔𝑣 = (50 + 75 𝑥 3)𝑥 12 = 3300 𝑚𝑚
2 
𝐴𝑔𝑡 = 45 𝑥 12 = 540 𝑚𝑚
2 
𝐴𝑛𝑣 = 𝐴𝑔𝑣 − ∑𝐴ℎ = 3300 − (3,5 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜𝑠)𝑥 (
3
4
+
1
8
) 𝑥 25,4
𝑚𝑚
𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎
𝑥 12 = 2366,6𝑚𝑚2 
181818
𝑃𝑢 
75mm 75mm 75mm 
L100x100x12 Acero A270ES 4 pernos de 3/4 
pulgadas 
 
 38 
𝐴𝑛𝑡 = 𝐴𝑔𝑡 − ∑𝐴ℎ = 540 − (0,5 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜𝑠)𝑥 (
3
4
+
1
8
) 𝑥 25,4
𝑚𝑚
𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎
𝑥 12 = 406,7𝑚𝑚2 
𝑈𝑏𝑠 = 1,0 
 
Figura 3.6. Bloque de corte del ángulo. 
 
De la Ecuación(3.9), la resistencia por bloque de corte es: 
𝜙𝑃𝑛 = 𝜙(0,60𝐹𝑢𝐴𝑛𝑣 + 𝑈𝑏𝑠𝐹𝑢𝐴𝑛𝑡) ≤ 𝜙(0,60𝐹𝑦𝐴𝑔𝑣 + 𝑈𝑏𝑠𝐹𝑢𝐴𝑛𝑡) 
𝜙𝑃𝑛 = 0,75 𝑥 (0,60 𝑥 410 𝑥2366,6 + 1,0 𝑥 410 𝑥 406,7) = 561698 𝑁 = 561,7 𝑘𝑁 
≤ 0,75 𝑥 (0,60 𝑥 270 𝑥3300 + 1,0 𝑥410 𝑥406,7) = 526010 𝑁 = 526,0 𝑘𝑁 
 
El valor más pequeño controla, por lo tanto 𝜙𝑃𝑛 = 526,0 𝑘𝑁 
 
Resumen 
Modo de falla por fluencia: 𝜙𝑃𝑛 = 551,9 𝑘𝑁 
Modo de falla por rotura: 𝜙𝑃𝑛 = 536,8 𝑘𝑁 
Modo de falla por bloque de corte: 𝜙𝑃𝑛 = 526,0 𝑘𝑁 
 
Finalmente, la resistencia de diseño es 𝜙𝑃𝑛 = 526,0 𝑘𝑁 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1818 1818
1
5
75mm 75mm 75mm 50 mm 
45 mm 
𝑃𝑢 
 
 
 
39 
Ejemplo 3.2 
Para el miembro soldado en tracción mostrado en la Figura 3.7, determinar el factor de corte diferido 𝑈, el 
área neta 𝐴𝑛, el área neta efectiva 𝐴𝑒 y la resistencia de diseño 𝜙𝑃𝑛. 
 
 
Figura 3.7. Detalles para Ejemplo 3.2. 
 
SOLUCIÓN 
Propiedades de la sección L100x100x12 obtenidas de la Tabla 2.1.8 del Manual ICHA 
�̅� = 29𝑚𝑚; 𝐴𝑔 = 2271𝑚𝑚
2 
 
Factor de corte diferido: Para soldaduras de largos desiguales, según el comentario de la sección D3 de 
AISC 360-10, se usa el largo promedio (Ver Figura C-D3.4 Ref. 12). Por lo tanto 𝑙 = 100 𝑚𝑚. 
 
𝑈 = 1 −
�̅�
𝑙
= 1 −
29
100
= 0,71 
No hay un valor alternativo de ángulos soldados para usar en la Tabla 3.1, por lo tanto 𝑈 = 0,71. 
Dado que no hay orificios 𝐴𝑛 = 𝐴𝑔 = 2271 𝑚𝑚
2 
 
Área neta efectiva del ángulo: 
𝐴𝑒 = 𝐴𝑛𝑈 = 2271 𝑥 0,71 = 1612,4 𝑚𝑚
2 
De la Ecuación(3.1), la resistencia por fluencia en el área bruta es: 
𝜙𝑡𝑃𝑛 = 𝜙𝑡𝐹𝑦𝐴𝑔 = 0,9 𝑥 270 𝑥 2271 = 551853 𝑁 = 551,9 𝑘𝑁 
De la Ecuación(3.2), la resistencia por rotura en el área neta efectiva es: 
𝜙𝑡𝑃𝑛 = 𝜙𝑡𝐹𝑢𝐴𝑒 = 0,75 𝑥 410 𝑥 1612,4 = 495813 𝑁 = 495,8 𝑘𝑁 
 
