Evaluación del comportamiento mecánico de una conexión viga-colum

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Universidad de La Salle Universidad de La Salle 
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle 
Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería 
2019 
Evaluación del comportamiento mecánico de una conexión viga-Evaluación del comportamiento mecánico de una conexión viga-
columna, en perfiles de lámina delgada con un nudo relleno de columna, en perfiles de lámina delgada con un nudo relleno de 
mortero mortero 
Elkin Fabián Pineda Ramírez 
Universidad de La Salle, Bogotá 
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1 
 
EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE UNA CONEXIÓN 
VIGA-COLUMNA, EN PERFILES DE LÁMINA DELGADA CON UN NUDO 
RELLENO DE MORTERO 
 
 
 
 
 
 
 
 
Elkin Fabián Pineda Ramírez 
40131086 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Universidad de la Salle 
Facultad de Ingeniería, Programa de Ingeniería Civil 
Bogotá, Colombia 
2019 
2 
EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE UNA CONEXIÓN 
VIGA-COLUMNA, EN PERFILES DE LÁMINA DELGADA CON UN NUDO 
RELLENO DE MORTERO 
 
 
 
Elkin Fabián Pineda Ramírez 
40131086 
 
Tesis de investigación presentada como requisito parcial para obtener el título de: 
Ingeniero Civil 
 
 
Director: 
Ing. Xavier Fernando Hurtado Amezquita 
 
 
Línea de Investigación: 
Diseño Estructural 
 
 
 
Universidad de la Salle 
Facultad de Ingeniería, Programa de Ingeniería Civil 
Bogotá, Colombia 
2019 
3 
Agradecimientos 
Al Ingeniero Xavier Hurtado, por su constante colaboración, paciencia y apoyo 
durante el desarrollo de esta investigación. 
A “Lucho” que en su función de laboratorista contribuyo en la correcta ejecución de 
los ensayos experimentales que se llevaron a cabo para el desarrollo del proyecto. 
Al programa de Ingeniería Civil, por su colaboración y apoyo durante el proceso de 
formación profesional. 
A CIL Ltda, que nos facilitó sus instalaciones y personal calificado para la 
construcción de cada uno de los elementos que constituyeron los modelos de 
estudio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
Dedicatoria 
 
 
 
A mis padres Miguel y Clara que con su infinito amor y 
paciencia me han brindado las herramientas y las ganas 
de siempre querer salir adelante, esto es solo una 
pequeña recompensa al sacrificio de toda una vida de 
esfuerzos, amor y comprensión. 
Y finalmente a mi hermano, Pedrito que es una forma 
de demostrarnos que efectivamente todos podemos y 
que la familia siempre es y será lo primero 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
TABLA DE CONTENIDO 
Lista de Figuras .................................................................................................... 7 
Lista de Tablas ...................................................................................................... 9 
Introducción ......................................................................................................... 10 
CAPITULO I .......................................................................................................... 12 
Marco de Referencia ........................................................................................... 12 
1.1. Antecedentes (Estado del Arte) ............................................................... 12 
1.2. Marco Teórico .......................................................................................... 27 
1.2.1. Confiabilidad Estructural .................................................................... 27 
1.2.2. Incertidumbre durante el proceso de construcción ............................ 27 
1.2.3. Diseño Estructural ............................................................................. 27 
1.2.3.1. Diseño Sismo – Resistente ............................................................ 29 
1.2.3.1.1. Ductilidad .................................................................................... 29 
1.2.3.2. Diseño basado en estados limites .................................................. 30 
1.2.4. Elementos de Acero .......................................................................... 30 
1.2.4.1. Tipo de Acero Estructural ............................................................... 31 
1.2.4.1.1. Perfiles de Lámina Delgada ........................................................ 32 
1.2.5. Sistemas de Conexión a Momento .................................................... 33 
1.2.5.1. Conexiones Precalificadas FEMA 350 ........................................... 34 
1.2.6. Cargas Cíclicas .................................................................................. 36 
CAPITULO II ......................................................................................................... 39 
Diseño y Fabricación de Conexión .................................................................... 39 
2.1. Diseño de conexión .................................................................................. 39 
2.1.1.1. Consideraciones rigidez del elemento ............................................ 40 
2.1.2. Cálculo de la resistencia nominal del sistema ................................... 41 
2.1.3. Diseño conexión viga - columna ........................................................ 41 
2.1.3.1. Conexión Pernada Platina - Columna ............................................ 42 
2.1.3.2. Conexión Tornillos Autoperforantes Platina – Viga ........................ 44 
2.2. Diseño de Mezcla Mortero de Relleno ..................................................... 46 
2.2.1. Resultados ensayos resistencia a compresión del mortero ............... 47 
2.3. Fabricación de probetas ........................................................................... 48 
CAPITULO III ........................................................................................................ 52 
Ensayos de Laboratorio...................................................................................... 52 
6 
3.1. Modelos sin núcleo relleno de mortero ..................................................... 54 
3.1.1. Probeta SR 1 ..................................................................................... 54 
3.1.2. Probeta SR - 2 ................................................................................... 56 
3.1.3. Probeta SR - 3 ...................................................................................57 
3.2. Modelos con núcleo relleno de mortero ................................................... 59 
3.2.1. Probeta CR – 1 .................................................................................. 59 
3.2.2. Probeta CR – 2 .................................................................................. 60 
3.2.3. Probeta CR – 3 .................................................................................. 61 
CAPITULO IV ........................................................................................................ 64 
Resultados y Discusión ...................................................................................... 64 
4.1. Modos de falla modelos conexión ............................................................... 64 
4.2. Análisis curvas de histéresis ...................................................................... 65 
Conclusiones y recomendaciones .................................................................... 69 
Bibliografía ........................................................................................................... 70 
ANEXO A .............................................................................................................. 73 
ANEXO B .............................................................................................................. 76 
ANEXO C .............................................................................................................. 79 
ANEXO D .............................................................................................................. 83 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 
Lista de Figuras 
Figura 1. Configuración de pernos en conector de camisa de acero. ................... 12 
Figura 2. Protocolo de carga cíclica para viga GFRP. ........................................... 13 
Figura 3. Curvas de histéresis. (a) N4B160T6; (b) N8B160T6; (c) N8B160T8. ..... 13 
Figura 4. Proceso constructivo modelo de conexión. ............................................ 14 
Figura 5. Modelo y disposición de pernos en columna. ......................................... 16 
Figura 6. Modos de fallo analítico y experimental: a) MES 1 b) MES 2. ................ 16 
Figura 7. Modelos de estudio. ............................................................................... 17 
Figura 8. Configuración tipos de conexión. ........................................................... 20 
Figura 9. Especímenes de estudio. ....................................................................... 21 
Figura 10. Montaje de prueba. .............................................................................. 22 
Figura 11. Historial cargas cíclicas aplicadas a modelos estudio. ......................... 23 
Figura 12. Conexión de ensayo. ............................................................................ 25 
Figura 13. Montaje de ensayo. .............................................................................. 26 
Figura 14. Curva esfuerzo deformación conexión pernada. .................................. 26 
Figura 15. Etapas del proceso de diseño estructural. ........................................... 28 
Figura 16. Grafica tensión – deformación: (A) Perfiles laminados en frío y (B) 
Perfiles laminados en caliente. .............................................................................. 29 
Figura 17. Curva esfuerzo deformación 3 tipos aceros. ........................................ 31 
Figura 18. Secciones típicas perfiles lámina delgada. ........................................... 32 
Figura 19. Variación propiedades mecánicas de acuerdo a su proceso de formado.
 .............................................................................................................................. 33 
Figura 20. Conexión típica viga – columna. .......................................................... 33 
Figura 21. Comparación de mecanismo plástico de colapso (CF – VD) ó (CD – 
VF). ....................................................................................................................... 34 
Figura 22. Conexiones calificadas FEMA 350, utilizadas en Colombia. ................ 36 
Figura 23. Respuesta histerética de vigas de acero estructural en voladizo ........ 37 
Figura 24. Sección típica elementos viga y columna objeto de estudio. ............... 40 
Figura 25. Configuración conexión modelos de estudio ........................................ 42 
Figura 26. Distribución pernos en platina conexión. .............................................. 43 
Figura 27. Diagrama de cuerpo libre, esfuerzo actuante en pernos. ..................... 43 
Figura 28. Configuración geométrica tornillos Autoperforantes. ............................ 45 
Figura 29. Gráfica madurez del mortero. ............................................................... 48 
Figura 30. Geometría modelo de conexión. .......................................................... 49 
Figura 31. Conformación de Vigas. ....................................................................... 50 
Figura 32. Conformación de Columnas. ................................................................ 50 
Figura 33. Montaje de conexión y relleno del nucleó. ........................................... 51 
Figura 34. Montaje de ensayo implementando aditamentos para restricción de 
desplazamientos en sentido longitudinal. .............................................................. 52 
Figura 35. Detalle rótula aplicación carga. ............................................................ 53 
Figura 36. Localización instrumentos de medición ................................................ 53 
Figura 37. Curva histéresis Probeta SR1. ............................................................. 55 
Figura 38. Deformación en platina conexión modelo SR1. ................................... 56 
Figura 39. Curva histéresis probeta SR2. ............................................................. 56 
Figura 40. Ruptura soldadura en platina de rigidez modelo SR2. ......................... 57 
8 
Figura 41. Curva histéresis probeta SR – 3........................................................... 58 
Figura 42. Ruptura soldadura en platina ridigez probeta SR3 ............................... 58 
Figura 43. Curva histéresis probeta CR1. ............................................................. 59 
Figura 44. Fallo modelo CR – 1. ............................................................................ 60 
.Figura 45. Curva histéresis probeta CR – 2. ........................................................ 60 
Figura 46. Deformación en platina de conexión modelo CR2. .............................. 61 
Figura 47. Curva histéresis probeta CR – 3. ......................................................... 62 
Figura 48. Fallo conexión modelo CR – 3. ............................................................ 62 
Figura 49. Pandeo local rigidizador probeta CR – 3. ............................................. 63 
Figura 50. Modos falla tipicos presentados según tipo de conexión: a). Modo falla 
tipico modelos CR. ; b). Modo de falla tipico modelos SR. .................................... 64 
Figura 51. Ruptura soldadura modelos conexión: a). Ruptura soldadura modelos 
CR. ; b). Ruptura soldadura modelos SR. ............................................................. 65 
Figura 52. Superposición curvas histeresis probetas SR 1/2/3 - Envolvente SR 66 
Figura 53. Curva de Histéresis Promedio Modelos Sin Relleno ............................ 67 
Figura 54. Superposición Curvas promedio Histéresis. ......................................... 68 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
Lista de Tablas 
Tabla 1. Especificaciones muestras de ensayo. .................................................... 15 
Tabla 2. Caracterización de conexiones. .............................................................. 18 
Tabla 3. Caracterización de las conexiones. .........................................................18 
Tabla 4. Características de modelos de estudio. ................................................... 19 
Tabla 5. Propiedades geométricas de modelos de ensayo. .................................. 24 
Tabla 6. Protocolo de carga de la AISC. ............................................................... 24 
Tabla 7.Conexiones Calificadas según FEMA 350. .............................................. 36 
Tabla 8. Propiedades geométricas sección PHR C 220x80-3mm ......................... 39 
Tabla 9. Configuración conexión pernada (Platina a Columna). ........................... 42 
Tabla 10. Consideraciones diseño conexión pernada. .......................................... 44 
Tabla 11. Configuración conexión atornillada (platina – viga) ............................... 45 
Tabla 12. Consideraciones diseño conexión atornillada. ...................................... 46 
Tabla 13. Diseño Mezcla de Mortero ..................................................................... 47 
Tabla 14. Resultados ensayos resistencia a compresión de mortero. .................. 47 
Tabla 15. Nomenclatura probetas ensayo. ............................................................ 48 
Tabla 16. Protocolo cargas NSR – 10, aplicado a probetas ensayo. .................... 54 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10 
Introducción 
Eventos sísmicos como los terremotos de Kobe (1995) y Nothridge (1994) 
permitieron evidenciar la importancia que tienen los sistemas de conexión a 
momento, debido a que su falla fue la causa principal del colapso de algunas 
edificaciones. Instituciones como la Federal Emergency Management Agency 
(FEMA) y el American Institute of Steel Concrete (AISC), llevaron a cabo la 
evaluación de varios modelos de conexión bajo la aplicación de cargas cíclicas, 
denominadas conexiones precalificadas, correspondiendo a aquellas que han sido 
verificadas de forma experimental garantizando así su buen desempeño 
estructural. En Colombia mediante los procedimientos establecidos por la AISC 
341 -16 y por el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR 
– 10 en sus numerales F.3.5.2.6.2 y F.3.7.3.6.2, se han adelantado estudios a 
conexiones viga – columna en elementos de acero, obteniendo un listado de 
conexión precalificadas bajo la evaluación de tres sistemas estructurales 
diferentes; DES (Disipación Especial de Energía), DMI (Disipación Mínima de 
Energía) y DMO (Disipación Moderada de Energía). 
En la actualidad, el acero es ampliamente utilizado como material primario en los 
sistemas estructurales dadas las ventajas que ofrece en cuanto a su relación 
resistencia – peso, ductilidad y facilidades de montaje. Los elementos de acero 
formados en frío se han venido implementado como sistemas secundarios dentro 
de los modelos estructurales, teniendo en cuenta que por su esbeltez son 
altamente susceptibles a pandeo lateral, pandeo torsional y/o pandeo local, razón 
por la cual en el titulo F.4 de la NSR – 10 se plantean las restricciones de diseño 
para su uso, de manera que se garantice su eficiente comportamiento estructural. 
En esta investigación se diseñaron y construyeron dos modelos de conexión viga 
– columna en perfiles formados en frío, los cuales difieren por la incorporación de 
un núcleo de mortero en el nudo, con el cual se pretendió mejorar el desempeño 
estructural de la conexión. Para ello se construyeron seis probetas, tres por cada 
configuración, las cuales se ensayaron experimentalmente mediante la aplicación 
de ciclos de carga, descarga y recarga haciendo control de desplazamientos, 
siguiendo el protocolo establecido en la NSR – 10. 
Adicionalmente se llevó a cabo la construcción de las curvas de histéresis a partir 
de los datos registrados, con las cuales se realizó un análisis comparativo del 
comportamiento histerético presentado por cada uno de los modelos de conexión, 
con fin de determinar incidencia de la adición de un núcleo relleno. 
El presente documento se estructura en cuatro capítulos: 
En el primer capítulo se condensa la fundamentación teórica, información que fue 
tomada como punto de partida para el desarrollo de esta investigación en temas 
como el comportamiento histerético de uniones, cargas cíclicas, ductilidad, entre 
otros. Adicionalmente se incluye la síntesis de estudios previos, los cuales se 
11 
tomaron como base en la implementación y desarrollo de la metodología 
empleada. 
En el segundo capítulo se llevó a cabo el diseño estructural del modelo de 
conexión, además de los resultados de los ensayos de resistencia realizados a los 
materiales. 
En el tercer capítulo se describe el proceso experimental empleado en los ensayos 
de cada una de las probetas de conexión, desde el montaje de ensayo hasta la 
implementación de la secuencia de cargas aplicadas. También se llevó a cabo la 
construcción de las curvas de histéresis con los datos registrados en el ensayo de 
cada una de las probetas. 
Por último, en el cuarto capítulo, se hizo un análisis comparativo de los resultados 
que se obtuvieron en modelos con relleno frente a los que carecen de él, con el fin 
de evaluar y determinar la incidencia del núcleo relleno en el desempeño 
estructural de la conexión. 
Finalmente, a partir de lo observado en las curvas de histéresis se concluye, que, 
si bien los modelos con núcleo de relleno evidenciaron una mayor capacidad de 
carga, muestran menor amplitud de disipación de energía en comparación de los 
modelos sin relleno. De igual forma, se observó que, dada la baja rigidez aportada 
por la conexión, los elementos estructurales no presentaron afectación alguna, lo 
que demuestra que sistema el sistema estructural no funcionó de forma esperada 
y puede proponerse un sistema de reforzamiento del nudo, que permita mejorar 
las condiciones de rigidez y comportamiento estructural. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
CAPITULO I 
Marco de Referencia 
1.1. Antecedentes (Estado del Arte) 
 
