VIERNES DEL ACERO

EFICIENCIA ESTRUCTURAL EN
EDIFICIOS DE ACERO
M.I. Héctor Soto Rodríguez
hectorsotomor@gmail.com

Morelia, Mich. 28 de agosto de 2020

 OBJETIVO GENERAL

Presentar recomendaciones generales y reglas prácticas

del autor en la fase de estructuración de edificios de acero
consistentes con el RC-CDMX-2017 y NTC-DCEA-2020
para lograr la eficiencia estructural en el diseño,
satisfaciendo las premisas básicas de seguridad sísmica,
economía , condiciones de servicio y funcionalidad de las
estructuras de acero durante su vida útil.
 TEMARIO

1.Introducción
2.Descripción general del diseño estructural
3. Recomendaciones generales en la etapa de
estructuración
4. Caso de estudio de un edificio de acero
¿POR QUÉ ACERO ?
 ¿POR QUÉ ACERO ?

Hoy en día, en México, el acero estructural es el material

ideal en la construcción moderna de edificios
convencionales e industriales y estructuras especiales.
Si entendemos el significado de “acero”, encontramos
muchas características, ventajas y propiedades que lo
reconocen como un material estructural idóneo y
conveniente en la industria de la construcción.
 ¿POR QUÉ ACERO ?
DEFINICIÓN AUTOR
ACERO = MATERIAL IDEAL DE CONSTRUCCIÓN MODERNA
A= ARTE, ARQUITECTURA ATRACTIVA AUDAZ (ATREVIDA),
C = CREATIVIDAD, COMODIDAD, CONFORT, COMPETITIVO, CALIDAD
AC= ARQUITECTURA CONTEMPORANEAS
E= ESPACIO, ESTRUCTURAS ESPECTACULARES
ELEGANTES, ELASTICIDAD
EFICIENCIA ESTRUCTURAL
R = REPETIR, RAPIDEZ CONSTRUCTIVA, RESILIENCIA, RESISTENCIA,
RIGIDEZ, REDUNDANCIA, RECICLAR, REDUCIR, REUTILIZAR,
RECUPERAR, REFORZAR, RIGIDIZAR,, RESTRUCTURAR
O = ORDEN, ORGANIZACIÓN, OPTIMIZACIÓN
LA MATERIA PRIMA DE LA ARQUITECTURA ES EL ESPACIO
EL ESPACIO SE RESUELVE CON ACERO
POR LO TANTO EL ACERO ES ARQUITECTURA
¿POR QUÉ ACERO?
 ¿POR QUÉ ACERO?
Las Estructuras de acero tienen las ventajas relevantes siguientes:

1. Mejor comportamiento sísmico (protección de la vida humana)

2. Menor tiempo de construcción

3. Menor cantidad de trabajadores necesarios y mejor calidad en la obra

5. La industria del acero ha tenido avances tecnológicos mayores que otros sistemas
constructivos principalmente en la automatizacion y prefabricación lo cual la hace más
competitiva
6. Gran potencial de reciclaje
 ¿POR QUÉ ACERO?

Especialmente convenientes para soportar fuertes volados y para edificios altos

 ¿POR QUÉ ACERO?

Salvan grandes claros y el arquitecto logra estructuras de grata apariencia

 ¿ POR QUÉ ACERO?

LO QUE PASÓ HACE MÁS DE DOS AÑOS NO DEBEMOS OLVIDARLO

 VENTAJAS SOBRESALIENTES DEL ACERO

En sismos de baja o mediana intensidad las estructuras de acero

se comportan elásticamente y bajo sismos intensos o fuertes
crean líneas de defensa por su gran ductilidad (deformación
plástica ilimitada).
Se forman las articulaciones plásticas y mecanismos de falla
deseables en el umbral de la falla o colapso.
Esto ocurrió en los sismos de septiembre de 1985 de la CDMX
EDIFICIOS PRES-SISMO 1985 CDMX
 AVANCES

La Ingeniería Estructural y Sísmica mexicanas han tenido notables

avances científicos y tecnológicos en los últimos años para entender el
fenómeno sísmico y diseñar estructuras más eficientes.
En el caso particular de la construcción en acero en acero, se puede
afirmar que en México, tras la actualización de las NTC-DCEA-
CDMX-2020, la Ciudad de México cuenta con normas muy
actualizadas, estrictas y restrictivas para el diseño de edificios de acero
con el mismo o mejor nivel de Ingeniería que la de otros países del
mundo.
AVANCES
 AVANCES

1.Actualización del Reglamento de Construcciones de la CDMX-2017

2.Empleo de perfiles estructurales de mayor calidad: Acero ASTM A-992
3.Mejoría en los métodos de análisis por el uso creciente de los programas de
computadora
4.Mejoras en los procedimientos de diseño estructural
5.Estructuras compuestas acero-concreto y sistemas estructurales novedosos
propuestos en las NTC-DCEA- CDMX-2020
6.Mejor conocimiento en el comportamiento sísmico de las conexiones trabe-columna
7.Uso de disipadores de energía y amortiguadores para reducir la respuesta sísmica en
los edificios
8. Mayor colaboración y responsabilidad entra las diferentes ingenierías que
participan en el diseño y construcción de edificios de acero (Instituto para la Seguridad
de las Construcciones de la Ciudad de México).
REFLEXIÓN 1