Dado que los elementos se conectan por medio de soldadura, no se produce bloque de corte en el ángulo. 
Finalmente, la resistencia de diseño es 𝜙𝑃𝑛 = 495,8 𝑘𝑁 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
24
36
L100x100x12 Acero A270ES 
𝑃𝑢 
120mm 
80mm 
 
 40 
Ejemplo 3.3 
Determinar la máxima carga en tracción que puede ser aplicada en el ángulo mostrado en la Figura 3.8. El 
ángulo es de acero ASTM A36, conectado con cuatro pernos de 3/4 pulgadas de diámetro. 
 
 
 
Figura 3.8. Detalles para Ejemplo 3.3. 
 
SOLUCIÓN 
Propiedades de la sección L152x102x9,5 obtenidas de la Tabla 2.2.5 del Manual ICHA. 
�̅� = 24,1 𝑚𝑚 
𝐴𝑔 = 2320 𝑚𝑚
2 
𝑡 = 9,5 𝑚𝑚 
 
Factor de corte diferido: 
𝑈 = 1 −
�̅�
𝑙
= 1 −
24,1
3 𝑥 38
= 0,789 
Alternativamente, 𝑈 = 0,60 de la Tabla 3.1. El valor más grande de 𝑈 = 0,789 se puede usar. 
 
Área neta del ángulo: 
𝐴𝑛 = 𝐴𝑔 − ∑𝑑ℎ𝑡 + ∑
𝑠2
4𝑔
𝑡 
 
Para el plano de falla ABC (Figura 3.9) 
𝐴𝑛 = 2320 − (1 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜)𝑥 (
3
4
+
1
8
) 𝑥 25,4
𝑚𝑚
𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎
𝑥 9,5 + 0 = 2108,9 𝑚𝑚2 
Para el plano de falla ABDE: 
𝐴𝑛 = 2320 − (2 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜𝑠)𝑥 (
3
4
+
1
8
) 𝑥 25,4
𝑚𝑚
𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎
𝑥 9,5 +
382
4 𝑥 75
𝑥 9,5 = 1943, 5 𝑚𝑚2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
L152x102x9,5 
Acero ASTM A36 
 
Placa gusset 𝑡=12 mm 
3 @ 38 mm 
38,5 mm 
38,5 mm 
g = 75 mm 
𝑃𝑢 
102 mm 
 �̅� 
 
 
 
41 
 
 
Figura 3.9. Planos de falla del ángulo. 
 
El plano de falla a lo largo de la línea ABDE controla, ya que tiene un área neta más pequeña. 
 
Área neta efectiva del ángulo: 
𝐴𝑒 = 𝐴𝑛𝑈 = 1943,5 𝑥 0,789 = 1533,4 𝑚𝑚
2 
De la Ecuación(3.1), la resistencia por fluencia en el área bruta es: 
𝜙𝑡𝑃𝑛 = 𝜙𝑡𝐹𝑦𝐴𝑔 = 0,9 𝑥 248 𝑥 2320 = 517824 𝑁 = 517,8 𝑘𝑁 
De la Ecuación(3.2), la resistencia por rotura en el área neta efectiva es: 
𝜙𝑡𝑃𝑛 = 𝜙𝑡𝐹𝑢𝐴𝑒 = 0,75 𝑥 400 𝑥 1533,4 = 460020 𝑁 = 460,0 𝑘𝑁 
 
Dimensiones del bloque de corte del ángulo: 
Se selecciona el mismo plano de falla ABDE (Figura 3.10) que controló el área neta. 
𝐴𝑔𝑣 = (40 + 76 + 38)𝑥 9,5 = 1463 𝑚𝑚
2 
𝐴𝑔𝑡 = (75 + 38,5) 𝑥 9,5 = 1078,3 𝑚𝑚
2 
𝐴𝑛𝑣 = 𝐴𝑔𝑣 − ∑𝐴ℎ = 1463 − (1,5 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜𝑠)𝑥 (
3
4
+
1
8
) 𝑥 25,4
𝑚𝑚
𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎
𝑥 9,5 = 1146,3𝑚𝑚2 
𝐴𝑛𝑡 = 𝐴𝑔𝑡 − ∑𝐴ℎ = 1078,3 − (1,5 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜𝑠)𝑥 (
3
4
+
1
8
) 𝑥 25,4
𝑚𝑚
𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎
𝑥 9,5 + 
382
4 𝑥 75
𝑥 9,5
= 807,3𝑚𝑚2 
 