Cyclic performance of bonded sleeve beam – column connections for FRP 
tubular sections (Zhujing Zhang, Yu Bai, Xuhui He, Li Jin, Lei Zhu, 2018) 
En este estudió se desarrolló una conexión resistente a momento, conformada por 
una camisa en secciones tubulares con fibras reforzadas con polímeros (FRP1), 
caracterizadas por su peso liviano, alta resistencia y durabilidad. Por otro lado, 
para 1la viga de la conexión se utilizó una sección tubular en plástico reforzado 
con fibras de polímeros (GFRP2). 
Para el desarrollo de la investigación se implementaron tres configuraciones de 
conexión diferentes, en donde se varió el número de pernos en 4 y 8 (figura 1), 
además del espesor de la placa soldado a la camisa de la conexión de 6 y 8 mm. 
Los especímenes fueron nombrados: N4B16T6, N8B16T6 y N8B16T8, en donde N 
y T corresponden al número de pernos y el espesor de la lámina respectivamente, 
mientras que B hace referencia a la luz de enlace de la camisa siendo esta de 160 
mm. 
 
Figura 1. Configuración de pernos en conector de camisa de acero. 
Fuente: Zhujing Zhang, Yu Bai, Xuhui He, Li Jin, Lei Zhu, 2018, Cyclic performance of bonded sleeve beam – 
column connections for FRP tubular sections. 
Por otro lado, encontramos que la AISC 341-16, no tiene definido un protocolo de 
carga para las estructuras de FRP, por lo que el desplazamiento cíclico se 
 
1 FRP Fiber reinfforced polymer 
2GFRP Glass fiber reinforced polymer 
13 
estableció como la multiplicación del ángulo de deriva y la longitud de la viga 
GFRP, siendo está de 1400mm, tal como se muestra en la figura 2. 
 
Figura 2. Protocolo de carga cíclica para viga GFRP. 
Fuente: Zhujing Zhang, Yu Bai, Xuhui He, Li Jin, Lei Zhu, 2018, Cyclic performance of bonded sleeve beam – 
column connections for FRP tubular sections. 
Una vez que se hicieron los ensayos cíclicos a cada uno de los modelos de 
conexión se elaboraron las curvas de histéresis con el fin de poder hacer el 
análisis del comportamiento mecánico quepresentó cada una de las 
configuraciones de conexión del estudio. En la figura 3 se presentan las curvas de 
histéresis obtenidas a partir de los datos experimentales de carga y descarga. 
 
Figura 3. Curvas de histéresis. (a) N4B160T6; (b) N8B160T6; (c) N8B160T8. 
Fuente: Zhujing Zhang, Yu Bai, Xuhui He, Li Jin, Lei Zhu, 2018, Cyclic performance of bonded sleeve beam – 
column connections for FRP tubular sections. 
Es de resaltar el hecho de que los modelos N4B160T6 y N8B160T6 presentaron 
un comportamiento muy similar, destacando el hecho de haber desarrollado una 
gran capacidad de disipación de energía y una excelente ductilidad. Por otro lado, 
Grupo de Número de Ciclos
Número de ciclos agrupados
D
e
s
p
la
z
a
m
ie
n
to
s
 
A
p
lic
a
d
o
s
 (
m
m
)
14 
el modelo N8B160T8 siendo este el de placa con mayor espesor desarrollo fallas 
de cohesión las cuales fueron causantes de agrietamiento en la camisa de acero. 
 