17
 REFLEXIÓN 2

La construcción en acero tiene un futuro prometedor, y

puede contribuir significativamente a la tan añorada, pero
nunca alcanzada independencia tecnológica. Las estructuras
que construyamos en el futuro habrán de ser más económicas
y, al mismo tiempo, más seguras que las actuales; para ello es
preciso optimizar todas las etapas del proceso de diseño y
construcción. Los ingenieros estructurales han de Oscar de Buen López
preocuparse mucho más que hasta ahora por escoger la de Heredia
solución más adecuada para cada caso, mientras que los
métodos de enseñanza deben modificarse para capacitar a las
nuevas generaciones.
 AVANCES

Las enseñanzas de los sismos intensos y moderados

ocurridos alrededor del mundo : Ciudad de México (19 de
septiembre de 1985 y 2017), Northridge, Cal, 17 de enero
de 1994, Kobe, Japón, 1995, Chile 2010 y Nueva Zelanda,
2011 incrementaron sustancialmente los conocimientos
sobre el comportamiento de las estructuras y conexiones de
acero.
Muchas experiencias de estos temblores se plasmaron en
las nuevas NTC-DCEA-CDMX-2020.
AVANCES
 AVANCES

Un problema muy grave que evidenciaron varios sismos indicados

fue la Falla Frágil, que ocasionó daños severos en miles de
conexiones soldadas trabe columna.
Esto obligó a Estados Unidos y a Japón a incluir disposiciones de
diseño más estrictas para estructuras en las que su diseño queda
regido por combinaciones de carga que incluyen sismo.
El tema de la soldadura contiene requisitos especiales para evitar
fallas de carácter frágil; se conocen los factores que propician este
modo de falla y se dan recomendaciones para evitarla.
AVANCES
DAÑOS CONEXIONES SISMO DE
NORTHRIDGE, 1994
Reforzar las conexiones trabe
“

columna de un edificio de acero

dañadas severamente por sismos de
magnitud moderada, es corregir tarde
y a mayor costo lo que debió hacerse
antes y durante de cada una de las
etapas de diseño y ejecución de dichas
uniones”.
Héctor Soto Rodríguez
REFUERZO CONEXIONES
NORTHRIDGE, 1994
 Acero: Perfiles de Evaluación correcta de las
estupenda calidad acciones en una estructura.
A36- EXTINCIÓN NO SUBESTIMAR
A992-PRESENTE Y ACCIONES
FUTURO.

Estructuración acorde a las

Arquitectura características de la edificación
Proyecto arquitectónico: y ubicación geográfica
Consistente
FUNCIONALIDAD
SEGURIDAD
ESTRUCTURAL
ECONOMÍA EFICIENCIA Modelo matemático estructural
GRATA APARIENCIA
. ESTRUCTURAL. REPRESENTATIVO DE LA
ESTRUCTURA REAL

FABRICACIÓN PRECISA Y
CONFIABLE Análisis y diseño estructural
MONTAJE ORDENADO racionales
SUPERVISIÓN OPORTUNA PROGRAMAS DE
Planos estructurales completos COMPUTADORA
INCLUIR DETALLES DE CONFIABLES
DETALLES DE LAS
CONEXIONES
DESCRIPCIÓN GENERAL DEL DISEÑO
ESTRUCTURAL
 DISEÑO ESTRUCTURAL

DEFINICIÓN.
Conjunto de etapas que permiten determinar las
características generales de una estructura con base
en el proyecto arquitectónico para que tenga un
grado razonable de seguridad contra el colapso, se
comporte satisfactoriamente en condiciones de
servicio durante su vida útil y mantenga su costo
dentro de límites aceptableS.
 REGLAMENTO DE CONSTRUCCIONES
DE LA CIUDAD DE MÉXICO
Versión 2017-2020, Gaceta Oficial de la Ciudad de México

TITULO VI
SEGURIDAD ESTRUCTURAL DE LAS CONSTRUCCIONES Disposiciones generales
Características
generales de las
edificaciones
NORMAS TÉCNICAS Criterios de diseño
COMPLEMENTARIAS estructural
(NTC-RCDF-CDMX-2020) Cargas muertas
Cargas vivas
NORMAS DISEÑO ESTRUCTURAL Diseño por sismo
Criterios y Acciones para el Diseño Estructural de las Diseño por viento
Edificaciones Diseño de
NTC-RSEE Revisión de la Seguridad Estructural de las Cimentaciones
Edificaciones

Normas comunes a cualquier estructura Estrucuras

NTC
NTC NTC NTC Concreto Acero
Sismo Cimentaciones Mampostería Madera
Viento
Sismo reforzado estructural

