Para muchos estudiantes de ingeniería civil, recién egresados o incluso ingenieros con experiencia en diseño de estructuras de concreto, resulta retador iniciarse en el mundo del diseño de estructuras metálicas.

Introducción

Típicamente en las universidades colombianas, se enseña más sobre estructuras de concreto que de acero, y aunque esto ha ido cambiando, todavía hay muchos profesionales que, aun entendiendo los fundamentos del análisis y el diseño estructural, necesitan acompañamiento para entrar en el mundo del diseño de estructuras metálicas.

Esta es una lista de las 12 cosas que, según mi experiencia, debes aprender para poder sentirte seguro en este campo, con confianza para diseñar y ejecutar proyectos de todo tipo.

Vale aclarar que es un listado dirigido a ingenieros civiles o mecánicos, ya que requiere conocimientos de resistencia de materiales, estática y dinámica estructural, y análisis de estructuras.

1. Catálogos de perfiles estructurales: Americanos, Europeos y tubulares

Las estructuras metálicas se arman con perfiles prefabricados estándar, y entender los diferentes catálogos estándar es fundamental.

Debes aprender a distinguir los perfiles americanos (W, HSS, etc.) y los europeos (IPE, HEA, HEB), además de revisar la oferta local de perfiles tubulares, que puede variar mucho de un país a otro.

2. Diferencias entre materiales

Una vez que se dominan los catálogos de perfiles disponibles, es importante conocer el tipo de material con el que están fabricados.

Típicamente se habla de materiales ASTM, es decir, aceros producidos bajo los estándares del American Society for Testing and Materials.

En los perfiles americanos (como los perfiles W), lo más común es encontrar ASTM A572 Grado 50.

Para las planchas metálicas, el estándar más habitual es ASTM A36, mientras que los perfiles tubulares suelen fabricarse bajo la norma ASTM A500, aunque el grado puede variar según el fabricante.

3. Orientación de columnas, inercia fuerte y débil

Cuando usamos perfiles con forma de I, debemos recordar que esta sección es ideal para elementos a flexión, como las vigas.

Pero cuando los usamos como columnas, las cosas cambian: en un sentido el perfil tendrá una inercia mucho mayor que en el otro.

Esto significa que, por lo general, solo podremos usar pórticos resistentes a momento cuando los elementos estén orientados correctamente.

En el otro sentido, lo más conveniente es recurrir a sistemas arriostrados y conexiones a cortante para garantizar estabilidad lateral y eficiencia estructural.

4. Conexiones a cortante.

En elementos como vigas y viguetas, podemos conectar sus extremos de diferentes formas. Podemos diseñar una conexión resistente al momento o una conexión a cortante.

En general, siempre que sea posible, preferimos las conexiones a cortante: es el clásico caso de rigidez versus simplicidad.Aunque aumentan un poco la deflexión de la viga, mantienen la conexión más liviana, económica y fácil de fabricar y montar en obra.

5. Riostras concéntricas y riostras excéntricas

Es fundamental diferenciar correctamente entre estos dos tipos de arriostramientos, ya que sus nombres pueden resultar engañosos si no se entienden los criterios técnicos detrás.

Las riostras concéntricas son aquellas que se conectan en un mismo nodo, sin importar si este punto está en el centro de una viga o en la intersección con una columna.

Por otro lado, las riostras excéntricas dejan una distancia entre los puntos de conexión. Esa excentricidad es clave para la disipación de energía durante eventos sísmicos y, por lo tanto, debe cumplir con requisitos muy estrictos de diseño sísmico.

6. Configuración de pórticos a momento y pórticos arriostrados

Saber cómo configurar una estructura para resistir fuerzas horizontales es uno de los primeros pasos del diseño estructural

En las estructuras metálicas existen varias alternativas: pórticos resistentes a momento, pórticos no resistentes a momento con arriostramientos de distintos tipos, o combinaciones de ambos sistemas.

En algunos casos se emplean pórticos a momento en ambos sentidos, mientras que en otros, algunas columnas no participan de ningún pórtico.

Esta configuración depende en gran medida de la experiencia del diseñador, y suele requerir el acompañamiento de colegas con trayectoria para evitar “reinventar la rueda”… pero mal inventada.

7. Estados límites de resistencia.

Diseñar un elemento no es otra cosa que verificar que la demanda sea menor que su capacidad, entendiendo que esa capacidad corresponde al menor valor de resistencia entre las distintas formas en que puede fallar una parte o elemento de la estructura.

