Una soldadura en ángulo falla por cortante en su garganta efectiva, que en un cordón de catetos iguales vale 0,707 veces el cateto. La tensión cortante nominal es 0,6·Fexx. Introduce el cateto, la longitud y la resistencia del electrodo para obtener la capacidad por milímetro y la capacidad nominal total. Aplica ϕ = 0,75 en LRFD y comprueba aparte el metal base.
Calculadora
Unidades:
mm
Longitud del cateto del cordón; contrástala con la tabla de mínimos de abajo
Pulsa Calcular para obtener la capacidad por milímetro de cordón y la capacidad nominal total en la longitud introducida. Multiplica por ϕ = 0,75 para la resistencia de cálculo LRFD, y verifica que el metal base puede entregar la carga a la soldadura.
Solución paso a paso
Ayuda de dimensionamiento preliminar. Los resultados siguen las fórmulas publicadas que se citan más abajo y están pensados para estimaciones, estudio y diseño preliminar. El proyecto definitivo debe verificarlo un ingeniero cualificado conforme a la normativa vigente donde se ejecute la obra.
Beneficios principales
✓Aplica directamente AISC 360 §J2.4, con la garganta 0,707 y la tensión cortante 0,6·Fexx
✓Devuelve la capacidad por milímetro, la cifra con la que se dimensionan los cordones en el plano
✓Incluye la tabla de catetos mínimos referida a la pieza más gruesa unida
✓Hace explícitos el factor ϕ = 0,75 y la comprobación del metal base
✓El gráfico de sensibilidad muestra la ganancia lineal de capacidad frente al coste cuadrático del cateto
✓Enlaces compartibles y exportación a CSV para el archivo de uniones
¿Qué es la resistencia de una soldadura en ángulo?
Una soldadura en ángulo es un depósito triangular colocado en el rincón entre dos piezas que se encuentran en ángulo recto. Se supone que falla por cortante a través de su garganta efectiva, la distancia más corta de la raíz a la cara teórica. En un cordón de catetos iguales, esa distancia es el cateto dividido por √2, es decir, 0,707 veces el cateto. AISC 360 §J2.4 da la tensión cortante nominal en esa garganta como 0,6·Fexx, donde Fexx es la resistencia de clasificación del electrodo.
Por qué la dirección no cambia la expresión básica
Las soldaduras en ángulo se comprueban a cortante en la garganta sea cual sea la dirección de la carga, lo que mantiene sencillo el cálculo. AISC sí permite un incremento en cordones cargados transversalmente —el factor de resistencia direccional de §J2.4(a) sube la capacidad hasta un 50 % en un cordón cargado perpendicularmente a su eje—, pero aprovechar ese beneficio exige cuidado cuando un grupo de soldadura tiene cordones en varias direcciones, ya que los longitudinales, más dúctiles, y los transversales, más rígidos, no alcanzan su capacidad de pico a la vez.
Tamaño, longitud y coste
El volumen de metal de aportación es proporcional al cuadrado del cateto, mientras que la capacidad lo es a su primera potencia. Un cordón de 12 mm tiene el doble de capacidad que uno de 6 mm, pero consume cuatro veces el metal de aportación, cuatro veces el tiempo de depósito y mete cuatro veces el calor en la unión. Los delineantes recurren por tanto a cordones más largos antes que más grandes, y las normas lo refuerzan con un tamaño máximo de pasada única, superado el cual hacen falta varias pasadas.
Fórmula
R_n = 0,6 · F_exx · (0,707a) · L
Capacidad nominal a cortante de una soldadura en ángulo de cateto a y longitud L, AISC 360 §J2.4
Fórmulas relacionadas
t_e = 0,707a
ϕR_n = 0,75 · 0,6 · F_exx · t_e · L
R_n = 0,6 · F_exx · t_e · (1,0 + 0,5 sen^1,5 θ)
a_max = t − 2 mm
Definición de variables
Símbolo
Variable
Unidad
Descripción
R_n
Capacidad nominal de la soldadura
kN
Capacidad a cortante del metal de aportación en la longitud introducida, antes del factor de resistencia.
a
Cateto
mm
La longitud del cateto del cordón a lo largo de cualquiera de las caras de fusión, la cota que se indica en el plano.
t_e
Garganta efectiva
mm
Distancia más corta de la raíz a la cara del cordón, 0,707a en un cordón de catetos iguales soldado por arco protegido.
F_exx
Resistencia del electrodo
MPa
Resistencia a tracción de clasificación del metal de aportación. El E70XX son 483 MPa y el E60XX 414 MPa.
L
Longitud del cordón
mm
Longitud eficaz del cordón. Descuenta los cráteres de inicio y parada donde no tengan el tamaño completo.