Seismic performance of H – section beam to HSS column connection in 
prefabricated structures (X.C. Liu, Z.W. Yang, H.X. Wang, A.L. Zhang, S.H. Pu, 
S.T. Chai, L. Wu, 2017) 
En este estudio se evaluó el comportamiento de una conexión viga – columna con 
elementos prefabricados, con el fin de revisar su practicidad en la construcción de 
estructuras de gran altura. En su desarrollo de evalúa una conexión con una viga I 
y una columna en sección de cajón. En la figura 4 se presenta el proceso 
constructivo de la conexión. 
 
Figura 4. Proceso constructivo modelo de conexión. 
Fuente: X.C. Liu, Z.W. Yang, H.X. Wang, A.L. Zhang, S.H. Pu, S.T. Chai, L. Wu, (2017), Seismic performance 
of H – section beam to HSS column connection in prefabricated structures 
La propuesta conduce a que en taller se ensamblen cada uno de los elementos 
que componen la conexión, como lo es la columna corta, columna larga y la viga, 
en donde cada uno de ellos trae consigo soldadas las platinas, con las cuales se 
llevó a cabo el ensamble de la conexión pernada. Para llevar a cabo esta 
investigación se realizaron 9 modelos diferentes en donde se presentaron 
variaciones en espesor de platinas, número de pernos y el tamaño de los agujeros 
para los pernos. En la Tabla 1, se incluye la información correspondiente a cada 
uno de los modelos de estudio. 
15 
Especímenes 
de Prueba 
Placa a la viga Placa de cubierta Diferencia entre agujero 
de perno y el perno de 
vástago (mm) 
Espesor del 
ala (mm) 
Tamaño de 
pernos 
Tamaño de 
pernos 
Número de 
pernos 
SJ-1 12 M16 M20 8 2 
SJ-2 12 M16 M20 6 2 
SJ-3 12 M16 M20 4 2 
SJ-4 12 M14 M20 8 4 
SJ-5 12 M14 M20 6 4 
SJ-6 12 M14 M20 4 4 
SJ-7 20 M16 M20 6 6 
SJ-8 20 M14 M20 6 6 
SJ-9 20 M14 M20 4 6 
Tabla 1. Especificaciones muestras de ensayo. 
Fuente: X.C. Liu, Z.W. Yang, H.X. Wang, A.L. Zhang, S.H. Pu, S.T. Chai, L. Wu, (2017), Seismic performance 
of H – section beam to HSS column connection in prefabricated structures 
Los especímenes se ensayaron bajo la aplicación de cargas cíclicas y 
posteriormente se construyeron las curvas de histéresis a partir de los datos 
obtenidos en la fase experimental. Dentro de los resultados obtenidos en la 
investigación se encontró que, a mayor número de pernos de la conexión, mayor 
será la capacidad de disipación de energía de la misma. Además, se determinó 
que la carga resistente se incrementa con el diámetro de los pernos. 
 
Numerical study on the performance of beam – to – concrete – filled Steel 
tube column joint with adapter – bracket (Shimming Chen, Junming Jiang and 
Liangjiu Jian, 2017) 
Se desarrolló una conexión compuesta por un adaptador de soporte que se evaluó 
mediante análisis por elemento finitos. El modelo constaba de una columna en 
sección tubular rellena de hormigón la cual estaba fijada con pernos ciegos M24 y 
M30, mientras que la viga se trabajó con una sección tipo I en donde la placa es 
soldada al extremo. En la figura 5 se aprecia en detalle el modelo de conexión y la 
disposición de pernos. 
16 
 
Figura 5. Modelo y disposición de pernos en columna. 
Fuente: Shiming Chen, Junming Jiang and Liangjiu Jia, 2017, Numerical study on the performance of beam – 
to – concrete – filled Steel tuve column joint with adapter – bracket. 
Inicialmente se evaluaron dos modelos con este tipo de conexión “MES 1” y “MES 
2”, en donde se varió el espesor de la placa en 9 y 18 mm, respectivamente. 
Dichos modelos se evaluaron tanto experimentalmente como en forma analítica, 
con la ayuda de un sistema de modelación de elementos finitos empleando 
ABAQUS. En la figura 6 se registran los modos de falla obtenidos por los métodos 
evaluados. 
 
Figura 6. Modos de fallo analítico y experimental: a) MES 1 b) MES 2. 
Fuente: Shiming Chen, Junming Jiang and Liangjiu Jia, 2017, Numerical study on the performance of beam – 
to – concrete – filled Steel tuve column joint with adapter – bracket. 
 
17 
Con respecto a los resultados obtenidos tanto por el modelo analítico y 
experimental, se logró demostrar que el espesor de la placa influye directamente 
en la estabilidad de la conexión, teniendo en cuenta que en el MES 1 se generó su 
desprendimiento producto del pandeo local. Por lo que se puede concluir que a 
mayor espesor, se mejora el comportamiento de la conexión. 
 
Cyclic behaviour of diagonally – stiffened beam – to – column connections of 
corrugated – web I sections (R. Aydin, E. Yuksel, N. Yardimici & T. Gokce, 2016) 
Este estudio se realizó con el fin de establecer el comportamiento de una conexión 
viga – columna ante la acción de cargas ciclicas, en donde el alma de los perfiles 
que se utilizaron para el desarrollo de esta investigación se caracterizó por ser 
elementos corrugados (Viga: WTC333 / 220-15 y Columna: WTC333 / 250-20). 
Actualmente este tipo de perfiles se vienen utilizando ampliamente en el campo de 
la construcción debido a las ventajas que ofrecen con respecto a los perfiles 
convencionales, principalmente porque la capacidad de carga aumente y presenta 
una reducción en su peso hasta en un 40%, (R. Aydin, 2016). 
En este estudio se analizaron de 4 modelos de conexión diferentes en donde se 
varío únicamente el sistema de rigidación de cada modelo. Por otro lado, se 
resalta el hecho de que las secciones que se utilizaron para vigas y columnas se 
mantuvieron constantes en los 4 prototipos de ensayo. En la figura 7 se presentan 
los diferentes sistemas de rigidación con los que se trabajó en la investigación. 
 
Figura 7. Modelos de estudio. 
Fuente: R. Aydin, E. Yuksel, N. Yardimici & T. Gokce, (2016), Cyclic behaviour of diagonally-stiffened beam-to-
column connections of corrugated-web I sections 
18 
En la Tabla 2, se incluyen las características de configuración de cada una de las 
conexiones estudiadas. 
EEPC-HO Placa de panel y rigidizadores 
EEPC-SDS Rigidizadores diagonales 
EEPC-H2 
Placa de panel extendida y con 
rigidizadores 
EEPC-DDS Rigidizadores diagonales dobles 
Tabla 2. Caracterización de conexiones. 
Fuente: Elaboración propia. 
Para llevar a cabo el estudio del comportamiento cíclico de cada uno de los 
modelos de conexiones, se implementó el SAC3 Loading Protocol, el cual consiste 
en la aplicación de ciclos de carga y descarga buscando controlar la deformación 
sobre el elemento. Los resultados que se obtuvieron experimentalmente fueron 
comparados con los obtenidos por un modelo de elementos finitos trabajados en 
ABAQUS. En la Tabla 3, se presenta el protocolo de carga establecida por el SAC 
Loading Protocol. 
# Grado 
Carga 
Deformación 
Máxima ϴ 
Número Ciclos 
de Carga, ᶯ 
1 0.00375 6 
2 0.005 6 
3 0.0075 6 
4 0.01 4 
5 0.015 2 
6 0.02 2 
7 0.03 2 
Continuar con incrementos en ϴ de 0.01, y 
realizar dos ciclos en cada grado 
Tabla 3. Caracterización de las conexiones. 
Fuente: SAC Joint Venture, (1997), Protocol for fabrication, inspection,testing, and documentation of beam-
column connection tests and other experimental specimens. 
En cuanto a los resultados que se obtuvieronen la investigación, se encontró que 
para los 4 modelos la soldadura utilizada tanto en el alma con en las aletas 
presenta cierto grado de vulnerabilidad, teniendo en cuenta que al llegar a una 
rotación de 3% empiezan a presentarse fallas de consideración. Adicionalmente 
se pudo determinar que el modelo EEPC – DDS, evidenció una mayor capacidad 
de carga y rigidez que los modelos EEPC – H0 y EEPC – H2. Los cuales lograron 
una mayor capacidad de disipación de energía conllevando a mayores 
deformaciones. 
19 
 
Calificación de conexiones de perfiles I de acero – viga conectada al eje débil 
de la columna (Andrade C., 2015) 
Estudio con el que se busca analizar el comportamiento de una CEDC (Conexión 
Viga fuerte – Columna débil) bajo la acción de cargas cíclicas, partiendo del hecho 
de que investigaciones al respecto son muy pocas. Para el desarrollo de este 
análisis se llevó a cabo la construcción de 6 especímenes diferentes, en donde los 
parámetros que se variaron fueron; sección transversal de las vigas y el tipo de 
conexión (soldada o pernada). En la Tabla 4 se incluyen las características de 
cada uno de los modelos que se utilizaron para el desarrollo de esta investigación, 
en donde CS (conexión soldada) y CP (conexión pernada). 
 
Nombre Columna Viga 
Tipo 
Conexión 
h (mm) Pernos 
tpcs 
(mm) 
tpci 
(mm) 
tpa 
(mm) 
CS-1 W 18x42 
IPE 
270 S 270 N/A 16 19 19 
CS-2 W 18x42 
IPE 
300 S 300 N/A 16 19 19 
CS-3 W 18x42 
IPE 
330 S 330 N/A 19 19 19 
CP-1 W 18x42 
IPE 
270 E 270 
10 φ 
3/4" 15 22 15 
CP-2 W 18x42 
IPE 
300 E 300 
10 φ 
7/8" 15 22 15 
CP-3 W 18x42 
IPE 
330 E 330 
10 φ 
7/8" 22 22 15 
Tabla 4. Características de modelos de estudio. 
Fuente: Andrade, C., (2015), Calificación de conexiones de perfiles I de acero – viga conectada al eje débil de 
la columna. 
Donde; 
 PC: Placas de continuidad que conectan los patines con la columna. 
 PA: Placas que conectan el alma con la columna. 
En la figura 8 se presentan los dos modelos y la ubicación de cada uno de los 
elementos de la misma. 
 
