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Betzabeth Suquillo Ronquillo
Evelyn Cabrera Álvarez
Juan Chacón Sánchez
Margarita Mayacela Rojas
1
Implementación de un Software para el Diseño de Anclajes en Vigas y
Columnas de Estructuras Metálicas
Implementation of a Software for the Design of Anchorages in Beams and
Columns Steel Structures
Betzabeth Suquillo-Ronquillo
1,2
; Evelyn Cabrera-Álvarez
3
; Juan Chacón-
Sánchez
4
; Margarita Mayacela-Rojas
5
1
Universidad
de Chile, Departamento de Ingeniería Civil, Santiago de Chile - Chile,
bsuquillo@ug.uchile.cl
2
SyllCons, Consultoría en Ingeniería y Construcción, Quito-Ecuador,
ing.syllcons@gmail.com
3
Hidrovictoria S.A., Departamento de Ingeniería Civil, Quito - Ecuador,
hebellin@hotmail.com
4
Ingenio Innova, Consultor Independiente, Quito - Ecuador,
ingenio_innova@hotmail.com
5
Universidad Técnica de Ambato, Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica, Ambato
- Ecuador, cm.mayacela@uta.edu.ec
DOI: https://doi.org/10.31243/id.v16.2022.1803
Resumen
Dentro del sistema constructivo que forman parte de las conexiones en estructuras
metálicas, se encuentran elementos estructurales que aseguran la continuidad del
edificio y transmiten fuerzas de un miembro a otro, los cuales se denominan placas
base para columnas y placas de soporte para vigas. El análisis de estos elementos
consiste en un proceso sistemático y matemático bastante extenso, lo que ocasiona
que el tiempo empleado para el diseño sea considerable lo cual puede generar
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errores matemáticos, pudiendo generar elementos sobredimensionados, lo cual
ocasionaría la utilización de recursos económicos innecesarios o a su vez generaría
elementos sub-dimensionados que indicaría una resistencia menor a la requerida
provocando grandes problemas en el comportamiento de la estructura. En el
presente artículo se muestra la implementación de un software libre y de fácil
manejo para el diseño de anclajes de columnas y vigas metálicas (ANCHOR
DESIGN) de acuerdo con lineamientos establecidos por la norma ANSI/AISC 360-
16. Los resultados obtenidos fueron validados y comparados manualmente y con
otras investigaciones reflejando bajos porcentajes de diferencia lo cual asegura la
Abstract
In the connections of steel structures, there are structural elements in the
construction system that ensure the continuity of the building and transmit forces
from one member to another, which are called base plates for columns and support
plates for beams. The analysis of these elements consists of a quite extensive
systematic and mathematical process, which causes that the time used for the
design is considerable and due to the number of iterations mathematical errors can
occur, which can generate oversized elements, which causes the use of
unnecessary economic resources or in turn generate under-dimensioned elements
that would indicate a lower resistance than required causing major problems in the
behavior of the structure. The objective of this research was to create a free and
easy to use software for the design of anchorage of steel columns and beams
(ANCHOR DESIGN) according to the guidelines established by the ANSI/AISC 360-
16 standard. This software is accompanied by a user's manual describing step by
step some common calculation examples and its results were compared with
exercises developed by (Fisher & Kloiber, 2006) reflecting low percentages of
Palabras clave: Anclajes estructurales, estructura metálica,
placas base.
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difference which ensures the reliability of the design and assures the link between
the foundation and the superstructure.
Introducción
La ocurrencia de eventos sísmicos de gran envergadura como el sismo de como
Northridge (1994) de magnitud 6.7 y Kobe (1995) de magnitud 7.3 obligaron a
instituciones e investigadores a estudiar con mayor profundidad el comportamiento
de estructuras metálicas bajo acciones sísmicas logrando desarrollar
procedimientos que garantizan el buen desempeño de las estructuras, y que han
sido incorporados en las diferentes actualizaciones de las normas de diseño de
estructuras metálicas. (Núñez et al., 2017)
Las nuevas tecnologías y el diseño de materiales cada vez más ligeros han
incrementado el uso de las estructuras metálicas, por lo que el número de edificios
que la utilizan van rápidamente en aumento. Para garantizar la sismo-resistencia de
una estructura es de vital importancia asegurar el paso de las cargas en la
superestructura hacia la cimentación. (Fuentes et al., 2018)
Una estructura metálica necesita elementos complementarios que son de igual
importancia que los elementos principales porque hacen el diseño más práctico y
rápido a la hora del montaje además de que permiten la transmisión de esfuerzos
desde la superestructura hacia el sistema de fundaciones o transmisión de cargas
en sistemas mixtos. (Chacón et al., 2018)
Estos elementos complementarios son las placas base en columnas, pernos de
anclaje y placas de soporte que sirven de unión de vigas metálicas a columnas de
hormigón en sistemas estructurales mixtos y entre la cimentación y columnas
metálicas.