Comité de Actualización de las NTC del RCDF, Gobierno de la Ciudad de México

 Cambios significativos y Nuevas herramientas
para el análisis y diseño
relevantes, derivados de estructural.
los avances recientes Lecciones y experiencias
científicos y tecnológicos derivadas de sismos
fuertes en países
ubicados en zonas de alta
RCDF 2017
sismicidad
Resultados de Nivel adecuado a
estudios una edificación
experimentales sobre compatible con su
el comportamiento de función.
estructuras
Materiales novedosos
que mejoran el
Cambios en las comportamiento de las
tendencias mundiales estructuras ante
Nuevos procedimientos
sobre la práctica de acciones de todo tipo,
constructivos para hacer más
diseño y construcción incluyendo los sismos
eficiente el programa de obra
de estructuras

ASPECTOS TOMADOS EN CUENTA EN LA

ACTUALIZACIÓN DEL REGLAMENTO DE CONSTRUCCIONES DE
LA CIUDAD DE MÉXICO –RCCDMX-2020
 DISEÑO ESTRUCTURAL

En el diseño estructural se obtiene la seguridad razonable tomando las medidas necesarias para que no se alcance
ningún estado límite de falla y de servicio.
Límites de utilidad estructural
 ESTRUCTURACIÓN
Es la parte más importante del diseño estructural. En ella, el diseñador aplica sus
criterios y experiencia profesional para proponer a partir del proyecto arquitectónico,
la geometría general de la estructura en planta y elevación y el sistema estructural más
conveniente de acuerdo con el uso, ubicación, altura, claros del edificio.
Se establecen los materiales a emplear en la estructura (perfiles laminados de acero,
tornillos, soldadura, láminas y paneles para sistemas de piso y cubierta, etc., con base
en normas internacionales (ASTM-NMX-AWS, etc.)
Se evalúan correctamente las acciones que van a afectar a la estructura
Se modela y analiza la estructura
Se proponen los perfiles tentativos para cada uno de los miembros estructurales; se
conceptualizan las diversas conexiones entre miembros estructurales, se definen los
elementos estructurales y no estructurales y sus uniones con la estructura.
ESTRUCTURACIÓN
 ESTRUCTURACIÓN

“Le tengo más fe a una estructura bien concebida aunque

esté mal diseñada, que a una mal concebida aunque esté
bien calculada”
Dr. Vitelmo Victorio Bertero
Profesos Emérito Universidad Berkeley, Cal.
Dr. Honoris Causa UNAM
 ESTRUCTURACIÓN

La estructuración es el aspecto más importante en el

“

proceso de diseño estructural de un edificio que

conlleva a su buen comportamiento sísmico asociado
a una economía razonable”
Héctor Soto Rodríguez
 ESTRUCTURACIÓN

1.INFORMACIÓN GENERAL DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL PROYECTO ARQUITECTÓNICO

Uso o destino. Definición del grupo al que pertenece el edificio
Ubicación (Zona asísmica o sísmica)
Forma y altura. Claros y alturas de entrepiso
2. DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS PARA EFECTUAR EL ANÁLISIS SÍSMICO
3. CLASIFICACIÓN DEL SUBSUELO EN QUE SE UBICARÁ EL EDIFICIO
Definición, clasificación y evaluación de las acciones que obran en la estructura del edificio
Cargas permanentes o muertas
Cargas vivas (acciones variables)
Cargas sísmicas (Acciones accidentales)
Combinaciones de cargas de diseño
Carga muertas, vivas y sismo en X más 30 % Sismo en Y
Cargas muertas, vivas y sismo en Y más 30 % Sismo en X
4. DEFINICIÓN DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO
Perfiles laminados preferentemente de acero ASTM A992 o A572 Grado 50
 ESTRUCTURACIÓN

5.DEFINICIÓN DE LOS ELEMENTOS

ESTRUCTURALES
Columnas
Trabes o armaduras
Vigas secundarias
Diagonales de contraventeo (concéntricos,
excéntricos, megacontraventeos, cinturones, etc)
Muros de rigidez de concreto reforzado, paneles
prefabricados para muros divisorios
DISEÑO POR VIENTO
DAÑOS POR VIENTO
DISEÑO POR SISMO
DISEÑO POR SISMO
MODELAJE-ANÁLISIS ESTRUCTURAL
 RECOMENDACIONES ESTRUCTURACIÓN

Contraventeos. Secciones estructurales huecas, de sección cuadrada y de acero

ASTM A500 (NMB-X-199)
Sistema estructural. Se propone de acuerdo con la ubicación (zona sísmica o
sísmica), altura uso del edificio y claros a salvar.
Conexiones:
Soldadas. De taller para evitar soldaduras de campo
Atornilladas. De campo preferentemente.
Materiales complementarios
Muros divisorios y cubiertas ligeras a base de paneles aislantes.
 RECOMENDACIONES ESTRUCTURACIÓN

Columnas. Perfiles LAMINADOS H (IR) de 356 mm (14 in) de peralte y

de acero A992. Evitar la sección en cajón, fabricada con cuatro placas
soldadas.
Trabes o vigas. Perfiles laminados IR de 406 (16 in), 457 mm (18 in), 533
mm (21 in) y 610 mm (24 in) de peralte de acero A992
Vigas secundarias. Perfiles laminados IR de los mismos peraltes y tipo de
acero que las trabes, con separaciones entre éstas de 2.30 a 2.80 m.
Diafragmas. Sistemas de piso compuestos acero-concreto de calibre y
espesor de losa de concreto de acuerdo con las cargas.
PREDIMENSIONAMIENTO
 SISTEMAS DE PISO
DIFRAGMAS