 
 
20 
 
 
Figura 8. Configuración tipos de conexión. 
Fuente: Andrade, C., (2015), Calificación de conexiones de perfiles I de acero – viga conectada al eje débil de 
la columna. 
Para llevar a cabo el análisis de cargas cíclicas, se tomó como base el protocolo 
de carga establecido por el SAC, después de los eventos de Northridge y Kobe. 
Dentro de los resultados obtenidos en el proceso de la calificación de las 
conexiones soldadas y apernadas que se estudiaron en esta investigación se 
resalta el que los seis modelos de conexión estudiados cumplieron con los 
requisitos establecidos por la NSR – 10 y el AISC para ser conexiones calificadas. 
Además se encontró que la soldadura de penetración en la unión de la placa y las 
aletas de la columna son de suma importancia, teniendo en cuenta que en esta 
zona se presenta una gran concentración de esfuerzos, lo cual puede llevar a que 
la conexión falle localmente, por lo que se recomienda el uso de soldadura en la 
unión de placas a columna. 
Seismic performance of prefabricated steel beam – to – column connections 
(Fangxin Hu, Gang Shi, Yu Bai & Yongjiu Shi, 2014) 
Estudio en el que se evaluó el comportamiento sísmico de tres modelos diferentes 
de conexión viga – columna los cuales se presentan en la figura 9. 
Conexión Soldada Conexión Pernada
21 
 
Figura 9. Especímenes de estudio. 
Fuente: Fangxin Hu, Gang Shi, Yu Bai & Yongjiu Shi, 2014 Seismic performance of prefabricated Steel beam-
to-column connection. 
Para el espécimen 8(a) la conexión viga – columna fue fabricada con pernos, 
mientras que los especímenes 8(b) y 8(c) fueron unidos mediante soldadura. 
Adicionalmente al espécimen 8(b) se le incluyo el efecto de conexión de dos vigas 
ortogonales entre sí. 
Para llevar a cabo el estudio de comportamiento sísmico se realizó la aplicación 
de cargas cíclicas mediante el protocolo de cargas establecido por el AISC. Dentro 
de los resultados que se obtuvieron en el desarrollo de la investigación, se 
encontró que el espécimen (b) en relación a los otros dos, presentó una variación 
en la distribución de la deformación en la conexión de extremo fuerte, lo que 
condujo a que su eje débil presentara un modo de falla diferente, por pandeo local 
mientras que los especímenes (a) y (c) fallaron por fractura. Adicionalmente se 
estableció que el modelo que conexión (a) no es recomendable para marcos 
resistentes a momento, debido a la deficiente capacidad de disipación de energía 
presentada por lo que se recomienda la implementación de las configuraciones de 
conexión (b) y (c). 
 
Estado del arte en calificación de conexiones rígidas metálicas viga – 
columna (Msc. Mauricio Torres, PhD. Ricardo Cruz, 2012) 
Revisión que se hace a investigaciones existentes para el tema de conexiones 
rígidas metálicas viga – columna. Además de encontrar el procedimiento que se 
debe seguir para hacer la calificación de una conexión, se exponen las diferentes 
configuraciones de conexiones que se encuentran calificadas por instituciones 
como el FEMA y el AISC. Por otro lado, se incluye el esquema del montaje que se 
debe utilizar para llevar a cabo la aplicación de cargas cíclicas sobre los 
elementos de ensayo, el cual se presenta en la figura 10. 
22 
 
Figura 10. Montaje de prueba. 
Fuente: Msc. Mauricio Torres, PhD. Ricardo Cruz, 2012, Estado del arte en calificación de conexiones rígidas 
metálicas viga – columna. 
 Adicionalmente se resalta una de las investigaciones que ha tenido mayor 
impacto en el tema “Seismic behaviour of bolted beam – to column connections for 
concrete filled steel tube (CFT)” desarrollado por Lai-Yun Wu, Lap-Loi Chung, 
Sheng-Fu Tsa, Tung-Ju Shen y Guo-Luen Huang, en el centro nacional para las 
investigaciones en ingeniería sísmica, en el Departamento de Ingeniería Civil de la 
Universidad Nacional de Taiwán, en Taipéi. Investigación que fue enfocada a 
ensayar conexiones con columnas de perfil tubular de 400 x 400mm y espesores 
de 6, 8 y 10 mm, de acero A 572 Grado 50 rellenas de concreto, y vigas de perfil H 
500 x 200 x 10 x 16mm. Dentro de los resultados que se obtuvieron en esta 
investigación, se encontró que la columna presentó una alta resistencia y rigidez. 
Finalmente, se presentan una serie de pasos que se deben seguir en el proceso 
de calificación de una conexión resistente a momento, dentro de los cuales se 
destaca: el protocolo de cargas dinámicas que se le aplicaran en la fase 
experimental, haciendo mención del establecido por el AISC. 
Behavior of four – bolt extended end – plate connections subjected to lateral 
loading (Elsayed Mashaly, Mohamed El-Heweity, Hamdy Abou-Elfath, Mohamed 
Osman, 2010) 
Investigación en la que se evaluó por medio de una modelación de elementos 
finitos con ANSYS el efecto de las propiedades geométricas y mecánicas de los 
materiales de conexiones resistentes a momento. En cuanto al diseño de la 
conexión con la que se desarrolló el modelo de estudio, se llevaron a cabo 
23 
variaciones en las relaciones de ancho – espesor de aletas, almas, además del 
material con el que se diseñaron las conexiones; mientras que el número de 
pernos utilizados no presento variación, siendo este de 4. En la figura 11 podemos 
apreciar el protocolo de cargas cíclicas que le fueron aplicadas al modelo de 
estudió, con el fin de poder analizar su comportamiento frente a un evento 
sísmico. 
 
Figura 11. Historial cargas cíclicas aplicadas a modelos estudio. 
Fuente: Elsayed Mashaly, Mohamed El-Heweity, Hamdy Abou-Elfath, Mohamed Osman, (2010), Behavior of 
four – bolt extended end – plate connections subjected to lateral loading. 
Una vez que se evaluaron cada uno de los parámetros de estudio propuestos, se 
determinó que el material con el que se construyan los modelos, como las 
relaciones de ancho espesor en alma y aletas de columna influyen positivamente 
en la disipación de energía de las juntas. Adicionalmente se evidencióque la 
configuración de conexión con cuatro pernos alcanzó un valor de deriva de 5%, 
por lo que se considera un comportamiento dúctil del modelo. 
 
 
Calificación de una conexión rígida de una viga I y una columna tubular 
rellena de concreto bajo la acción de cargas dinámicas (Maritza Uribe Vallejo, 
Gabriel Valencia Clement, 2009) 
Investigación en la que se llevó a cabo la calificación de una conexión viga – 
columna resistente a momento, en donde la sección de la viga correspondía a un 
perfil en I, mientras que la columna era una sección tubular que tenía un relleno de 
concreto con f´c=31MPa3 y un Ec= 21655MPa 4. Con el fin de cumplir con el objeto 
de la investigación se desarrollaron 6 especímenes diferentes variando su relación 
ancho – espesor (b/t). En la Tabla 5 se relaciona la información correspondiente a 
las propiedades geométricas de los modelos con lo que se llevó a cabo el 
desarrollo de esta investigación. 
Número 
de Ciclos
R
o
ta
ci
ó
n
 (R
ad
ia
n
e
s)
24 
Espécimen Sección 
Columna (bC X 
hc Xt) 
Espesor 
(mm) Relación 
(b/t) 
Rellena 
de 
Concreto 
Viga 
Tipo 
Conexión 
Ensayos 
Cíclicos 
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 
E-1 250x300x3/6" 4,76 52 
SI IPE-360 
conexión con 
placa 
extendida y 8 
pernos 
pasantes 
1 
E-2 250x300x1/4" 6,35 39 1 
E-3 250x300x5/6" 7,94 31 1 
E-4 200x300x1/4" 6,35 31 1 
E-5 300x300x1/4" 6,35 47 1 
E6 310x300x5/16" 7,94 39 1 
Número total de ensayos Cíclicos 6 
Tabla 5. Propiedades geométricas de modelos de ensayo. 
Fuente: Maritza Uribe Vallejo & Gabriel Valencia Clement, (2009), Calificación de una conexión rígida de una 
viga I y una columna tubular rellena de concreto bajo la acción de cargas dinámicas. 
Una vez que se construyeron los modelos de conexión, garantizando que 
cumplieran con las propiedades geométricas establecidas en la tabla 6, dentro de 
la fase experimental fueron sometidos a la aplicación de cargas dinámicas, con el 
fin de poder determinar el comportamiento de la conexión frente a un evento 
sísmico. Para este caso en particular se tomó como referencia el protocolo de 
carga establecido por la AISC, el cual se presenta en la Tabla 6. Paralelamente se 
llevó a cabo una modelación teórico – matemático empleando el método de 
elementos finitos en ANSYS, en el cual se determinó el posible comportamiento 
del elemento bajo la aplicación de cargas cíclicas. 
2 
Número de 
Ciclos 
Angulo de 
Deriva ϴ 
Deflexión en el 
Extremo de la Viga 
(mm) 
Tiempo en cada 
secuencia de 
ciclos (seg) 
Tiempo 
Acumulado 
(seg) 
6 0.00375 9 60 60 
6 0.005 12 60 120 
6 0.0075 18 60 180 
4 0.01 24 40 220 
2 0.015 36 20 240 
2 0.02 48 20 260 
2 0.03 72 20 280 
2 0.04 96 20 300 
Tabla 6. Protocolo de carga de la AISC. 
Fuente: Maritza Uribe Vallejo & Gabriel Valencia Clement, (2009), Calificación de una conexión rígida de una 
viga I y una columna tubular rellena de concreto bajo la acción de cargas dinámicas. 
 