Keywords: Structural anchors, steel structures,
base plate.
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Metodología
En la actualidad existen distintas normas de diseño para el análisis de los elementos
complementarios, las cuales se diferencian en función del material del cual está
compuesta la estructura metálica. Entre ellas podemos mencionar a la Norma AISC
para perfiles estándar laminadas en caliente y la Norma AISI para perfiles de lámina
delgada conformados en frío aplicando para cada una de ellas el método bajo
cargas de servicio ASD ó el método para cargas últimas LRFD. Adicional de ello
están procedimientos analíticos de casos tipificados y ampliamente corroborados
experimentalmente como los descritos en la Guía de Diseño 1 para Placas Base y
Pernos de Anclaje del American Institute of Steel Construction (Fisher & Kloiber,
2006) los cuáles comprenden un procedimiento bastante extenso e iterativo que
puede ocasionar que el tiempo empleado para el diseño sea considerable,
desgastante y debido al número de iteraciones puedan presentarse errores
matemáticos. Esto puede ocasionar elementos sobredimensionados lo cual
generaría la utilización de recursos económicos innecesarios o a su vez generar
elementos sub-dimensionados que indicaría una resistencia menor a la requerida
provocando grandes problemas en el comportamiento de la estructura frente a la
ocurrencia de eventos adversos, como grandes pérdidas tanto económicas como
humanas para nuestra sociedad.
Este programa aplica los distintos criterios utilizados en la implementación del
diseño de placas de soporte y placas base para columnas metálicas tanto a flexo-
compresión uniaxial como a flexo-compresión biaxial, tomando en consideración
que la resistencia de los anclajes depende de las propiedades del acero y del
tamaño del anclaje.
Por lo que las iteraciones para un óptimo diseño van a ir en función de la resistencia
de la porción empotrada del anclaje depende de su longitud de empotramiento,
resistencia del hormigón, de la proximidad de otros anclajes, distancia a los bordes
libres, y de las características del extremo empotrado del anclaje.
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Figura 1
Elementos complementarios a analizar con el software ANCHOR DESIGN.
Fuente: Adaptado de la Guía de Diseño AISC (2006)
Nota: Elementos que forman parte del sistema constructivo de placas de
anclaje para columnas y vigas metálicas.
Placas base.- Las placas base para columnas, dependiendo del tipo de apoyo y de
las solicitaciones, se diseñan para resistir el momento y el cortante, los cuales se
deben considerar de manera independiente, asumiendo que no existe una
interacción significativa entre los dos según Bermúdez, C. (2005). Para el diseño,
las dos normas AISC y AISI utilizan el mismo procedimiento de cálculo, pero con
propiedades mecánicas diferentes pertenecientes a cada material. Adicional
también considera los esfuerzos a los cuáles está expuesto como:
• CASO I: Considerando únicamente cargas axiales. - Cuando una columna está
sometida únicamente a cargas axiales, la placa base debe ser diseñada de tal
manera que sus dimensiones sean suficientes para resistir las presiones ejercidas
por el hormigón y la columna, por lo que es necesario conocer como éstos influyen
en el dimensionamiento de la placa base, como se muestra en la “Figura 2”.
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Figura 2
Distribución uniforme de cargas axiales en una placa base.
Fuente: Guía de Diseño AISC (2006)
Nota: El programa ANCHOR DESIGN contempla el diseño de los
anclajes para el caso I (únicamente carga axial).
• CASO II: Considerando cargas axiales y momento flector. - Cuando una columna
está sometida a momento flector, su diseño está relacionado con la excentricidad
equivalente, es decir:
Cuando e ≤ ecrit
Para estas excentricidades, es decir para excentricidades equivalentes menores a
excentricidades críticas, la fuerza axial es resistida sólo por aplastamiento, sin
fuerza de tensión; no habrá tendencia al volcamiento por lo que el anclaje no
interviene en el equilibrio de momentos, como se muestra en la “Figura 3”.
Figura 3
Distribución uniforme de cargas axiales y momento flector con excentricidades
pequeñas.