Sistemas de piso compuestos acero-concreto

Las trabes, vigas secundarias y las columnas forman tableros de losas compuestas
 L L
d= d= 24
20
Trabes o vigas principales T-1 Vigas secundarias T-2
 A= 3.2Px10-3 (cm2) A= 8.0Px10-3 (cm2)
Donde: Donde:
P= WAt P= WAt
W= carga vertical total (cargas W= carga vertical total (cargas
muertas y vivas) muertas y vivas)
At = área tributaria de la columna At = área tributaria de la columna
central, m2 de esquina, m2
Ejemplo: Ejemplo:
W= 900 kg/m2 W= 900 kg/m2
At= 69.75 m2 At= 16.9 m2
P= 3.2x900x69.75x10-3= 201.0 cm2 P= 8.0x900x16.9x10-3= 121.70 cm2

Columna central C-3 Columna central C-3

Predimensionamiento (diseño preliminar) de columnas de edificios

de acero de baja altura sujetas exclusivamente a compresión axial
CRITERIOS DE DISEÑO
CRITERIOS DE DISEÑO
CRITERIOS DE DISEÑO
SISTEMAS ESTRUCTURALES
 SISTEMAS ESTRUCTURALES

El ingeniero estructurista debe ser capaz de

concebir los sistemas estructurales adecuados
en cada caso y de convertirlos junto con los
elementos no estructurales con los que
interactúan en modelos matemáticos que
puedan ser analizados y que representen la
construcción real con precisión suficiente.
 SISTEMAS ESTRUCTURALES

Si se elige una configuración estructural desventajosa,

puede ser imposible lograr un edificio sano, aunque el
diseño estructural sea correcto.

Los errores en la concepción general de la estructura que

debe soportar las acciones verticales y accidentales (sismo)
son causa frecuente de daños estructurales severos
SISTEMAS ESTRUCTURALES
 EDIFICIOS DE ALTURA
BAJA Y MEDIA

S istemas estructurales SISTEMAS ESTRUCTURALES

 Marcos rígidos (resistentes a momento)

Vigas

Columnas

Estructura de rigidez lateral limitada; convenientes para edificios de baja altura y grandes claros. En edificios de
mediana altura los desplazamientos laterales ocasionados por sismo son importantes y pueden dañar a los edificios
adyacentes por golpeteo, choque o colisión.
SISTEMAS ESTRUCTURALES
 SISTEMAS ESTRUCTURALES

Los edificios estructurados a base de marcos rígidos con columnas de sección en cajón,
cuadradas o rectangulares, y vigas de alma abierta (armaduras) se usan en México
desde la década de los 60 s.
SISTEMAS ESTRUCTURALES

ARMADURAS
SISTEMAS ESTRUCTURALES
MEGACOLUMNAS ARMADAS= FONILES O “EMBUDOS”
Columnas armadas, constituidas por perfiles tubulares circulares que soportan cubiertas de grandes claros en
aeropuertos o terminales aéreas.
 SISTEMAS ESTRUCTURALES

Aeropuerto Beijing 2019. el más grande del mundo

Proyecto: Despacho de Zaha Hadid
Estructura: Columna foniles y cubiertas tridimensionales
 SISTEMAS ESTRUCTURALES
MARCOS CON CONTRAVENTEOS CONCÉNTRICOS

MARCOS CON CONTRAVENTEO CONCÉNTRICOS

Tienen mayor rigidez lateral que los marcos rígidos simples, pero su capacidad de absorción de energía es baja por las
limitadas incursiones inelásticas de los contraventeos.
 SISTEMAS ESTRUCTURALES
MARCOS CON CONTRAVENTEOS EXCÉNTRICOS

Se innovaron en Japón en la década de los 70s y el Dr. Egor Popov los aplicó en California en 1980. Tienen una alta
rigidez elástica y una excelente ductilidad para resistir los grandes desplazamientos laterales de los entrepisos
inducidos por los sismos. Disipan la energía que transmite un sismo a través de fluencia controlada en cortante o en
flexión en el eslabón
SISTEMAS ESTRUCTURALES
ESTRUCTURAS COMPUESTAS
SISTEMAS ESTRUCTURALES
TEJIDOS O REDES
 NUEVOS SISTEMAS ESTRUCTURALES

Los contraventeos concéntricos restringidos contra pandeo (CRP) están constituidos por un núcleo de acero confinado
por una camisa de acero rellena de concreto o mortero de alta contracción controlada, que impide el pandeo del
núcleo. Los CRP fluyen indistintamente en tensión o compresión con una elevada capacidad de disipación de energía
por histerésis del material.
NUEVOS SISTEMAS ESTRUCTURALES
CONEXIONES TRABE COLUMNA
 CONEXIONES

Partes medulares extremadamente importantes de una

estructura de acero.
En una conexión, sea soldada o atornillada, el diseñador
debe analizar cuidadosamente las piezas que se va a unir:
forma, tamaño, cargas y características de los sujetadores
(soldadura o tornillos de alta resistencia ASTM A325 o
A490)
 CONEXIONES

¿Cuáles miembros estructurales se van a conectar y como se efectuará su unión?