Se desarrolla el bloque de corte para el plano ABC (Figura 3.10), a modo de comparación. Las áreas 𝐴𝑔𝑣, 
𝐴𝑔𝑡 y 𝐴𝑛𝑣 son iguales al caso anterior. 
𝐴𝑛𝑡 = 𝐴𝑔𝑡 − ∑𝐴ℎ = 1078,3 − (0,5 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜𝑠)𝑥 (
3
4
+
1
8
) 𝑥 25,4
𝑚𝑚
𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎
𝑥 9,5 = 972,7𝑚𝑚2 
El área neta en tracción 𝐴𝑛𝑡 para el plano de falla ABC es mayor que el ABDE, por lo tanto se verifica que el 
plano de falla diagonal controla. 
𝑈𝑏𝑠 = 1,0 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
38
A 
B 
C 
D 
E 
𝑠 
 
 42 
 
 
Figura 3.10. Bloques de corte para distintos planos de falla del ángulo. 
 
De la Ecuación(3.9), la resistencia por bloque de corte es: 
𝜙𝑃𝑛 = 𝜙(0,60𝐹𝑢𝐴𝑛𝑣 + 𝑈𝑏𝑠𝐹𝑢𝐴𝑛𝑡) ≤ 𝜙(0,60𝐹𝑦𝐴𝑔𝑣 + 𝑈𝑏𝑠𝐹𝑢𝐴𝑛𝑡) 
𝜙𝑃𝑛 = 0,75 𝑥 (0,60 𝑥 400 𝑥1146,3 + 1,0 𝑥 400 𝑥 807,3) 
≤ 0,75 𝑥 (0,60 𝑥 248 𝑥1463 + 1,0 𝑥400 𝑥807,3) 
 
𝜙𝑃𝑛 = 448524 𝑁 ≥ 405460,8 𝑁 = 448,5 𝑘𝑁 ≥ 405,5 𝑘𝑁 
 
El valor más pequeño controla, por lo tanto 𝜙𝑃𝑛 = 405,5 𝑘𝑁 
 
Resumen 
Modo de falla por fluencia: 𝜙𝑃𝑛 = 517,8 𝑘𝑁 
Modo de falla por rotura: 𝜙𝑃𝑛 = 460,0 𝑘𝑁 
Modo de falla por bloque de corte:𝜙𝑃𝑛 = 405,5 𝑘𝑁 
 
Finalmente, la resistencia de diseño es 𝜙𝑃𝑛 = 405,5 𝑘𝑁 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
38mm 76mm 40mm 38mm 76mm 40mm 
75mm 
38,5mm 
75mm 
38,5mm 
 
 
 
43 
Ejemplo 3.4 
Determinar si el canal es adecuado para la carga en tracción aplicada mostrada en la Figura 3.11. El canal 
está conectado con cuatro pernos de 5/8 pulgadas de diámetro. 
 
 
Figura 3.11. Detalles para Ejemplo 3.4. 
 
SOLUCIÓN 
Propiedades de la sección C200x17,1 obtenidas de la Tabla 2.2.4 del Manual ICHA. 
�̅� = 14,4 𝑚𝑚 
𝐴𝑔 = 2170 𝑚𝑚
2 
𝑡𝑤 = 5,6 𝑚𝑚
 
 
Factor de corte diferido: 
𝑈 = 1 −
�̅�
𝑙
= 1 −
14,4
100
= 0,856 
No hay un valor alternativo de canales para usar en la Tabla 3.1, por lo tanto 𝑈 = 0,856. 
 