3 Resistencia nominal del concreto a la compresión. 
4 Módulo de elasticidad del concreto [MPa]. 
25 
Con esta investigación se determinó que entre las paredes de cada uno de los 
elementos (Viga – Columna) la conexión presenta menor capacidad de disipación 
de energía, lo cual incrementa las posibilidades de falla por pandeo local. También 
se evidenció que al tener relleno de concreto la columna no genera pandeo local, 
por lo cual se recomienda su implementación, con el fin de mejorar el 
comportamiento de una conexión sometida a cargas dinámicas. 
 
Non-linear cyclic model of top and seat with web angle for Steel beam to 
column connections (L. Calado, 2003) 
En este trabajo se llevó a cabo el desarrollo de un modelo numérico no lineal 
buscando así simular el comportamiento cíclico de una conexión pernada, en 
donde se tienen en cuenta la resistencia del material y el comportamiento cíclico 
de los pernos a cortante. Buscando evaluar la relación Tensión – Deformación, se 
implementa un modelo que está fundamentado en el de Menegotto y Pinto, el cual 
fue reformulado para tener en cuenta los efectos generados por los ciclos de 
descarga. 
Adicionalmente, se empleó un modelo experimental con el fin de realizar un 
análisis comparativo con los resultados obtenidos con cada una de las 
metodologías. Para ello se utilizaron vigas IPE 300 y columnas HEB 200, además 
ángulos L120x120x120 con los cuales se llevó a cabo la conexión pernada entre 
elementos tal como se puede apreciar en la figura 12. Por otro lado, en la figura 13 
se observa la disposición de los modelos en el laboratorio. 
 
Figura 12. Conexión de ensayo. 
Fuente: L. Calado, (2003), Non – linear cyclic of top and seat with web angle for steel beam to column 
connections. 
26 
 
Figura 13. Montaje de ensayo. 
Fuente: L. Calado, (2003), Non – linear cyclic of top and seat with web angle for steel beam to column 
connections. 
Al igual que con el método numérico, se elaboraron curvas donde se relacionaron 
el esfuerzo – deformación con los datos obtenido en la aplicación de cargas, esto 
con el fin de hacer un análisis del comportamiento mecánico de la conexión. En la 
figura 14 se presentan las respectivas curvas obtenidas para cada uno de los 
modelos ensayados. 
 
Figura 14. Curva esfuerzo deformación conexión pernada. 
Fuente: L. Calado, (2003), Non – linear cyclic of top and seat with web angle for steel beam to column 
connections. 
De acuerdo con las curvas obtenidas, se determinó que el modelo numérico 
utilizado para el desarrollo de dicha investigación se aproximó al experimental. 
 
 
 
Experimental
Númerico
27 
1.2. Marco Teórico 
 
1.2.1. Confiabilidad Estructural 
En los proyectos de infraestructura la posibilidad de falla nula nunca es alcanzada, 
teniendo en cuenta que durante las etapas de análisis, diseño y construcción 
existe incertidumbre que conduce a que no todos los parámetros de las 
estructuras sean totalmente exactos. Es por esto que las estructuras deben ser 
diseñadas para satisfacer una necesidad, teniendo en cuenta que siempre habrá 
una posibilidad de falla finita. 
Cuando se habla de la confiabilidad de una estructura, se entiende como la 
probabilidad de que esta no fallé, cumpliendo la función para la cual fue diseñada. 
Cuando se hace mención del terminó “falla”, no necesariamente implica el 
colapso, sino que un elemento o estructura no está trabajando en la forma 
funcionalmente diseñada. Jaimes (2002), indica que la confiabilidad de una 
estructura puede ser considerada como un criterio racional para la evaluación de 
una posible reparación, rehabilitación o reemplazo de miembros en una estructura. 
1.2.2. Incertidumbre durante el proceso de construcción 
En el desarrollo de un proyecto de ingeniería siempre se cuenta con cierta 
incertidumbre, clasificándose según su origen en naturales o humanas, las cuales 
pueden llegar a influir en el desempeño estructural de la construcción. En lo que 
respecta a la incertidumbre por causas naturales, se hace referencia a aquellas 
que no pueden llegar a ser predecibles como lo son las generadas por el viento, la 
nieve, sismos, térmicas, presión de agua y las mismas cargas vivas. 
Adicionalmente, se habla de la incertidumbre generada por la forma en la que se 
comportan mecánicamente los materiales utilizados dentro de la estructura. 
Por otro lado, las causas humanas hacen referencia a las diferencias que 
evidencian entre el resultado final del diseño y el diseño óptimo; dichas diferencias 
se producen por ciertos errores que se pueden cometer durante alguna de las 
fases de construcción (planeación, diseño, ejecución, uso y demolición), las cuales 
conllevan a una incertidumbre en el sistema estructural. 
 
1.2.3. Diseño Estructural 
El diseño estructural hace referencia a la importancia que representa el poder 
brindar una estructura segura y económica, la cual pueda satisfacer una 
necesidad en particular. Para (Heredia, 1980) esto corresponde a unarte en el 
que se utiliza la experiencia obtenida en construcciones anteriormente realizadas, 
con o sin éxito, con el fin de buscar alternativas que garanticen su estabilidad. Con 
28 
este antecedente se afirma que los procesos analíticos, matemáticos y físicos que 
hoy conocemos son el resultado del estudio de acontecimientos pasados. 
El diseño estructural va más allá de un simple análisis matemático, teniendo en 
cuenta que este se compone de tres fases principales: 
 Estructuración 
 Análisis 
 Dimensionamiento 
Cada una de estas fases hace que el diseño se llegue a interpretar como un 
proceso de aproximaciones sucesivas, en donde a medida que se va haciendo un 
ajuste a su proceder se logra llegar a una solución precisa, tal como se muestra en 
la figura 15. 
 
Figura 15. Etapas del proceso de diseño estructural. 
Fuente: Ridel R & Hidalgo P, (2010), Diseño Estructural (5a Edición) 
Teniendo en cuenta que el diseño estructural se forma a partir de experiencias 
vividas por el comportamiento mecánico de las construcciones, es que la 
contemplación de las cargas producidas por el movimiento del terreno durante un 
sismo ha tomado gran relevancia, y es por esa razón que se ha surgido lo que se 
conoce como diseño sismo resistente. 
 
29 
1.2.3.1. Diseño Sismo – Resistente 
 Es una metodología en la que se contemplan ciertos criterios que tienen como 
función clasificar el tipo de daño al que estará sometida la estructura, en donde se 
busca garantizar la estabilidad de esta bajo la acción de cargas sísmicas. Cuando 
se habla de una edificación sismo resistente, se refiere a aquella que es capaz de 
mantenerse en pie después de un terremoto, por lo que en la etapa de diseño se 
debe garantizar que el sistema pueda llegar a soportar grandes deformaciones sin 
llegar al colapso. 
Esta capacidad de deformación que presentan los elementos de la estructura 
dentro del rango inelástico es conocido como ductilidad, la cual es una de las 
características fundamentales del diseño sismo – resistente. 
1.2.3.1.1. Ductilidad 
Se entiende como la capacidad que tiene un material de disipar energía 
sísmica por medio de deformaciones dentro del rango inelástico, es decir, la 
cantidad de energía que absorbe el material antes de llegar a la falla en el 
acero estructural. La ductilidad contribuye en la reducción de las fuerzas 
sísmicas, así como en el control de daño de la estructura, incluso en sismos de 
gran magnitud. 
Los parámetros que definen la ductilidad son: 
 La relación de la carga de ruptura – limite elástico, (fs / fy). 
 El alargamiento uniforme alcanzado bajo la carga máxima “AGT” 
(Alargamiento uniforme alcanzado bajo carga máxima). 
 
Figura 16. Grafica tensión – deformación: (A) Perfiles laminados en frío y (B) Perfiles laminados en caliente. 
Fuente: Celsa Atlantic Long Products. 
En la figura 16 se muestra las respectivas graficas de esfuerzo – deformación para 
aceros laminados en frío y los laminados en caliente, es donde se observa que 
este último presenta la meseta de fluencia, la cual representa el momento en que 
A. Tensión - Deformación 
Acero Laminado en Frío
B. Tensión - Deformación 
Acero Laminado en 
Caliente
30 
el acero pasa de la fase elástica a la plástica (límite elástico). Para el caso de los 
aceros conformados en frío el límite elástico corresponde al valor en que el 
esfuerzo produce una deformación remanente del 0.2%. 
 
1.2.3.2. Diseño basado en estados límites 
Según (Heredia, 1980), se habla que una estructura alcanzó su estado límite 
siempre y cuando esta, o parte de ella, dejan de cumplir satisfactoriamente la 
función para la cual fue diseñada y construida. En cuanto a los estados límites se 
habla de dos tipos: 
 De servicio 
 De resistencia 
Los estados límite de servicio se relacionan al uso normal que se le dé a la 
construcción con respecto a las deformaciones inaceptables y vibraciones, 
teniendo en cuenta su importancia con respecto a las consecuencias que puedan 
traer consigo a la estructura. Las deformaciones permisibles en las estructuras 
generan riesgo solo si estas se exceden y pueden ocasionar daños en otros 
elementos, por lo que sus valores límite dependen directamente de las 
características de los elementos que se puedan ver afectados y no de la estructura 
como tal. Para el caso particular del estado de límite por servicio el método de 
estudio más apropiado es la teoría de la elasticidad. 
Por otro lado, cuando se alcanza el estado límite por resistencia se habla de un 
colapso total o parcial de una estructura. Esto llega a ocurrir cuando alguno de los 
limites por resistencia es sobrepasado, siendo estos: límite por capacidad, 
inestabilidad y por último se habla del límite de fractura frágil. 
1.2.4. Elementos de Acero 
A diferencia de muchos de los países latinoamericanos, en los países 
industrializados el uso del acero como material primario para la construcción de 
proyectos de infraestructura como puentes, vías férreas, coliseos, centros 
comerciales entro otros, viene dándose desde el siglo XVIII, teniendo en cuenta 
que estos ofrecen ventajas en cuanto a su relación resistencia – peso, facilidad de 
construcción y otras propiedades que son convenientes para el desarrollo de 
proyectos de gran magnitud. Dentro de los beneficios que trae consigo el uso del 
acero en la construcción se resalta su ductilidad, alta resistencia, una notable 
reducción en la cantidad de mano de obra requerida y mayor control de calidad en 
la fabricación de los elementos. 
Adicional a esto, las estructuras de acero presentan ciertas desventajas frente a 
otros sistemas estructurales teniendo en cuenta que se requiere de personal 
calificado para sus procesos de fabricación y en algunos perfiles el tema de su 
31 
susceptibilidad al pandeo local, condicionante que se evalúa en las etapas de 
diseño por medio de sus relaciones de esbeltez. 
 