Estos estados límite varían según el tipo de elemento: vigas, columnas, barras de cerchas, conexiones, pernos o soldaduras.

Comprender cuáles aplican y cuáles gobiernan en cada caso nos da control real sobre el diseño, y evita depender ciegamente de las interpretaciones que hacen los programas de análisis estructural como ETABS, SAP2000 o STAAD.

8. Estados límite de servicio; deriva y deflexión

En las estructuras metálicas, los elementos suelen ser más flexibles que en otros sistemas estructurales. Esto puede hacer que, aunque cumplan con los requisitos de resistencia, presenten deflexiones excesivas.

Nadie quiere estar sobre una losa de entrepiso que se sienta desnivelada, ni que durante un sismo el edificio de acero se deforma tanto que se dañen los vidrios o los muros divisorios.

Aunque no esté comprometida la resistencia última, controlar cuánto se deflectan o desplazan los elementos es crucial para garantizar el buen desempeño y la percepción de confort en la estructura.

9. Combinaciones ASD y LRFD

Aunque el método ASD (Allowable Stress Design) ha pasado a un segundo plano frente al LRFD (Load and Resistance Factor Design), en el diseño de estructuras metálicas todavía se utilizan ambos conjuntos de combinaciones de carga.

Generalmente, se emplea ASD para las verificaciones de estados límite de servicio y LRFD para los chequeos de estados límite de resistencia.

Comprender sus diferencias, fundamentos y aplicaciones nos permite usar y adaptar cada set de combinaciones según las condiciones reales del proyecto, logrando un diseño más coherente y eficiente.

10. Corrección cortante basal

En el análisis sísmico modal espectral, existen requisitos importantes como la participación de masa mínima y el cortante basal mínimo. Saber cómo aplicar y verificar estos chequeos de forma simple y directa es clave para poder iterar y mejorar el modelo estructural sin depender únicamente del software.

En la práctica, entender estos ajustes como un par de multiplicaciones y divisiones rápidas resulta mucho más eficiente que crear múltiples versiones del modelo para probar distintas configuraciones.

11. Requisitos de diseño sísmico

En zonas con baja o nula sismicidad, el diseño de estructuras metálicas suele centrarse en las ecuaciones de resistencia y las verificaciones de servicio: deflexiones, derivas y vibraciones, entre otras (Cumpir con el titulo F.2 de la NSR-10 o el AISC 360)

Pero en zonas de sismicidad intermedia o alta, el panorama cambia por completo: la estructura debe tener capacidad de disipar energía durante un sismo, y eso implica cumplir una larga lista de requisitos adicionales que garantizan su desempeño durante un sismo (Cumplir con el titulo F.3 de la NSR.10 o el AISC 341).

Por ejemplo, el principio de “columna fuerte, viga débil” no es solo un mantra del diseño estructural: es un requisito sísmico de desempeño, esencial para evitar fallas frágiles y asegurar que la estructura se deforme de forma controlada durante un evento sísmico real.

12. Resistencia a tensión y compresión

Manejar las variables que determinan los principales estados límite de resistencia es clave en el diseño de estructuras metálicas. Cuando un elemento está sometido principalmente a tensión, la sección transversal efectiva (el área total de acero) es la variable más importante. En cambio, si el mismo elemento trabaja a compresión, lo que realmente gobierna es su longitud no arriostrada, ya que de ella depende su capacidad para evitar el pandeo.

Comprender esta diferencia es fundamental para dimensionar correctamente barras, perfiles y miembros estructurales esbeltos, y evitar sobredimensionar por miedo o sobredimensionar por descuido.

Conclusión

El camino para aprender a diseñar estructuras metálicas va más allá del pregrado e incluso postgrado en ingeniería estructural, no se trata solamente de calcular hacer modelos matemáticos o ecuaciones de resistencia, es entender cómo se comporta el acero. Tal vez el lector ya conocía algunos conceptos de esta lista o quiera profundizar en algunos que le llamó la atención, en todos los casos BIMET es una iniciativa para compartir conocimiento y divulgar temas relacionados con diseño de estructuras metálicas, si quieres seguir aprendiendo, te invito a ver los videos en el canal de youtube de Bimet y a dejar tus preguntas o comentarios en mi perfil de LinkedIn.