¿Qué tipo de conexión es la más factible, eficiente y económica? ¿Soldada, atornillada o
una combinación de éstas?
¿Cómo se propone una conexión eficiente, segura, fácil de fabricar y montar y que al
mismo tiempo resulte económica?
CONEXIONES
 CONEXIONES
CONEXIÓN FUNCIÓN
Trabe-columna Formar marcos rígidos ortogonales que constituyen la estructura
Precalificada dúctil del edificio
Viga secundaria a trabe Crear los sistemas de piso compuestos acero concreto para
proporcionar espacios horizontales en un edificio

Empalme de viga o columna Formar un elemento de mayor dimensión. Puede ser atornillado
o soldado
Diagonal de contraventeo Dotar resistencia y rigidez lateral a la estructura para restringir
los desplazamientos laterales inducidos por sismo

Placa base de columnas Transmitir las cargas gravitacionales y accidentales a una

cimentación adecuada de concreto reforzado

Los contraventeos pueden ser ligeros o pesados de acuerdo con la magnitud de las acciones que transmiten
CONEXIONES
CONEXIONES TRABE COLUMNA
CONEXIONES-TRABE COLUMNA
CONEXIONES TRABE COLUMNA
CONEXIONES TRABE COLUMNA
CONEXIONES TRABE COLUMNA
CONEXIONES TRABE COLUMNA
CONEXIONES TRABE COLUMNA
CONEXIONES TRABE COLUMNA
CONEXIONES TRABE COLUMNA
CONEXIONES TRABE COLUMNA
CONEXIONES TRABE COLUMNA
 CONEXIONES TRABE-COLUMNA

CONEXIÓN DE LARGUEROS L-1 A TRABE T-1

CONEXIÓN DE TRABES T-1 A COLUMNA OC
CONEXIÓN A CORTANTE
CONEXIÓN RÍGIDA (CONX-1)
 CONEXIONES TRABE COLUMNA

Como se sabe, las conexiones de acero estructural en un edificio de acero

dependen de numerosos factores:
1. Tipo de edificio (urbano o industrial)
2. Ubicación (Zona sísmica, de moderada o baja sismicidad)
3. Condiciones del sitio y facilidades
4. Magnitud de las solicitaciones (momentos flexionantes, fuerzas cortantes,
torsión, etc.)
5. Disponibilidad comercial, tipos, tamaños y forma de los perfiles que se van
a unir (secciones abiertas, semi-abiertas o cerradas) y secciones laminadas o
hechas con placas soldadas
 CONEXIONES TRABE COLUMNA

Deben conceptualizarse, modelarse, analizarse, diseñarse, fabricarse y

construirse con precauciones especiales, especialmente si la estructura se
ubica en zonas de alta sismicidad.

Imagen cortesía: resources.scia.net

 CONEXIONES TRABE COLUMNA

6. Tipo de conexión propuesta (atornillada o soldada): precalificada o No

precalificada
7. Clasificación de las conexiones: simples o flexibles (a cortante), a momento
(rígidas) o semi-rígidas
8. Criterios y experiencia profesional del ingeniero
9. Infraestructura del taller de fabricación de estructuras metálicas (equipo y
calidad de la mano de obra disponible)
10. Constructibilidad (las conexiones deben ser eficientes, seguras, factibles,
sencillas, precisas en geometría y razonablemente económicas)
11. Tiempo de ejecución de la obra (conexiones atornilladas versus soldadas)
CONEXIONES TRABE COLUMNA
CONEXIONES
CONEXIONES TRABE COLUMNA
CONEXIONES TRABE COLUMNA
CONEXIONES TRABE COLUMNA
 CONEXIONES TRABE COLUMNA
REQUISITOS GENERALES
Sencillas
Seguras
Eficientes
Económicas
Constructibilidad
Precisión geométrica
CONEXIONES TRABE COLUMNA
CONEXIONES TRABE-COLUMNA
ESTADOS LIMITE FALLA
SOLDADURA ESTRUCTURAL
FACTORES-DISEÑO
PROCESOS SOLDADURA
FACTORES DISEÑO
 FACTORES-DISEÑO
GEOMETRÍA DE LA JUNTA SOLDADA
Tipo de junta (a tope, traslapada, en te, de esquina y de borde) penetración
Tipo de soldadura(de filete, penetración parcial, penetración completa, de tapón y de
ranura)
Proceso de soldadura (SMAW, SAW, S y S)
Dimensiones efectivas de las soldaduras, particularmente el grueso
Posición para soldar
Ángulo de las preparaciones (biseles)
Abertura de la raíz
Correcta alineación de las placas
FACTORES-DISEÑO
 FACTORES-DISEÑO
JUNTAS SOLDADAS PRECALIFICADAS
FACTORES-DISEÑO
 FACTORES-DISEÑO

TIPOS SOLDADURAS
FACTORES-DISEÑO
FACTORES-DISEÑO
FACTORES-DISEÑO
FACTORES-DISEÑO
 FACTORES-DISEÑO

Trabe armada soldada

(hecha con tres placas soldadas, IS)

Tamaño mínimo de soldaduras de filete. Tabla J2.4, Capítulo J Diseño de conexiones.