1.2.4.1. Tipo de Acero Estructural 
Los tipos de acero estructural varían según el porcentaje de carbono que este 
contenga, además se pueden clasificar dependiendo su forma de fabricación en: 
 Perfiles conformados en caliente 
 Perfiles conformados en frío 
En cuanto al contenido de carbono de los aceros, a medida que este aumente su 
resistencia disminuye, su ductilidad aumenta y su soldabilidad disminuye 
(Ramírez, 2002). En cuanto a los aceros más comunes encontramos el A36 cuyo 
porcentaje de carbono esta entre 0.15% - 0.30% y por otro lado tenemos el A572 o 
Grado 50 el cual es un acero de alta resistencia y baja aleación. En la figura 17 se 
presentan comparativamente las curvas de esfuerzo deformación para 3 tipos 
diferentes de acero. 
 
 
Figura 17. Curva esfuerzo deformación 3 tipos aceros. 
Fuente: Ramírez, Yohaina S. Jaimes, 2002, Optimización de Pórtico en Acero Estructural. 
Teniendo en cuenta lo ilustrado en la figura 16 también se puede afirmar que la 
ductilidad es indirectamente proporcional a la resistencia del material por tanto 
también depende del porcentaje de carbono que contenga el material. 
 
32 
1.2.4.1.1. Perfiles de Lámina Delgada 
Los perfiles de lámina delgada son el producto del doblado en frío de láminas 
delgadas de acero de bajo carbono, las cuales son pasadas por una serie de 
rodillos los cuales son los encargados de darle la forma a cada perfil. En la figura 
18 se presentan ejemplos de las secciones típicas de los perfiles de lámina 
delgada. 
 
Figura 18. Secciones típicas perfiles lámina delgada. 
Fuente: Jack Mc Cormac, Diseño de Estructuras de Acero: Método LRDF 2da Edición. 
Los perfiles de lámina delgada son comúnmente utilizados en la construcción de 
cubiertas, siendo estos elementos secundarios como correas, cerchas y/o vigas. 
Otra de las características de los perfiles de lámina delgada son sus espesores, 
pues estos van desde 0,4mm y 6,4mm, además de la condición que presentan en 
cuanto al pandeo local esto teniendo en cuenta sus bajas relaciones de esbeltez. 
Por otro lado, encontramoslas incidencias que el rolado o trabajo en frío tiene 
sobre las propiedades mecánicas de los perfiles, teniendo en cuenta que al 
emplearse esto ayuda a endurecer y esforzar los metales y/o aleaciones que no 
responden al trabajo térmico (Peña, 2003). En la figura 19 se ilustra la variación de 
las propiedades tensionales del metal, según su cantidad de trabajo en frío. 
Canal Canal 
Atiesada
Zeta Zeta 
Atiesada
Sombrero Sombrero
Atiesado
Ángulo
33 
 
Figura 19. Variación propiedades mecánicas de acuerdo a su proceso de formado. 
Fuente: Elsa María Peña, 2003, Comportamiento de perfiles de lámina delgada ante cargas de compresión 
axial. 
 
1.2.5. Sistemas de Conexión a Momento 
Se denomina conexión resistente a momento, al empalme entre una viga y 
columna, ya sea por una unión soldada, pernada o mixta. Estos elementos se 
caracterizan porque principalmente trabajan bajo la acción de momentos flectores 
y esfuerzos de corte. En la figura 20 se presenta el ejemplo de una conexión típica 
de viga – columna resistente a momento: 
 
Figura 20. Conexión típica viga – columna. 
Fuente: Uribe Vallejo & Gabriel Valencia Clement, 2009. Calificación de una conexión rígida de una viga I y 
una columna tubular rellena de concreto bajo la acción de cargas dinámicas 
 
34 
Dentro de las conexiones entre elementos viga-columna se adoptan dos filosofías 
de conexión, columna fuerte – viga débil (CF-VD) y columna débil – viga fuerte 
(CD-VF), en donde se resalta la CF-VD, debido a que este sistema de pórticos 
estructurales puede llegar a disipar gran cantidad de energía histerética cuando 
las rótulas plásticas se desarrollan en las vigas y no en las columnas. Este 
mecanismo de conexión aumenta la resistencia sísmica en la estructura y previene 
el desarrollo del mecanismo conocido como piso flexible CD-VF en un pórtico de 
varios pisos. Es por esto que la mayoría de las normas y guías de diseño, 
prefieren la implementación de la filosofía columna fuerte – viga débil (CF-VD), 
requiriendo así que la capacidad de momento plástico en las columnas supere la 
capacidad de momento plástico en las vigas. 
 
En la figura 21 se esquematiza la diferencia entre cada uno de los mecanismos de 
conexión CF – VD y CD – VF. 
 
Figura 21. Comparación de mecanismo plástico de colapso (CF – VD) ó (CD – VF). 
Fuente: Andrade, C., (2015), Calificación de conexiones de perfiles I de acero – viga conectada al eje débil de 
la columna. 
1.2.5.1. Conexiones Precalificadas FEMA 350 
El estudio de conexiones se intensificó una vez acontecidos los terremotos de 
Northridge (1994) y Kobe (1995), donde se evidenció que la capacidad de 
conexiones utilizadas para entonces eran insuficientes para las demandas 
sísmicas. Por tal motivo, se hicieron modificaciones en los códigos de 
35 
construcción, requiriendo que las conexiones que se utilizaran en los pórticos 
fueran calificadas bajo un programa de ensayo de prototipos. 
Bajo este criterio, FEMA (Federal Emergency Magment Agency) investigó y 
calificó un grupo de conexiones a las cuales se le denominó precalificadas, las 
cuales pueden ser empleadas en diseño y construcción sin ninguna revisión 
teórica y analítica. FEMA 350 tiene nueve conexiones precalificadas (soldadas y 
pernadas) en donde se presentan especificaciones, procedimientos de diseño y 
limitaciones para cada conexión, algunas de las cuales también las podemos 
encontrar en otros códigos actualizados, como es el caso de la AISC “Prequalified 
Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic 
Applications” (AISC – 358, 2016). En Tabla 7, se enlista la tipología de las 
conexiones precalificadas según FEMA 350. 
CATEGORIA 
DESCRIPCION DE LA 
CONEXIÓN 
ABREVIATURA 
SISTEMA 
PERMITIDO 
SOLDADA Y 
TOTALMENTE 
RESTRINGIDA 
Welded Unreinforced Flanges, 
Bolted Web. Alas Soldadas No 
Reforzadas-Alma Apernada. 
WUF-B 
OMF (Pórtico 
ordinario resistente 
a momento). 
Welded Unreinforced Flanges, 
Welded Web. Alas Soldadas 
No Reforzadas-Alma Soldada. 
WUF-W 
OMF, SMF (Pórtico 
ordinario resistente a 
momento; Pórtico 
Sísmico resistente 
momento). 
Free Flange- Ala Libre FF OMF3,SMF 
Welded Flange Plate-Placa 
Soldada al Ala 
WFP OMF,SMF 
Reduced Beam Section- Viga 
de Seccion Reducida 
RBS OMF,SMF 
APERNADA 
TOTALMENTE 
RESTRINGIDA 
Bolted, Unstiffened End Plate - 
Placa Extrema Apernada No-
Atiesada 
BUEP OMF, SMF 
Bolted, Stifferned End Plate- 
Placa Extrema Apernada 
BSEP OMF, SMF 
 
3 OMF: Ordinary moments frames 
 SMF: Special momento frames 
36 
Atiesada 
Bolted Flange Plates- Placas 
Apernadas a las Alas 
BFP OMF, SMF 
APERNADA 
PARCIALMENTE 
RESTRINGIDA 
Double Split Tee- Doble T 
Cortada 
DST OMF, SMF 
Tabla 7.Conexiones Calificadas según FEMA 350. 
Fuente: FEMA-350.2000. Recommended seismic design criteria for new Steel moment-frame buildings. 
En lo que respecta a las conexiones calificadas por el FEMA 350 que son 
comúnmente utilizadas, encontramos BUEP (Bolted, Unstiffened End Plate - Placa 
Extrema Apernada No-Atiesada) y RBS (Reduced Beam Section- Viga de Seccion 
Reducida). En la figura 22 se puede observar gráficamente la configuración de 
cada uno de estos modelos de conexión. 
 
Figura 22. Conexiones calificadas FEMA 350, utilizadas en Colombia. 
Fuente: Msc. Mauricio Torres, PhD. Ricardo Cruz, 2012, Estado del arte en calificación de conexiones rígidas 
metálicas viga – columna 
 
1.2.6. Cargas Cíclicas 
Las cargas cíclicas son aquellas que se aplican en intervalos de tiempo 
controlados periódicamente, tanto en carga como en descarga y recarga, con la 
posibilidad de inducir incluso a la fatiga al elemento de ensayo. Generalmente 
37 
dentro de los ciclos de carga se supera el límite elástico del material, generando 
deformaciones permanentes en el elemento, las cuales modifican la trayectoria en 
la descarga y la recarga. La valoración de esta energía de deformación en 
interpretada en un diagrama de histéresis. 
Según (Reyes, 1998), la histéresis es un fenómeno por el cual dos o más 
propiedades físicas se relacionan de manera que depende de la historia de su 
comportamiento previo; es decir, la reacción de un elemento estructural que se ve 
sometido a deformaciones o esfuerzos alternantes que se encuentran fuera del 
rango elástico. La representación gráfica de este comportamiento se denomina 
curva de histéresis, en donde se relacionan las deformaciones con los esfuerzos, 
esto para cada ciclo de carga aplicado. El área que se encuentra comprendida 
dentro de los ciclos de histéresis se asocia con la capacidad de disipación de 
energía del material. 
En lo que respecta al comportamiento histerético en el acero estructural, se 
relacionan principalmente con la necesidad que se tiene de que las secciones de 
trabajo sean estables dentro del rango inelástico, que es a lo que se les denomina 
secciones compactas, además del tipo y la forma como se lleve a cabo la 
conexión, dado que se requiere que estas se constituyan como elementos 
resistentes a momento. En la figura 23 se ilustra cualitativamente como es el 
comportamiento histerético de una viga en voladizo de acero estructural. 
 