Fuente: Guía de Diseño AISC (2006)
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Nota: El programa ANCHOR DESIGN contempla el diseño de los
anclajes para el caso II (considerando una combinación de carga axial
con excentricidad).
Cuando e ˃ ecrit
Para éstas excentricidades, es decir cuando la excentricidad equivalente es mayor
a la excentricidad crítica, es necesario usar la resistencia a tensión de los pernos o
varillas de anclaje, es decir cuando la magnitud del momento de flexión es grande
en relación a la carga axial de la columna, los pernos o varillas de anclaje están
obligadas a conectar la placa base a la base de hormigón para que la base no se
voltee, ni falle el hormigón en la distribución de compresión de esfuerzos, como se
muestra en la “Figura 4”.
Figura 4
Distribución uniforme de cargas axiales y momento flector con excentricidades
grandes.
Fuente: Guía de Diseño AISC (2006)
Nota: El programa ANCHOR DESIGN contempla el diseño de los
anclajes para el caso II (considerando una combinación de carga axial
con excentricidad mayor a la crítica).
Placas de soporte.- Las placas de soporte son elementos de transición que son
necesarios cuando los extremos de la viga de acero se apoyan directamente sobre
el hormigón y distribuyen los esfuerzos o reacciones de la viga. Días, L. (2006)
menciona que la metodología de diseño de placas de soporte es parecida a las
placas base, su principal diferencia es que el diseño de estas placas se realiza a
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flexión en una sola dirección y se debe considerar la fluencia y el aplastamiento del
alma de la viga a distancias críticas que se observan en la “Figura 5”.
Figura 5
Longitudes críticas de una placa de soporte
Fuente: Guía de Diseño AISC (2006)
Nota: El programa ANCHOR DESIGN contempla el diseño de los
anclajes para vigas metálicas.
A partir de lo anterior, es necesario conocer los estados de falla que pueden ocurrir
en cada elemento, tales como: Fluencia por tensión, Fractura por tensión, Fluencia
por cortante, Fractura por cortante, Bloque de Cortante, Aplastamiento del
elemento, Cortante en el perno, etc, los mismos que son aplicados de acuerdo a las
Normas (ANSI/AISC 358-16, 2016), (ANSI/AISC 341-16, 2016), (ANSI/AISC 360-
16, 2016) y que son considerados en la programación interna del software.
El software ANCHOR DESIGN presenta una interfaz gráfica interactiva dentro de
sus ventanas, con la cual el usuario puede seguir paso a paso cada uno de los
cálculos realizados para el diseño de conexiones y así verificar los resultados
presentados. En particular, el usuario debe seleccionar y especificar los elementos
requeridos (elemento requerido, perfiles, cargas, propiedades geométricas,
materiales).
El procedimiento realizado se puede observar en el flujograma de la interfaz gráfica
la cual es similar para todos los anclajes de acuerdo con la normativa (ANSI/AISC
358-16, 2016) como se muestra en la Figura 6 que fue programada utilizando en
gran parte programación basada en objetos. El software desarrollado se puede
utilizar en cualquier computador con procesador mínimo de 1.0 GHz y una memoria
superior a 1.0 GB para su correcto funcionamiento.
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Figura 6
Diagrama de flujo para el diseño de los elementos complementarios.
Nota: Diagrama de flujo que utiliza el programa ANCHOR DESIGN para
el diseño de anclajes de columnas y vigas metálicas basado en una
programación orientada a objetos.
ANCHOR DESIGN cuenta con un menú de conexiones con ejemplos manuales de
3 tipos de conexiones, normas AISC y un manual de usuario en el que se explica el
manejo del software. En la Figura 5 se observa la interfaz del menú principal del
software.
Todas las ventanas que componen el programa ANCHOR DESIGN contienen un
código base que contiene todas las variables globales del sistema que permiten el
paso de información de una interfaz gráfica a otra y el orden de ejecución del mismo
programa. Posterior a la interfaz principal el programa requiere especificar el tipo de
material del perfil de la conexión con el fin de establecer la norma de diseño Norma
AISC (Perfiles Laminados en Caliente) o Norma AISI (Perfiles Laminados en Frío) y
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se especificará el elemento a diseñar como se muestra en la Figura 7 y el tipo de
flexión al cual va a estar sometida Uniaxial o Biaxial.
Figura 7
Interfaz del menú principal de ANCHOR DESIGN.