Área neta del canal: 
𝐴𝑛 = 𝐴𝑔 − 𝐴ℎ = 2170 − (2 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜𝑠)𝑥 (
5
8
+
1
8
) 𝑥25,4
𝑚𝑚
𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎
𝑥5,6 = 1956,6𝑚𝑚2 
Área neta efectiva del canal: 
𝐴𝑒 = 𝐴𝑛𝑈 = 1956,6𝑥0,856 = 1674,9𝑚𝑚
2 
 
De la Ecuación(3.1), la resistencia por fluencia en el área bruta es: 
𝜙𝑡𝑃𝑛 = 𝜙𝑡𝐹𝑦𝐴𝑔 = 0,9𝑥248𝑥2170 = 484344𝑁 = 484,3𝑘𝑁 > 𝑃𝑢 = 330 𝑘𝑁 
 
De la Ecuación(3.2), la resistencia por rotura en el área neta efectiva es: 
𝜙𝑡𝑃𝑛 = 𝜙𝑡𝐹𝑢𝐴𝑒 = 0,75𝑥400𝑥1674,9 = 502470𝑁 = 502,5𝑘𝑁 > 𝑃𝑢 = 330 𝑘𝑁 
 
Dimensiones del bloque de corte del canal: 
𝐴𝑔𝑣 = (2𝑝𝑙𝑎𝑛𝑜𝑠) 𝑥(100 + 40)𝑥5,6 = 1568𝑚𝑚
2 
𝐴𝑔𝑡 = 103𝑥5,6 = 576, 8 𝑚𝑚
2 
𝑃𝑢 = 330kN 
40mm 100mm 40mm 
50 mm 
50 mm 
103 mm 
�̅� 
C200x17,1 Acero ASTM 
A36 
Placa gusset 𝑡=10mm 
 
 44 
𝐴𝑛𝑣 = 𝐴𝑔𝑣 − ∑𝐴ℎ = 1568 − (2𝑝𝑙𝑎𝑛𝑜𝑠)𝑥(1,5 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜𝑠)𝑥 (
5
8
+
1
8
) 𝑥25,4
𝑚𝑚
𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎
𝑥5,6 = 1248𝑚𝑚2 
𝐴𝑛𝑡 = 𝐴𝑔𝑡 − ∑𝐴ℎ = 576,8 − (1𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜)𝑥 (
5
8
+
1
8
) 𝑥25,4
𝑚𝑚
𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎
𝑥5,6 = 470,1𝑚𝑚2 
𝑈𝑏𝑠 = 1,0 
 
De la Ecuación(3.9), la resistencia por bloque de corte es: 
𝜙𝑃𝑛 = 𝜙(0,60𝐹𝑢𝐴𝑛𝑣 + 𝑈𝑏𝑠𝐹𝑢𝐴𝑛𝑡) ≤ 𝜙(0,60𝐹𝑦𝐴𝑔𝑣 + 𝑈𝑏𝑠𝐹𝑢𝐴𝑛𝑡) 
𝜙𝑃𝑛 = 0,75𝑥 (0,60𝑥400𝑥1248+ 1,0𝑥400𝑥470,1) 
≤ 0,75𝑥 (0,60𝑥248𝑥1568 + 1,0𝑥400𝑥470,1) 
𝜙𝑃𝑛 = 365670𝑁 ≥ 316018,8𝑁 = 365,7 𝑘𝑁 ≥ 316,0 𝑘𝑁 
 
 
Figura 3.12. Bloque de corte para el canal. 
 
El valor más pequeño controla la resistencia del canal por bloque de corte. Finalmente, la capacidad de la 
conexión es 𝜙𝑃𝑛 = 316,0 𝑘𝑁. 
 
Para completar la verificación, se puede calcular la resistencia del bloque de corte de la placa gusset. Las 
dimensiones del bloque de corte se muestran en la Figura 3.13. Figura 3.13. Ya que para este ejemplo las 
dimensiones son las mismas que las del bloque de corte del canal, y sólo cambia el espesor de la placa, no 
es necesario repetir todos los cálculos y la resistencia simplemente se puede calcular amplificando la 
resistencia del bloque de corte del canal por la razón entre espesores, 10/5,6. Así, la resistencia de la placa 
gusset por bloque de corte es 𝜙𝑃𝑛 = 564,3 𝑘𝑁. De todas formas, dependiendo de la configuración 
geométrica del gusset, es posible que otros modos de falla distintos al bloque de corte controlen su 
resistencia. 
 