El tamaño mínimo de la pierna de la soldadura de filete se determina con base en el
espesor de la más delgada de las partes unidas de acuerdo con la Tabla J2.4 de la
Especificación ANSI/AISC 360-10.
 FACTORES-DISEÑO
TAMAÑOS SOLDADURAS FILETE
 FACTORES-CALIDAD

Tipo y tamaño del electrodo

Intensidad y polaridad de la corriente eléctrica
Fusión adecuada
Secuencia correcta de pasadas
Velocidad correcta del electrodo
 FACTORES-DISEÑO
POSICIONES SOLDAR
FACTORES-CALIDAD
 TORNILLOS DE
ALTA RESISTENCIA ASTM (NMX)
 FACTORES DISEÑO

El uso de tornillos de alta resistencia en edificios altos resulta

sumamente atractivo por las importantes ventajas que se obtienen
durante el montaje:

1.Colocación sencilla aún en sitios de difícil acceso

2. Fácil supervisión
3. Gran velocidad de construcción que no se logra con otro tipo de
sujetadores
FACTORES DISEÑO
FACTORES DISEÑO
 FACTORES DISEÑO

Las conexiones atornilladas pueden hacerse bajo condiciones difíciles en campo, lo cual sería imposible con
las uniones soldadas.
 FACTORES- DISEÑO
Tipo de tornillo: Grupo A (ASTM A-325 o NMX-H-124) o B (A-490º nmx-H-123)
Tipo de conexión: Tensión, a cortante por aplastamiento o de deslizamiento crítico
Tipo de fuerza: Tensión, cortante, tensión y cortante combinados
Dimensiones de los tornillos
Distancias al borde
Separación centro a centro entre tornillos
Condición de la rosca
Tipo de agujeros
Método de instalación (tensión mínima de apriete)
 FACTORES-DISEÑO

• COMPORTAMIENTO

A = dt
Ecuaciones J3-6ª, J3-6b y J3-6c

El modo de falla por aplastamiento, depende de los siguientes factores geométricos:

Distancia del agujero para tornillos al borde de la placa
Diámetro del tornillo
Grueso de las partes conectadas
 FACTORES-DISEÑO

La resistencia al cortante se define como la carga máxima que puede soportar un tornillo antes de su fractura,
cuando dicha carga se aplica en dirección normal al eje del tornillo.
La falla de una junta atornillada a cortante ocurre cuando las piezas que la constituyen se deslizan unas sobre otras y
eventualmente cortan a los tornillos.
Cuando los tornillos trabajan a cortante, la carga se aplica en un plano perpendicular al vástago del tornillo
y si el tornillo une dos placas de acero trabaja a cortante simple. Si conecta tres placas entonces está
sometido a cortante doble.
 FACTORES-DISEÑO

Junta traslapada a cortante simple

FACTORES-DISEÑO
 FACTORES-DISEÑO
CONDICIÓN ROSCAS
 FACTORES-DISEÑO
TIPOS JUNTAS

Las juntas por aplastamiento son aquellas que transmiten

fuerza cortante entre las partes conectadas y se diseñan
para que la transmisión se haga por aplastamiento entre los
tornillos y las partes conectadas. La resistencia nominal por
aplastamiento de un tornillo, Rn, es la fuerza que se necesita
aplicar contra el lado del agujero en el que está colocado
para arrancar el material situado entre el agujero y el
borde de la placa.
 FACTORES-DISEÑO
TIPO JUNTAS

Las juntas “de fricción” o de “deslizamiento crítico” (slip–critical joints) se

diseñan para que la transmisión de las fuerzas que actúan en la conexión se
haga únicamente por la fricción que se desarrolla entre los tornillos y las
partes conectadas (placas o perfiles).
FACTORES- DISEÑO
FORMAS-TRABAJO
FACTORES-DISEÑO
TIPOS AGUJEROS
 FACTORES-DISEÑO
REQUISITOS GEOMÉTRICOS

.
FACTORES- DISEÑO
RESISTENCIAS
 FACTORES-DISEÑO
ESTADOS LÍMITE DE FALLA
 DISEÑO CONEXIÓN TRABE-COLUMNA
1. Resistencia en flexión de la trabe
2. Soldaduras de ranura de penetración completa de patines de trabe a patín de columna

3. Determinación del número necesario de tornillos ASTM en la placa de cortante

4. Resistencia al aplastamiento de los tornillos ASTM de la placa de cortante

5. Fluencia por cortante de la placa de cortante

6. Ruptura por cortante de la placa de cortante
7. Ruptura por bloque de cortante y tensión combinados de la placa de cortante

8. Soldadura de filete de la placa de cortante con patín de la columna

REQUISITOS SÍSMICOS
CONEXIONES
REQUISITOS SÍSMICOS
DISEÑO DÚCTIL
REQUISITOS SÍSMICOS
 REQUISITOS SÍSMICOS

Las estructuras de acero diseñadas en zonas de alta sismicidad deben tener una capacidad
importante de deformación inelástica ocasionada por la fluencia por flexión de las trabes.
 REQUISITOS SÍSMICOS
TRABES

Las trabes diseñadas como miembros de ductilidad alta se restringirán contra el pandeo lateral por
flexotorsión por medio de contraventeo lateral suficiente para que puedan desarrollar deformaciones
plásticas importantes y conservar el momento plástico.
 REQUISITOS SÍSMICOS

Ahora el diseño no se hace para las fuerzas obtenidas del

análisis estructural, sino para las resistencias nominales de
los miembros que se emplean realmente en la estructura,
evitando de este modo que las conexiones fallen antes de
que se presenten las deformaciones inelásticas necesarias.
 REQUISITOS SÍSMICOS

Se considera que las trabes dúctiles tienen deformaciones plásticas importantes y

desarrollan un momento MÁXIMO PROBABLE cuando se desarrollan las articulaciones
plásticas.