Una vez seleccionada las especificaciones generales, el programa da la opción de
escoger el tipo de elemento complementario a diseñar (placa base, placa de
soporte, pernos de anclaje, soldadura), sin embargo, es posible realizar todo el
análisis completo de todos los elementos como se muestra en la Figura 8.
Figura 8
Interfaz del menú principal de ANCHOR DESIGN.
En cuanto a la estructura del software, el ingreso de datos está programado de tal
manera que el usuario tenga la facilidad de ver por categorías los datos necesarios
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empezando por resistencias requeridas, características geométricas y materiales.
Además, ANCHOR DESIGN muestra una interfaz gráfica para la visualización de
errores, consulta de normas, elementos complementarios (manual de usuario,
calculadora) y exportación de la tabla de resultados como se muestra en la Figura
9.
Figura 9
Interfaz gráfica para el ingreso de datos
Resultados
Con la finalidad de validar los procedimientos de cálculo y asegurar la precisión de
los resultados presentados por ANCHOR DESIGN, se comparan con ejemplos
realizados de forma manual y en comparación con otros autores, referente a diseños
de placas base, placas de soporte, pernos de anclaje y soldadura y se comparan
con los valores proporcionados por el software con el fin de ver la diferencia de
cálculo.
Placas Base
Para la comprobación del análisis se verifica con un análisis desarrollado de la
siguiente, manera, el cual es extraído del (AISC Seismic Design Manual, 2006), en
el cual se desea diseñar la placa base considerando distribución uniforme de
esfuerzos y momentos. El material de la cimentación es un f’c de 210 kg/cm
2
y los
perfiles con un acero de fluencia de 2531 kg/cm
2
.
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Tabla 1
Datos de diseño para la placa base.
Cargas
Especificaciones de los materiales y
secciones
!
= 45,36
MATERIALES
SECCION COLUMNA
"
= 72,57 Ton
#
= 2,53/
$
%
= 30.988
!
= 2.500 − 
&
= 0,21/
$
= 32.258
"
= 30.00 − 
Una vez seleccionada el elemento complementario Placa Base, se muestra la
interfaz gráfica de Datos como se muestra en la Figura 10, presenta las opciones
que permiten al usuario ingresar los datos requeridos para la columna y cimentación
como: perfiles, cargas, propiedades geométricas y materiales. Una vez ingresados
los datos, se presiona el botón Continuar, y automáticamente el programa hace la
iteración de cálculo.
Figura 10
Interfaz para el ingreso de datos y revisión de los límites de precalificación.
Una vez que todas las verificaciones sean satisfactorias se procede a presionar el
botón Continuar la misma que nos lleva a nuestra última interfaz donde se puede
visualizar una tabla de resumen con todos los valores ingresados y calculados por
el programa como son resistencias, características geométricas de la placa base y
de la cimentación (Figura 11). La iteración del programa la realiza con la
consideración de incorporar o no atiesadores, los cuales sirven para disminuir el
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espesor de la placa. Esta consideración permite al usuario considerar el criterio
ingenieril para escoger la mejor opción de acuerdo al costo del proyecto.
Figura 11
Interfaz de resumen de la conexión.
Los resultados obtenidos con el software ANCHOR DESIGN se compararon con el
ejemplo extraído del AISC Seismic Design Manual (Fisher & Kloiber, 2006), La
diferencia porcentual se calculó mediante la siguiente ecuación (Estuardo Son,
2018).:
% = A
'()*+,./012(
345365768"49!36
− 1B100% (1)
A continuación, se muestra una tabla comparativa de resultados donde puede ver
la diferencia porcentual entre ellos:
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Tabla 2
Comparación de resultados conexión RBS.