40mm 100mm 
50 mm 
50 mm 
103 mm 𝑃𝑢 = 330 kN 
 
 
 
45 
 
Figura 3.13. Bloque de corte para la placa gusset. 
40mm 100mm 
103 mm 
𝑃𝑢 = 330 kN 
 
 46 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
47 
4.1. Introducción 
Las conexiones apernadas y soldadas son muy comunes en la actualidad, y reemplazaron totalmente 
el uso de las conexiones remachadas. Estas dos últimas requieren trabajadores especializados tanto 
para su instalación como su inspección. Además, las conexiones remachadas son más peligrosas, ya 
que para instalarlas necesitan ser calentadas a temperaturas muy altas. Por su parte, los pernos 
como material y el proceso de fabricación de la conexión apernada (debido a la precisión geométrica 
requerida) tienen un costo más elevado, pero resulta ser un mecanismo más fácil y rápido de 
instalar, debido a la utilización de mano de obra menos especializada. Esto va acompañado de un 
amplio margen de seguridad en su ejecución y la posibilidad de reemplazar partes de la estructura 
que puedan estar dañadas. 
 
En este capítulo se presentan los principales conceptos de uniones apernadas y soldadas. Se explican 
los tipos de uniones apernadas y soldadas, disposiciones básicas de detallamiento y las ecuaciones 
de diseño para corte y tracción. 
 
4.2. Conexiones apernadas 
 
4.2.1. Tipos de pernos 
 
Existen varios tipos de pernos que se utilizan para conectar elementos de acero. Por una parte, se 
encuentran los pernos ordinarios o comunes, que se usan generalmente en estructuras secundarias 
livianas sometidas a cargas estáticas y miembros secundarios tales como costaneras, riostras, 
plataformas, enrejados pequeños, entre otros. Estos poseen una baja capacidad de carga y se 
designan como pernos A307. Por otro lado, se presentan los pernos de alta resistencia, los cuales 
tienen el doble o más de la capacidad de los pernos ordinarios y son aptos para todo tipo de 
estructuras sometidas tanto a cargas estáticas como dinámicas. Así, según la sección 8.5.1 de la 
norma NCh2369Of.2003 [Ref. 24], los pernos de conexiones sismorresistentes deben ser de alta 
resistencia. El uso de pernos de alta resistencia, de acuerdo con la sección J3.1 de la norma NCh 
427/1, debe satisfacer las disposiciones de la Especificación RCSC (Specification for Structural Joints 
Using High Strength Bolts, Ref. 32). Los pernos de alta resistencia se agrupan de acuerdo con la 
resistencia del material según lo siguiente: 
 
Grupo A: ASTM A325, A325M, F1852, A354 Grado BC y A449. 
Grupo B: ASTM A490, A490M, F2280, A354 Grado BD. 
 
En la Tabla 4.1 se presentan las tensiones nominales de corte y tracción de los pernos A325 y A490, 
que son los más utilizados en la práctica. 
Tabla 4.1. Tensiones nominales de pernos de alta resistencia. 
Tipo de perno Esfuerzo de corte nominal 𝑭𝒏𝒗 MPa Esfuerzo de tracción nominal 𝑭𝒏𝒕 MPa 
A325N 372 620 
A325X 469 620 
A490N 469 780 
A490X 579 780 
N: el hilo no está excluido del plano de corte, X: el hilo está excluido del plano de corte. 
Adaptado de norma NCh427/1, Tabla J3.2. 
 
 48 
Cabe señalar que en conexiones que consisten en pocos pernos y de largo que no exceda 
aproximadamente 400 mm, los efectos de la deformación diferencial en el corte de los pernos son 
despreciables (ver Comentarios Sección J3.6 Ref.12). En conexiones más largas la deformación 
diferencial produce una distribución dispareja de la carga entre los pernos, por lo que se reduce la 
resistencia máxima por perno. La norma NCh 427/1 no limita el largo, pero establece en el pie de la 
Tabla J3.2 que para conexiones de largo mayor que 965 mm, la resistencia al corte debe reducirse a 
un 83.3% de los valores tabulados. 
 
Cuando los requisitos para pernos no se pueden cumplir de acuerdo con las limitaciones de la 
Especificación RCSC, debido a que la longitud requerida excede 12 diámetros o los diámetros 
exceden de 38 mm, se permite utilizar pernos o barras roscadas de material conforme al Grupo A o 
B. En cuanto a los pernos de anclaje, preferentemente se deben usar los pernos F1554 (sección A.3-
5 de la norma NCh427/1). 
 