Figura 23. Respuesta histerética de vigas de acero estructural en voladizo 
Fuente: Luis Enrique García Reyes, 1998. Dinámica estructural aplicada al diseño sísmico. Universidad de los 
Andes. 
38 
De acuerdo con la figura 23, Reyes, presenta el comportamiento de dos tipos de 
conexiones para un mismo elemento, en donde se puede apreciar que la viga en 
conexión soldada con la columna presenta un comportamiento histerético más 
estable que el de un elemento con conexión pernada, lo cual se puede dar debido 
a que la primera no presenta problemas de posicionamiento en la junta. No 
obstante, las conexiones soldadas en pórticos resistentes a momento, representan 
un problema desde el punto de vista del comportamiento sísmico del acero.39 
CAPITULO II 
Diseño y Fabricación de Conexión 
 
2.1. Diseño de conexión 
La etapa de diseño del modelo de conexión con el que se llevó a cabo el presente 
estudio se dividió en dos fases: 
I. Cálculo de capacidad máxima de resistencia a flexión del elemento 
estructural. 
II. Diseño estructural de la conexión. 
En la Tabla 8 se encuentra registrada información correspondiente a las 
propiedades geométricas del perfil que se utilizó para la construcción de los 
modelos. 
 
Tabla 8. Propiedades geométricas sección PHR C 220x80-3mm 
Fuente: Elaboración propia. 
Tal como se aprecia en la Figura 24 se trabajó con perfiles PHR C 220x80 – 3mm 
en acero estructural ASTM A5724 – Grado 50, tanto en elemento de viga como en 
los de columna. Teniendo en cuenta que los perfiles son en sección C se llevó la 
soldadura tipo filete de dos perfiles con una longitud de 10cm cada cordón 
separados entre sí cada 25cm, con el fin de conformar un elemento tipo cajón. 
 
 
*Determinado a partir de procedimiento establecido por la NSR – 10. 
Resistencia de fluencia del material Fy 340 MPa
Modulo elasticidad del material E 200000 MPa
Espesor de la sección t 3 mm
Alma de la sección A 220 mm
Aleta de la sección B 80 mm
Arista de la sección C 20 mm
Radio de dobles interno R 6 mm
Centroide en Y de la sección Ȳ 110 mm
Inercia en X Ix 8690372 mm⁴
Inercia en Y Iy 943603 mm⁴
Relación de Poisson μ
Altura plana en alma h 208 mm
Ancho plano en aleta w 68 mm
Módulo elástico de sección efectiva Se 69273,36
0,27
Propiedades de la sección PHR C 220 x 80 - 3.0 mm ASTM A1011 - Gr 50
 
40 
 
Figura 24. Sección típica elementos viga y columna objeto de estudio. 
Fuente: Elaboración propia. 
Las platinas de conexión se trabajaron en acero ASTM A36 de espesor de 3mm, 
cuya geometría se define de acuerdo a la configuración de conexión obtenida. 
 
2.1.1.1. Consideraciones rigidez del elemento 
 
I. Revisión relación de esbeltez del alma 
La relación de esbeltez para el alma está dada por la siguiente expresión: 
(
ℎ𝑤
𝑡𝑤
)
𝑚á𝑥
= 300 F.4.2.1.2 
 
(
208𝑚𝑚
 𝑚𝑚
)
.
= 69.33 CUMPLE 
 
II. Revisión relación de esbeltez de aletas 
La relación de esbeltez para la aleta está dada por la siguiente expresión: 
(
𝑤
𝑡
) ≤ 500 F.4.2.1.1.1 
 
(
68𝑚𝑚
 𝑚𝑚
) = 22.67 CUMPLE 
41 
 
 
2.1.2. Cálculo de la resistencia nominal del sistema 
En Titulo F.4.3.3.1 de la Norma Sismo Resistente del 2010 (NSR -10), brinda los 
lineamientos para determinar la resistencia de diseño del sistema con base en la 
metodología LRDF55. De este modo la resistencia a flexión de un elemento está 
dada por la expresión: 
𝑀𝑛 = 𝑆𝑒 × 𝐹𝑦 (1) 
Dónde: 
Se (Modulo elástico de la sección efectiva) = 69273,36 mm3 
 Fy (Modulo elasticidad del material) = 340 N/m2 
 Mn (Resistencia nominal a flexión) = 23,55 KN·m* 
 Mn = 47,11 KN·m** 
 
 
2.1.3. Diseño conexión viga - columna 
Para el desarrollo de este estudio se optó por llevar a cabo una conexión mixta, la 
cual se realizó por medio de una platina pernada a la columna y unida con tornillos 
autoperforantes a la viga, tal como lo que se presenta en la figura 25. 
 
5 LRDF: Load and Resistance Factor Design 
*Resistencia nominal correspondiente a una sección tipo C sencilla. 
**Resistencia nominal correspondiente para sección tipo Cajón. 
42 
 
Figura 25. Configuración conexión modelos de estudio 
Fuente: Elaboración propia. 
Para los dos sistemas de conexión con los que se trabajó, se revisó que cada una 
de las configuraciones cumpliese con los requisitos mínimos de diseño que 
establece la NSR – 10, tal como se describe a continuación. 
 
2.1.3.1. Conexión Pernada Platina - Columna 
La conexión pernada fue diseñada para vincular la platina a la columna, siguiendo 
los requisitos mínimos establecidos por la NSR – 10 en su numeral F.4.5.3 
(Conexiones pernadas). La Tabla 9 contiene la información correspondiente a la 
configuración geométrica de la platina de conexión y pernos con el que se 
desarrollaron los modelos. 
Configuración conexión pernada (Platina a Columna) 
Diámetro nominal perno φp 12,70 mm 
Diámetro perforación φpf 14,30 mm 
Material del perno A 325 N/A 
Número de pernos 4,00 
Espaciamiento (mínimo 3d) a 140,00 mm F.4.5.4.1 
Distancia a bordes y extremos (mínimo 
1.5d) 
s 58,00 mm F.4.5.4.2 
Dimensiones ángulo de conexión 
b 160 mm 
l 256 mm 
Tabla 9. Configuración conexión pernada (Platina a Columna). 
Fuente: Elaboración propia. 
43 
La figura 26 se presenta la distribución de los pernos en la platina de conexión, 
además de la geometría de esta. 
 
Figura 26. Distribución pernos en platina conexión. 
Fuente: Elaboración propia. 
Una vez que se estableció la configuración de la conexión pernada, se evaluaron 
condiciones de diseño establecidas por la NSR – 10, garantizando que la 
geometría de la conexión cumpla con la consideración por resistencia por bloque 
de cortante. 
El esfuerzo actuante en los tornillos se determinó a partir del diagrama de cuerpo 
libre ilustrado en la Figura 27, en donde el momento actuante corresponde a la 
resistencia nominal a flexión de los elementos Mn= 47,11 KN·m. 
 
Figura 27. Diagrama de cuerpo libre, esfuerzo actuante en pernos. 
Fuente: Elaboración propia. 
44 
Donde; 
A + 2d = 348mm 
Fuerza Actuante en Pernos = 135.37 KN 
En la Tabla 10 se encuentran los resultados obtenidos una vez evaluada las 
consideraciones de diseño evaluadas. 
CONSIDERACIONES DE DISEÑO 
Resistencia Axial por perno (F.4.5.3.4) 
Material de pernos A325 
Tipo de perno Rosca incluida en los planos de corte 
Esfuerzo nominal Fnv 372 MPa F.4.5.3-4 
Resistencia Axial por perno φPn 30,63 KN F.4.5.3-4 
Rotura por bloque de cortante 
Área bruta sometida a cortante Agv 768,00 mm2 
Área neta sometida a cortante Anv 710,85 mm2 
Área bruta sometida a tensión Agt 102,00 mm2 
Área neta sometida a tensión Ant 82,95 mm2 
Resistencia nominal a la ruptura por bloque 
de cortante 
Rn 208,88 KN F.4.5.5.3 
Resistencia de diseño a la ruptura por 
bloque de cortante 
φRn 135,77 KN F.4.5.5.3 
Tabla 10. Consideraciones diseño conexión pernada. 
Fuente: Elaboración propia. 
 
2.1.3.2. Conexión Tornillos Autoperforantes Platina – Viga 
La conexión con tornillos autoperforantes se empleó para la unión de la platina a la 
viga cumpliendo con los requerimientos establecidos en el apartado F.4.5.4 
(Conexiones Atornilladas) NSR – 10. En este caso se determinaron valores de 
resistencia nominal a cortante y la resistencia nominal al desgarramiento, tomando 
su valor mínimo para relacionarlo frente al esfuerzo resistente a tensión para así 
poder calcular el número de tornillos necesarios para garantizar la estabilidad de la 
conexión. En Tabla 11 se encuentra la información correspondiente a la 
configuración geométrica de la platina de conexión. 
45 
 
Configuración conexión Atornillada Platina - Viga 
Diámetro nominal tornillo φt 6,35 mm 
Diámetro cabeza tornillo φc 9,53 mm 
Diámetro arandela φa 12,70 mm 
Espesor arandela ta 1,50 mm 
Número tornillos N° Tornillos 44,00 UN. 
Espaciamiento (mínimo 3d) a 24,00 mm F.4.5.4.1 
Distancia a bordes y extremos (mínima 
1.5d) 
s 10,00 mm F.4.5.4.2 
Dimensiones ángulo de conexión 
b 160 mm 
l 260 mm 
Tabla 11. Configuración conexión atornillada (platina – viga) 
Fuente: Elaboración propia. 
En la Figura 28 se ilustra la configuración geométrica de la conexión con tornillos 
autoperforantes (Distribución de los tornillos dentro del elemento de platina). 
 