Descripción
Guía de
Diseño
AISC
Software Unidades Diferencia
Carga Axial de Diseño (Pu, LRFD)
170,540
Ton
0,00%
Carga Axial de Diseño (Pu, ASD)
117,93
Ton
0,00%
Momento Flector de Diseño (Mu,
LRFD)
7.800 7.800 Ton-cm 0,00%
Momento Flector de Diseño (Mu,
ASD)
5.500 5.500 Ton-cm 0,00%
Largo placa base (N, LRFD)
88,00
cm
0,01%
Largo placa base (N, ASD)
98,00
cm
0,00%
Ancho placa base (B, LRFD)
87,00
cm
0,01%
Ancho placa base (B, ASD)
97,00
cm
0,003%
Espesor de la placa base con
atiesador (tca, LRFD)
- 7,78 cm 0,00%
Espesor de la placa base con
atiesador (tca, ASD)
- 9,82 cm 0,00%
Espesor de la placa base sin
atiesador (tsna, LRFD)
11,60 11,60 cm 0,00%
Espesor de la placa base sin
atiesador (tsna, ASD)
14,66 14,66 cm 0,00%
Tiempo de análisis
3 – 15 min
min
99,33%
Como se pudo apreciar en el caso anterior, la forma de diseñar en ANCHOR
DESIGN es fácil e intuitivo y lo principal es que en las tablas comparativas de
resultados se puede ver la diferencia porcentual entre ellos, en la cual la mayor
diferencia se puede ver en el tiempo de análisis lo cual nos demuestra que con el
software se puede ahorrar bastante tiempo de cálculo, además que nos da
resultados adicionales como la incorporación del espesor con atiesadores y la
resistencia disponible o capacidad a la que llega la placa base con éstos elementos.
Placas de Soporte
Los datos obtenidos para el diseño son para el anclaje de una viga tipo IPE-360
acero A36. Se escogieron estos perfiles puesto que son de fácil acceso en nuestro
medio además que estos perfiles son de alta ductilidad. A continuación, se presenta
la tabla comparativa de los resultados obtenidos por el diseño manual con un
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ejemplo de la Guía de Diseño AISC, 2006, así como también los obtenidos por el
programa ANCHOR DESIGN.
Tabla 3
Comparación de resultados placas de soporte
Descripción
Guía de
Diseño
AISC
Software Unidades Diferencia
Carga axial de diseño (Pu, LRFD)
81,30
Ton
0,00%
Carga axial de diseño (Pu, ASD)
64,43
Ton
0,004%
Capacidad axial (Pu, LRFD)
8.210
Ton-cm
0,00%
Capacidad axial (Pu, ASD)
7.115
Ton-cm
0,06%
Largo placa de soporte (N,
LRFD)
24,00 24,00 cm 0,01%
Largo placa de soporte (N, ASD)
25,00
cm
0,00%
Ancho placa de soporte (B,
LRFD)
30,00 30,00 cm 0,01%
Ancho placa de soporte (B, ASD)
36,00
cm
0,003%
Espesor de la placa de soporte (t,
LRFD)
4,05 4,07 cm 0,02%
Espesor de la placa de soporte (t,
ASD)
3,97 3,99 cm 0,02%
Tiempo de análisis
1 – 5 min
min
99,33%
Pernos de Anclaje
La siguiente tabla muestra los resultaos obtenidos por el diseño manual, así como
también los obtenidos por ANCHOR DESIGN para el cálculo de la medida y
cantidad de pernos de anclaje para una columna W10x45, con la finalidad de
realizar una comparativa entre las mismas.
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Tabla 4
Comparación de resultados para pernos de anclaje
Descripción
Guía de
Diseño
AISC
Software Unidades Diferencia
Carga axial de diseño (Pu, LRFD)
15,20
15,20
Ton
0,00%
Carga axial de diseño (Pu, ASD)
12,00
12,00
Ton
0,00%
Corte de diseño (Vu, LRFD)
10,80
10,80
Ton
0,00%
Corte de diseño (Vu, ASD)
8,00
8,00
Ton
0,00%
Momento flector de diseño (Mu,
LRFD)
1.240 1.240 Ton-cm 0,00%
Momento flector de diseño (Mu,
ASD)
900 900 Ton-cm 0,00%
Diámetro (φ)
4,85
4,85
cm
0,00%
Número de pernos (Nreq)
4
4
-
0,00%
Separación de pernos (s)
3,16
3,18
cm
0,00%
Penetración del perno (H)
15,00
15,00
cm
0,00%
Pretensión mínima del perno (σ)
12,70
12,70
Ton
0,00%
Juntas Apernadas: Dimensión del
agujero (d)
2,00 2,06 cm 0,02%
Juntas Soldadas: Dimensión del
agujero parte superior (dsup)
3,22 3,21 cm 0,02%
Juntas Soldadas: Dimensión del
agujero parte inferior (dinf)
2,06 2,06 cm 0,00%
Tiempo de análisis
3 – 7 min
0,06
min
99,71%
Discusión
De acuerdo con la hipótesis previamente establecida en esta investigación se
corrobora que al utilizar un software computacional de cálculo se logra una
reducción de tiempo empleado en el análisis y diseño de elementos de anclaje y
con ello también se evitan errores de cálculo y facilita las iteraciones
automáticamente.