4.2.2. Tipos de juntas 
 
Existen tres tipos de juntas apernadas de alta resistencia: de apriete ajustado, pretensionada y de 
fricción o deslizamiento crítico. Se diferencian en la cantidad de fuerza de apriete que se les aplica 
y la resistencia al desplazamiento que presentan. El área de contacto entre las partes conectadas se 
llama superficie de ajuste. 
 
La junta de apriete ajustado, según la sección J.3-1 de la norma NCh427/1, se refiere a la condición 
de apriete para llevar los elementos conectados a un contacto firme. Este tipo de junta permite, en 
cierto grado, el desplazamiento de tales elementos (producto del incremento del diámetro del 
agujero con respecto al del perno), lo que produce un aplastamiento en el vástago de los pernos 
que los atraviesan. Cuando esto ocurre se definen planos de corte según el número de secciones de 
traspaso de carga, donde se tiene corte simple si existe un plano de traspaso de carga y corte 
múltiple si existen varios. Se puede observar este efecto en la Figura 4.1, la cual muestra una 
conexión apernada en cortante doble. Es importante notar que cuando se presentan juntas con más 
de tres miembros, la resistencia se calcula considerando a lo más un cortante doble ya que es poco 
probable que la falla se produzca en todos los planos. Esta junta se puede utilizar en conexiones de 
corte y conexiones sometidas solo a tracción, pero no se permite cuando se utilizan pernos A490 
sometidos a tracción. Se puede obtener mediante un apriete manual con una llave de cola o con 
unos cuantos golpes con una llave de impacto y no necesita una inspección detallada, visualmente 
basta. 
 
 
Figura 4.1. Cortante doble para conexión tipo aplastamiento. 
 
Aplastamiento 
𝑃 
𝑃
2
 
𝑃
2
 
 
 
 
49 
La junta pretensionada consiste en la aplicación de un esfuerzo de tracción en los pernos igual al 
70% de la tensión de tracción nominal, como mínimo. Los valores de la tracción aplicada de acuerdo 
con tamaño del perno se muestran en la Tabla 4.2. 
La pretensión que se suministra hace que los elementos queden fuertemente conectados entre sí, 
permitiendo que se genere fricción entre ellos, lo cual se traduce en una considerable resistencia al 
deslizamiento. Este tipo de junta se utiliza en conexiones sometidas a cargas sísmicas (que involucra 
inversión de las cargas) y fatiga por tracción (donde no hay inversión de cargas). Cuando se utilicen 
pernos A490, éstos se deben pretensionar si están sometidos a tracción o a una combinación de 
tracción y corte, aun cuando no se presente fatiga. Para obtener esta junta, primero se debe 
alcanzar la condición de apriete ajustado y luego aplicar un método de apriete para llegar a la 
pretensión deseada. 
 
Se definen cuatro métodos de apriete de pernos de alta resistencia: método del giro de la tuerca,método de la llave calibrada, indicador de tracción directa y pernos de tensión controlada. Estos 
métodos se describen en la sección 4.5 de la Referencia 34 y en la sección 8.2 de la Referencia 33. 
 
Tabla 4.2. Pretensión mínima de pernos de alta resistencia. 
Diámetro del perno pulgadas A325 
kN 
A490 kN 
1
2⁄ 53 67 
5
8⁄ 85 107 
3
4⁄ 125 156 
7
8⁄ 173 218 
1 227 285 
1 1 8⁄ 249 356 
1 1 4⁄ 316 454 
1 3 8⁄ 378 538 
1 1 2⁄ 458 658 
Pretensión mínima = 0,70𝐹𝑛𝑡𝐴𝑏 
 Adaptado de norma NCh427/1, Tabla J3.1. 
La junta de deslizamiento crítico es similar a la pretensionada, ya que la instalación de los pernos se 
realiza de la misma manera, es decir, sometidos a pretensión (valores indicados en la Tabla). La 
diferencia radica en el tratamiento de la superficie de contacto de los elementos o de empalme, de 
manera que se provea un coeficiente de fricción adecuado. 
 
Figura 4.2. Perno en conexión tipo fricción. 
 