Figura 28. Configuración geométrica tornillos Autoperforantes. 
Fuente: Elaboración propia. 
Una vez que se definió el número de tornillos y las dimensiones de la platina 
según garantizando lineamientos de la NSR – 10, se evaluaron las diferentes 
consideraciones de diseño que se allí se contemplan, las cuales deben garantizar 
que elesfuerzo resistente sea mayor al actuante, siendo este igual a: 
 Fuerza Actuante a Tensión = 217,08 KN 
 Fuerza Actuante a Cortante = 31,4 KN 
46 
En la Tabla 12 se encuentra la información correspondiente a los resultados 
obtenidos en la evaluación de las consideraciones de diseño mínimas requeridas 
por la norma. 
CONSIDERACIONES DE DISEÑO CONEXIÓN ATORNILLADA 
Desgarramiento del material en contacto con la cabeza o la arandela 
Diámetro efectivo al desgarramiento ≤ 
12.7mm 
d'w 12.70 mm F.4.5.4-1 
Resistencia nominal al desgarramiento 
del material por tornillo 
Pnov 22.86 KN F.4.5.4.4.2 
Resistencia diseño al desgarramiento del 
material por tornillo 
φPnov 11.43 KN F.4.5.4.4.2 
Resistencia diseño al desgarramiento 
del material de la conexión 
φPnov 502.92 KN F.4.5.4.4.2 
Rotura por bloque de cortante 
Área bruta sometida a cortante Agv 1500.00 mm2 
Área neta sometida a cortante Anv 1090.43 mm2 
Área bruta sometida a tensión Agt 288.00 mm2 
Área neta sometida a tensión Ant 278.48 mm2 
Resistencia nominal a la ruptuta por 
bloque de cortante 
Rn 336.39 KN F.4.5.5.3 
Resistencia de diseño a la ruptura por 
bloque de cortante 
φRn 218.65 KN F.4.5.5.3 
Tabla 12. Consideraciones diseño conexión atornillada. 
Fuente: Elaboración propia. 
 
2.2. Diseño de Mezcla Mortero de Relleno 
Se llevo a cabo el diseño de la mezcla de mortero con la cual se llevó a cabo el 
relleno en núcleo de conexión en 3 de los de ensayo, con el fin de realizar un 
análisis comparativo para determinar la incidencia de este en el comportamiento 
mecánico de los modelos. Buscando garantizar el buen desempeño de la mezcla 
en el sistema estructural, se opto por la implementación de un mortero que 
garantizara una baja retracción, minimizando así los vacíos en el nudo de 
conexión. Para ello se llevo a cabo el diseño de mezcla siguiendo las 
recomendaciones hechas por (Guzmán, 2001), en donde recomienda un mortero 
de relación 1:2 para mezclas de baja retracción utilizadas para rellenos. 
El mortero que se utilizó como relleno para el núcleo de conexión de los modelos 
de estudio, se evaluó para una resistencia de 5500 PSI ≈ 39MPa. En la Tabla 13 
se encuentra el resumen de diseño de la mezcla. 
 
47 
RESULTADOS DISEÑO POR M3 
Material Peso (Kg) 
Peso 
Específico 
Volumen 
Cemento 600,84 2857 0,21 
Arena 1201,68 2550 0,47 
Agua 318,45 1000 0,32 
TOTAL 2120,97 1,00 
Tabla 13. Diseño Mezcla de Mortero 
Fuente: Elaboración propia. 
2.2.1. Resultados ensayos resistencia a compresión del mortero 
De la mezcla de mortero con la cual se llevó a cabo el relleno de núcleo de 
conexión en los modelos que correspondía, se tomaron tres muestras cilíndricas 
para ser falladas a las edades de 7, 14 y 28 días, de acuerdo a la metodología 
contemplada en la NTC 673 – 10. Teniendo en cuenta que según lo establecido en 
la normativa, el proceso que se debe llevar a cabo para evaluar la resistencia a 
compresión de mezclas de mortero consiste mediante ensayos a muestras 
cubicas de 5x5x5 cm, (Baltazar, 2015) llevó a cabo un estudio en donde logro 
determinar una correlación entre los resultados obtenidos mediante ensayos 
aplicados en muestras cilíndricas y los cubos, dando como resultado un 
correlación correspondiente al 80%. 
 En la tabla 14, se encuentran registrados los resultados obtenidos una vez 
ensayadas las muestras que se tomaron al material de relleno 
RESISTENCIA A COMPRESIÓN A LOS 7 DÍAS 
Cilindro 
Diámetro 
(mm) 
Fuerza 
Máxima (N) 
Resistencia a la 
Compresión 
Ensayo (MPa) 
Resistencia a la 
Compresión 
(Correlación) (MPa) 
1 102,41 83883,26 10,18 8,15 
2 102,03 82569,95 10,10 8,08 
3 102,08 73934,15 9,03 7,23 
RESISTENCIA A COMPRESIÓN A LOS 14 DÍAS 
Cilindro 
Diámetro 
(mm) 
Fuerza 
Máxima (N) 
Resistencia a la 
Compresión 
Ensayo (MPa) 
Resistencia a la 
Compresión 
(Correlación) (MPa) 
1 102,02 157516,9 19,27 15,42 
2 102,08 181877,1 22,22 17,78 
3 102,09 168368,2 20,57 16,46 
RESISTENCIA A COMPRESIÓN A LOS 28 DÍAS 
Cilindro 
Diámetro 
(mm) 
Fuerza 
Máxima (N) 
Resistencia a la 
Compresión 
Ensayo (MPa) 
Resistencia a la 
Compresión 
(Correlación) (MPa) 
1 101,36 290711 36,03 28,82 
2 101,91 272878,7 33,45 26,76 
3 102,05 275233,5 33,65 26,92 
Tabla 14. Resultados ensayos resistencia a compresión de mortero. 
48 
Fuente: Elaboración propia. 
 
Figura 29. Gráfica madurez del mortero. 
Fuente: Elaboración propia. 
2.3. Fabricación de probetas 
Una vez que se configuró el tipo de conexión a utilizar, y sección de los elementos, 
se determinó la geometría de los modelos buscando que esta se acomodara a las 
necesidades y capacidades que ofrece el marco de carga dispuesto en el 
laboratorio de estructuras de la Universidad. En la Tabla 15 se encuentra una 
descripción general de la nomenclatura y las propiedades mecánicas de los 
elementos que componen cada una de las probetas de ensayo. 
 
Tabla 15. Nomenclatura probetas ensayo. 
Fuente: Elaboración propia. 
49 
En la Figura 30 se ilustra detalladamente las caracteristicas de las probetas de 
ensayo. 
 
Figura 30. Geometría modelo de conexión. 
Fuente: Elaboración propia. 
Una vez definida la geometría y propiedades mecánicas de los materiales con los 
que se llevó a cabo el estudio, se inició el proceso de fabricación de los modelos, 
el cual se realizó en una empresa especializada en construcción de estructuras 
metálicas. En la Figura 31 se ilustra el proceso constructivo que se llevó a cabo 
para la obtención de los elementos de viga. 
50 
 
Figura 31. Conformación de Vigas. 
Fuente: Elaboración propia. 
Del mismo modo, en la Figura 32 se ilustra la diferencia en el proceso constructivo 
de las columnas que constaron del núcleo relleno, frente a las que no. 
 
Figura 32. Conformación de Columnas. 
Fuente: Elaboración propia. 
51 
 
Figura 33. Montaje de conexión y relleno del nucleó. 
Fuente: Elaboración propia. 
En la Figura 33 se observa la etapa final de la fabricación, la cual corresponde al 
montaje y relleno del núcleo, actividades que se llevaron a cabo en el laboratorio 
de estructuras de la Universidad de la Salle. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
52 
CAPITULO III 
Ensayos de Laboratorio 
 
Una vez culminada la fabricación de las probetas según las especificaciones de 
diseño, cada uno de los modelos fue ensayado en el marco de carga de la 
Universidad de La Salle. Para ello los modelos tuvieron que ser fijados a la viga de 
soporte con el fin de restringir los desplazamientos longitudinales que se pudieran 
producir en el momento de aplicar las cargas. Está sujeción fue hecha por medio 
de un aditamento especial el cual se aseguró por medio de varillas roscadas de 
½”, tal como se observa en Figura 34. 
 
Figura 34. Montaje de ensayo implementando aditamentos para restricción de desplazamientos en sentido 
longitudinal. 
Fuente: Elaboración propia. 
 
Adicionalmente, se implementó otro aditamento entre el émbolo del gato y el 
modelo en su zona de aplicación de carga, tal como se observa en la Figura 35, 
con el cual se logró garantizar el proceso de descarga y recarga, además de 
controlar el adecuado funcionamiento de equipo. 
Modelo 
Experimental
Aditamento de 
Fijación
Gato Aplicación 
Cargas
53 
 
Figura 35. Detalle rótula aplicación carga. 
Fuente: Elaboración propia. 
Por otro lado, para el control de los datos de carga y descarga se utilizaron dos 
manómetros; ubicados en la bomba con el cual se registraron datos de presión 
aplicada, y en la zona del gato con el cual se tomaron los datos de presión durante 
la descarga. En Figura 36 se puede observar la disposición de los elementos de 
lectura de datos en el montaje de ensayo. 
 
Figura 36. Localización instrumentos de medición 
Fuente: Elaboración propia. 
54 
El protocolo de carga establecido para el ensayo fue tomado de la NSR – 10, 
siguiendo así el proceso que establece el FEMA 350 para llevar a cabo la 
evaluación y/o clasificación de una conexión.