Los porcentajes de diferencia con los ejercicios desarrollados manualmente
extraídos del AISC Seismic Design Manual son mínimos y se dan principalmente
por la aproximación en números decimales y por el rango de iteración que se realiza,
sin embargo, estas diferencias son prácticamente mínimas por lo que se puede
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Cuando se utilizan pernos de agujero de ranura es necesario tomar en cuenta si la
fuerza de aplastamiento es paralela o perpendicular.
El diseño de pernos de anclaje es un proceso de iteración con el mínimo número de
pernos de 4, en el que si no se cumple alguna condición se debe aumentar el
diámetro del perno de anclaje al inmediato superior.
Por último, es verificable que éste software libre logra una reducción de tiempo
empleado en el análisis y diseño de conexiones precalificadas a momento y evitan
una posibilidad de error de cálculo manual que puede ocurrir debido a diferentes
factores humanos.
Bibliografía
AISC. (2010). Seismic Design Manual. Chicago: American Institute of Steel
Construction.
ANSI/AISC 341-16. (2016). Seismic Provisions for Structural Steel Buildings.
Chicago.
ANSI/AISC 358-16. (2016). Prequalified Connections for Special and Intermediate
Steel Moment Frames for Seismic Applications. En American Institute of Steel
Construction. Chicago.
ASCE 7-16. (2016). Chapter 12: Seismic design requirements for building structures.
En Minimum design loads and associated criteria for buildings and other
structures (págs. 90-92). Virginia: American Society of Civil Engineers.
Alcocer, S. (2003). Comportamiento y diseño de estructuras de concreto reforzado
con uniones de elementos, Centro Nacional de Prevención de Desastres e
Instituto de Ingeniería, México: Ciudad de México.
Bermúdez, C. (2005). Curso básico de estructuras metálicas, 1era.Edición,
Universidad Nacional de Colombia, Colombia: Manizales.
Brokenbrough, R.L., y Merrit, F.S. (1997). Manual de diseño de estructuras de
acero, 2da.Edición, McGraw-Hill, Colombia: Bogotá.
Bruneau, M., Uang, C.-M., & Sabelli, R. (2011). Ductile Design of Steel Structures.
New York: McGraw-Hill.
Cabrera, E.M., y Suquillo, B.J. (2013). Tesis previa a la obtención de título de
Ingeniera Civil: Implementación de una herramienta computacional para el
cálculo de anclajes para vigas y columnas metálicas utilizando una aplicación
del programa Matlab, Escuela Politécnica Nacional, Ecuador: Quito.
REVISTA INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO
VOLUMEN 16 JULIO - DICIEMBRE 2022 P. 51 a 68
Artículo recibido:13 de otubre de 2021 Artículo aceptado:09 de marzo de 2022
69
19
Días, L. (2006). Estructuras de acero: conceptos, técnicas y lenguaje, 1era.Edición,
Zigurat, Chile: Santiago de Chile.
Drake, R., y Elkin S. (1999). Beam-Column Base Plate Design LRFD Method,
Engineering Journal Vol.36, N°1, American Institute of Steel Construction AISC,
Chicago.
FEMA 350. (Junio de 2000). Recommended Seismic Design Criteria for New Steel
Moment-Frame Buildings. En Federal Emergency Management Agency.
California.
Fisher, J., y Kloiber, A., (2006). Steel Design Guide: Base plate and anchor rod
design, Second Edition, American Institute of Steel Construction AISC, Estados
Unidos de América.
Núñez E., y Herrera R., (2017). Investigación en Acero: Desarrollo de Conexiones
a Momento en Chile, Acero Sustentable - Noticias, Instituto Chileno del Acero
(ICHA), Chile
NEC-SE-AC. (2014). Estructuras de Acero. En Norma Ecuatoriana de la
Construcción. Quito, Ecuador: Dirección de Comunicación Social, MIDUVI.
Orozco L.D., Tesis previo a la obtención de título de Ingeniero Civil: Programa para
el diseño y revisión de placas base y anclas para columnas de acero, 2009,
Universidad de las Américas Puebla, Puebla, México.
Silvia, G. (2007). Tesis previa a la obtención de título de Ingeniera Civil: Programa
para el diseño de columnas compuestas sujetas a flexo-compresión biaxial por
los métodos: LRFD, ACI y EUROCÓDIGOS 3. Escuela Politécnica Nacional,
Ecuador: Quito.