𝑃 
 
 
𝑃 
 
 
 50 
 
Cuando se tiene una junta de apriete ajustado, la conexión se denomina tipo aplastamiento (ver 
Figura 4.1), ya que es posible que los elementos se desplacen, aplastando a los pernos que los 
conectan. En cambio, cuando se tiene una junta pretensionada o de deslizamiento crítico, se habla 
de conexión tipo fricción (ver Figura 4.2), ya que se presenta resistencia al deslizamiento debido a 
la fricción producida. Sin embargo, la resistencia de diseño de la junta pretensionada se calcula de 
la misma manera que la de apriete ajustado, suponiendo que con el tiempo la fricción se pierde o la 
fuerza de fricción es excedida. La junta de deslizamiento crítico tiene una expresión propia que no 
se enseña en este texto por la misma razón anterior y además porque se recomienda diseñar la 
mayor parte de las conexiones como si fueran de tipo aplastamiento, pero teniendo en cuenta que 
se deben instalar con la pretensión indicada para conexiones tipo deslizamiento crítico (sección 
8.5.6 de la norma NCh2369Of.2003 [Ref. 24]). 
La aplicabilidad de cada tipo de unión apernada se explica a continuación. En primer lugar, según la 
sección 4.3 de la Especificación RCSC, se requiere de uniones críticas al deslizamiento en los 
siguientes casos que involucren corte o combinación de tracción y corte: 
- Uniones sometidas a cargas de fatiga con inversión de la dirección de la carga. 
- Uniones con agujeros sobredimensionados 
- Uniones con agujeros ovalados, excepto cuando la dirección de la carga es perpendicular a 
la dirección del lado largo del agujero. 
- Uniones es que el deslizamiento en las superficies de contacto afecte al rendimiento de la 
estructura. 
 
Los requerimientos de la superficie de contacto para uniones de deslizamiento crítico se describen 
en la sección 3.2.2 de la Especificación RCSC. 
 
Por otra parte, según la sección 4.2 de la Especificación RCSC se requieren conexiones 
pretensionadas pero no de deslizamiento crítico en los siguientes casos: 
- Uniones sometidas a inversión de carga significativa, uniones con fatiga sin inversión de 
carga. 
- Uniones con pernos A325 sometidos a fatiga en tracción. 
- Uniones con pernos A490 sometidos a tracción o tracción-corte con o sin fatiga. 
- Además, en la sección J1.10 de la norma NCh 427/1 se establece que en los siguientes casos 
debe utilizarse conexiones pretensionadas: 
- Empalmes de columnas en estructuras de pisos múltiples por sobre 38 m de altura 
- Conexiones de todas las vigas a columnas y a cualquier otra viga que fije un arriostramiento 
de columna en estructuras por sobre los 38 m de altura. 
- En varias conexiones de estructuras que soporten grúas sobre 50 kN de capacidad. 
- En conexiones para soporte de maquinaria y otras cargas vivas que produzcan cargas de 
impacto o cargas reversibles. 
 
En la práctica nacional para el diseño y montaje de conexiones apernadas se considera que todos 
los pernos en conexiones sometidas a cargas sísmicas deben ser pretensionados. 
 
Finalmente, se permite que los pernos sean instalados con apriete ajustado en conexiones tipo 
aplastamiento excepto por lo indicado en la sección E6 y J1.10 de la norma NCh 427/1, y en 
aplicaciones de tracción o combinación de corte-tracción, para pernos del grupo A, donde la pérdida 
de apriete o fatiga no se consideren en el diseño. 
 
 
 
 
51 
4.2.3. Tipos de orificios 
 
El tipo de orificio más usado en conexiones es el de tamaño estándar (STD), es decir, 1/16 pulgadas 
más grande que el diámetro del perno expresado también en pulgadas. Además de éste, existen 
otros tres tipos de orificios: sobretamaño (OVS), de ranura corta (SSL) y de ranura larga (LSL). El uso 
de cada uno de ellos se detalla en la sección J.3-2 de la norma NCh427/1. Los tipos de orificios 
anteriormente mencionados se muestran en la Figura 4.3, y el detalle de sus dimensiones, de 
acuerdo con el tamaño del perno utilizado, se presenta en la Tabla 4.3. Se debe recordar, del 
capítulo de miembros en tracción, que se adiciona 1/16 pulgadas (o 2 mm) al tamaño nominal del 
orificio por efectos de punzonamiento del perno sobre él. 
 
a) Estándar (STD) b) Sobretamaño (OVS) 
 
c) Ranura corta (SSL) c) Ranura larga (LSL) 
 
Figura 4.3. Tipos de orificios para conexiones apernadas. 
 