Mpr = Cpr Ry Fy Ze
 REQUISITOS SÍSMICOS

=0.04 rad
L Trabe

L Trabe
La conexión trabe columna debe admitir una distorsión de entrepiso igual a 0.04 radianes. La resistencia en
flexión de la conexión determinada en la cara de la columna, debe ser igual o mayor que el 80 por ciento del
momento plástico de la trabe conectada, cuando la distorsión del entrepiso es de 0.04 radianes
141
 REQUISITOS SÍSMICOS

Las zonas extremas de trabes sujetas a deformaciones inelásticas se consideran ZONAS PROTEGIDAS,
que deben cumplir con varios requisitos. Las ZP son las partes de miembros de la estructura que resisten
las acciones sísmicas que se espera que se comporten inelásticamente durante sismos moderados y fuertes.
 REQUISITOS SÍSMICOS
Zonas protegidas

Viga de sección reducida (Reduced Beam Section, RBS)

Partes de miembros estructurales que resisten las acciones sísmicas que se espera que se
comporten inelásticamente durante varios sismos importantes.
Deben indicarse en los planos estructurales y en las piezas fabricadas.
1.No soldar conectores de cortante
2.No hacer perforaciones, no atornillar, ni soldar.
3.No ligar ningún componente no-estructural, (instalaciones, ductos u otros).
4. Se permiten puntos de soldadura para fijar losacero
5. No hacer empalmes de ningún tipo en trabes o en cubreplacas de vigas.
REQUISITOS SÍSMICOS
ZONA SPROTEGIDAS
 REQUISITOS SÍSMICOS
SOLDADURAS DEMANDA CRÍTICA

Se considera que las soldaduras de penetración completa, entre los patines de trabes y columna y las de las
placas de continuidad son SOLDADURAS DE DEMANDA CRÍTICA. Las SDC son aquellas que resisten las
acciones sísmicas y que requieren metal de aportación con propiedades particulares y condiciones especiales
de colocación e inspección.
 REQUIISTOS SÍSMICOS
SOLDADURAS DE DEMANDA CRÍTICA

Las soldaduras de penetración completa, consideradas Soldaduras de Demanda Crítica se

depositan con el proceso de soldadura de electrodo con corazón de fundente (FCAW )
 REQUISITOS SÍSMICOS

MATERIALES DE APORTACIÓN
Deben usarse electrodos con 4900 kg/cm2 (480 MPa) de resistencia a la
ruptura en tensión:
E7018H4R
E70T-1MJH8
H4: Nivel de hidrógeno
R: Cumple con los requisitos de la prueba de absorción de humedad
T: Tubular
1: Uso y desempeño
M: Mezcla de gases
 REQUISITOS SÍSMICOS

MATERIALES DE APORTACIÓN
Todo el metal de aportación tendrá una TENACIDAD determinada con
pruebas Charpy en V no menor que 27J a 255 K (-18oC) (20 ft-lb a 0oF).
El metal de aportación para las soldaduras definidas como de DEMANDA
CRÍTICA tendrán una tenacidad Charpy en V no menor que 27 J a 255 K (-
18oC) (20 lb-ft a 0oF) ni que 54J a 293K(20 oC) (40 ft-lb a 70oF) ni 83 K
(10oC, 50oF)
Si la TSME(Temperatura de Servicio Mínima Esperada) de la estructura
terminada es menor que 283K (10oC, 50oF) el valor mínimo de 54 J (40lb-ft)
indicado se proporcionará a una temperatura no mayor que 10K (10oC, 20
arriba de la TSEM
 REQUISITOS SÍSMICOS

Tabla 1. Requisitos mínimos de la prueba de impacto Charpy con

muesca en V para el edificio y puentes
Temperatura de servicio mínima esperada
(TSME)
Material
-18 oC -34oC -51oC
Joules oC Joules oC Joules oC
Acero: miembros críticos sin fractura 20@21 20@4 20@-12
Acero: miembros críticos con fracturas 34@21 34@4 34@-12
Metal de soldadura para fractura no crítica 27@-18 27@-18 27@-29

Metal soldadura para fractura crítica 34@-29°C para todas las temperaturas de servicio

AISC: secciones jumbo y placas de más de 50 mm (2 “) 27@21°C para todas las temperaturas de servicio
de grueso
SAC: metal de soldadura para aplicaciones sísmicas 27@16°C por debajo de la temperatura de servicio. No exceder
de -18°C
 REQUISITOS SÍSMICOS
AGUJEROS ACCESO SOLDAR
CONEXIONES PRECALIFICADAS
 CONEXIONES PRECALIFICADAS

Conexiones Precalificadas Conexiones Precalificadas

ANSI/AISC 358 (1ª Ed. 2005) ANSI/AISC 358 (2ª Ed. 2010)
 CONEXIONES PRECALIFICADAS

ANSI/AISC 358 - “CONEXIONES PRECALIFICADAS PARA MARCOS A MOMENTO DE ACERO ESPECIALES

E INTERMEDIOS PARA APLICACIONES SÍSMICAS"

Conexiones Precalificadas Conexiones Precalificadas

ANSI/AISC 358 (1ª Ed. 2005) ANSI/AISC 358 (2ª Ed. 2010)

1.Viga de sección reducida 1.Viga de sección reducida o hueso de perro (RBS)

(RBS) 2. Placa extrema extendida con y sin atiesadores
2. Placa extrema extendida con 3. Placas atornilladas en patines de la trabe (BPF)
y sin atiesadores
4. Patines y alma soldada (WUF-W)
5. Ménsula atornillada Kaiser (KBB)
6. Conexión ConXL
 CONEXIONES PRECALIFICADAS
1.Conexiones soldadas con patines libres (welded free flange
connection)
2.Conexiones con vigas de secciones reducida o “hueso de perro”
(reduced beam section connection RBS)
3.Conexiones de placa extrema extendida atornillada , no
atiesada(Bolted unstiffened end plate connection, BUEP)
 CONEXIONES PRECALIFICADAS
4.Conexiones con placa externa extendida atornillada
atiesada (bolted unstiffened en plate conection, BUEP)
5.Conexiones con placa atornillada a los patines de la trabe
(bodted flange connection, BFP)
6.Conexiones con te atornilladas a los patines de la columna de
trabe (doublesplit tee connection DST)
7.Conexiones CONX (CONXL connection)
CONEXIONES PRECALIFICADAS
CONEXIONES PRECALIFICADAS
CONEXIONES PRECALIFICADAS
CONEXIONES PRECALIFICADAS
 • Extremely fast erection
(1) Beams shall be rolled wide-flange or built-up I-shaped members conforming to
CONEXIONES PRECALIFICADASthe requirements of Section 2.3.

ConXtech® CONXL TM Moment Connection ConXtech® CONXL TM Moment Connection

(a) (b)

Fig. 9.2. Kaiser bolted bracket W-series configurations:

(a) six column bolts, W1.0; (b) four column bolts, W2.0 and W2.1; and
(c) two column bolts, W3.0 and W3.1.
(a) (b) (c)

Fig. 9.2. Kaiser bolted bracket W-series configurations:

(a) six column bolts, W1.0; (b) four column bolts, W2.0 and W2.1; and
(c) two column bolts, W3.0 and W3.1.

(a) (b)

Fig. 9.3. Kaiser bolted bracket B-series configurations:

CONEXIONES PRECALIFICADAS
CONEXIÓN PRECALIFICADA
CONEXIONES PRECALIFICADAS
 CONEXIONES PRECALIFICADAS

El instituto Americano de la construcción con Acero

(AISC, por sus siglas en inglés) estableció un
procedimiento de diseño para cada conexión
precalificada, basado en los resultados de numerosas
pruebas de laboratorio así como en los
correspondientes modos de falla de los miembros
estructurales y de los elementos de las conexiones
asociados a los estados límites de resistencia.
 CONEXIONES PRECALIFICADAS

Hoy en día hay una gran cantidad de temas

especiales y recomendaciones que deben
considerarse en el diseño, ejecución y supervisión de
las soldaduras de conexiones precalificadas y están
contenidas en la literatura especializada.
 CASO DE ESTUDIO
EDIFICO PUNTA REFORMA
CASO DE ESTUDIO
DATOS GENERALES
Ubicación: Paseo de la Reforma, CDMX
Niveles: 37
Altura: 180 m
Área: 58 271 m2
Claros tipo:10-12 m
Alturas de entrepiso
Condiciones de regularidad: Fuertemente irregular
Peso: 7 454 748 kg
Densidad: 128 kg/m2
Firma de Ingeniería: Colinas de Buen
Estructuración: Marcos rígidos compuestos acero-
concreto en ambos sentidos, con contraventeo
Coeficiente sísmico c = 0.40
Factor de comportamiento sísmico: Q = 4
Fabricación y montaje: Grupo Baysa
Responsable: Ing. Fernando González Roser
Tiempo de montaje: 5 meses
CASO DE ESTUDIO
CASO DE ESTUDIO
 CASO DE ESTUDIO
PERFILES ESTRUCTURALES
CASO DE ESTUDIO
CASO DE ESTUDIO
 MUCHAS GRACIAS

M.I. Héctor Soto Rodríguez

Centro Regional de Desarrollo en Ingeniería Civil
Telefonos: 43 33 19 89 37 y 44 32 98 43 40
Correo electrónico: hectorsotomor@gmail.com

En memoria del Maestro Oscar de Buen López Heredia (q.p.d)

Máximo líder de las estructuras de acero en México