Tabla 4.3. Dimensiones de agujero nominal. 
Diámetro 
del perno 
pulgadas 
Dimensiones agujero 
Estándar 
(Dia.) 
Sobretamaño 
(Dia.) 
Ranura corta 
(Ancho x Largo) 
Ranura larga 
(Ancho x Largo) 
1
2⁄ 
9
16⁄ 
5
8⁄ 
9
16⁄ 𝑥
11
16⁄ 
9
16⁄ 𝑥 1
1
4⁄ 
5
8⁄ 
11
16⁄ 
13
16⁄ 
11
16⁄ 𝑥
7
8⁄ 
11
16⁄ 𝑥 1
9
16⁄ 
3
4⁄ 
13
16⁄ 
15
16⁄ 
13
16⁄ x 1 
13
16⁄ 𝑥 1
7
8⁄ 
7
8⁄ 
15
16⁄ 1
1
16⁄ 
15
16⁄ 𝑥 1
1
8⁄ 
15
16⁄ 𝑥 2
3
16⁄ 
1 1 1 16⁄ 1
1
4⁄ 1
1
16⁄ 𝑥 1
5
16⁄ 1
1
16⁄ 𝑥 2
1
2⁄ 
≥ 1 1 8⁄ 𝑑𝑏 +
1
16⁄ 𝑑𝑏 +
5
16⁄ (𝑑𝑏 +
1
16⁄ )𝑥(𝑑𝑏 +
3
8⁄ ) (𝑑𝑏 +
1
16⁄ )𝑥(2,5 𝑑𝑏) 
Norma NCh427/1, Tabla J3.3. 
Para placas base de columnas las perforaciones son más grandes, ya que se debe generar mayor 
tolerancia para el proceso de montaje de los pernos de anclaje. En la Parte 14 del Manual AISC [Ref. 
9] se recomiendan los valores presentados en la Tabla 4.4. 
 
 
 52 
Tabla 4.4. Tamaño recomendado del orificio para placas base de columnas. 
Diámetro del perno de anclaje pulgadas Diámetro del orificio pulgadas 
3
4⁄ 1
5
16⁄ 
7
8⁄ 1
9
16⁄ 
1 1 13 16⁄ 
1 1 4⁄ 2
1
16⁄ 
1 1 2⁄ 2
5
16⁄ 
1 3 4⁄ 2
3
4⁄ 
2 3 1 4⁄ 
2 1 2⁄ 3
3
4⁄ 
 Adaptado de Ref. 9,Tabla 14-2. 
 
4.2.4. Espaciamiento requerido de orificios 
 
El espaciamiento de los orificios entre sí, según la sección J.3-3 de la norma NCh427/1, es como 
mínimo 2 2/3 veces el diámetro del perno (𝑑𝑏) para prevenir fallas por tracción en el miembro, pero 
se recomienda utilizar una distancia de 3𝑑𝑏. Esto es válido para todos los tipos de orificios. 
 
Por otro lado, la distancia desde el centro de un orificio estándar hasta cualquier borde del 
elemento, de acuerdo con la sección J.3-4 de la norma NCh427/1, deber ser la que se especifica en 
la Tabla 4.5, teniendo en cuenta que se cumpla con la resistencia al aplastamiento. Para los otros 
tipos de agujeros se debe incrementar esta distancia según lo que indica la Tabla J3.5 de la misma 
norma. Es importante respetar el espaciamiento recomendado por la norma para evitar la rotura 
del miembro y el desgarramiento en los extremos. 
 
Tabla 4.5. Distancia mínima de un orificio estándar a un borde del elemento. 
Diámetro del perno pulgadas Distancia mínima al borde pulgadas 
1
2⁄ 
3
4⁄ 
5
8⁄ 
7
8⁄ 
3
4⁄ 1 
7
8⁄ 1
1
8⁄ 
1 1 1 4⁄ 
1 1 8⁄ 1
1
2⁄ 
1 1 4⁄ 1
5
8⁄ 
> 1 1 4⁄ 1
1
4⁄ 𝑑𝑏 
Norma NCh427/1, Tabla J3.4. 
 
También en la norma NCh427/1, sección J.3-5, se establece un límite superior para el espaciamiento 
de los pernos con el fin de evitar el ingreso de humedad entre los elementos conectados, impidiendo 
a su vez, que se genere corrosión. La distancia máxima desde el centro