ϕ
Factor de resistencia
—
0,75 para el metal de aportación en LRFD. El coeficiente de seguridad ASD correspondiente es Ω = 2,00.
Cómo usar esta calculadora
Introduce el cateto, no la gargantaTanto los planos como la inspección trabajan en cateto, así que es lo que toma la calculadora. Internamente lo convierte en garganta efectiva con el factor 0,707 propio de un cordón de catetos iguales.
Contrasta el tamaño con el mínimo de normaEl cateto mínimo lo fija la más gruesa de las dos piezas unidas, para asegurar aporte térmico suficiente y evitar un enfriamiento rápido con riesgo de fisuración. Consulta la tabla de abajo: el mínimo es un requisito de fabricación, no de resistencia.
Introduce la longitud eficaz del cordónEmplea la longitud de cordón a tamaño completo. Cuando los cordones terminen sin retorno de extremo, algunas especificaciones exigen descontar un cateto en cada extremo por los cráteres.
Elige la resistencia del electrodoEl E70XX con 483 MPa cubre la mayoría del trabajo estructural en grados corrientes. El metal de aportación debe igualar o superar ligeramente al metal base; consulta la tabla 5.4 de AWS D1.1 para el emparejamiento correcto.
Aplica el factor de resistencia y comprueba el metal baseMultiplica la capacidad nominal por ϕ = 0,75 en LRFD. Verifica después que el metal base en la cara de fusión puede soportar la misma carga: una soldadura más resistente que la chapa sobre la que se asienta no aporta ningún beneficio.
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1
Una soldadura en ángulo de 6 mm de cateto y 100 mm de longitud se realiza con electrodo E70XX, tomado aquí como Fexx = 480 MPa. Hallemos la capacidad por milímetro y las capacidades nominal y de cálculo totales.
Solución paso a paso
Garganta efectiva: te = 0,707 × 6 = 4,24 mm
Tensión cortante nominal en la garganta: 0,6 × Fexx = 0,6 × 480 = 288,00 MPa
En un cordón a doble cara contribuyen ambos: 2 × 91,63 = 183,26 kN
Aún hay que comprobar el metal base: un cordón de 6 mm sobre una chapa fina puede superar lo que la propia chapa es capaz de entregar.
Ejemplo 2
Comparación de dos formas de llegar a la misma capacidad: duplicar el cateto o duplicar la longitud. La resistencia es idéntica; el coste no.
Solución paso a paso
Opción A: cordón de 12 mm y 100 mm de longitud, te = 0,707 × 12 = 8,48 mm
Capacidad por mm = 8,48 × 288 / 1000 = 2,443 kN/mm; total = 244,34 kN nominales
Opción B: cordón de 6 mm y 200 mm de longitud, capacidad por mm = 1,222 kN/mm; total = 244,34 kN nominales
Ambas opciones dan exactamente los mismos 244,34 kN, y las dos dan ϕRn = 183,26 kN
Vamos ahora con el coste. El área de metal de aportación es aproximadamente a²/2: la opción A da 12²/2 = 72 mm² en 100 mm = 7.200 mm³
La opción B da 6²/2 = 18 mm² en 200 mm = 3.600 mm³, exactamente la mitad de metal de aportación
La conclusión se generaliza: a igual resistencia, el cordón más largo y pequeño consume la mitad de consumible, la mitad de tiempo de depósito y mete mucho menos calor en la unión. Recurre a la longitud antes que al tamaño siempre que la geometría lo permita.
Sensibilidad al cateto
La capacidad sube linealmente con el cateto mientras que el volumen de metal de aportación sube con su cuadrado, así que la recta de abajo se compra a un coste acelerado. Barre el cateto para ver lo poco que aporta en realidad un cordón mayor. El marcador señala tu tamaño actual.
Capacidad nominal totalfrente aTamaño de soldadura (cateto)
Se recalcula en vivo con tus datos. El marcador señala tu valor actual.
Gráfico de líneas de Capacidad nominal total frente a Tamaño de soldadura (cateto). Los mismos valores aparecen en la tabla de datos de abajo.
Valores representados arriba, muestreados en el rango de tamaño de soldadura (cateto).
Cómo interpretar el resultado
La capacidad por milímetro es el número con el que trabajan realmente los delineantes, porque convierte una fuerza necesaria directamente en una longitud de cordón. Los tramos siguientes relacionan el valor por milímetro con los tamaños de soldadura habituales en estructura metálica.
Capacidad por mm: < 0,9Cordón pequeño: revisa el requisito de cateto mínimo
Una capacidad de < 0,9 kN/mm corresponde a un cordón de unos 4 mm o menos. Confirma que cumple el mínimo de norma para la pieza más gruesa unida: en material de más de 12 mm de espesor aplica un mínimo de 5 mm por mucho que la resistencia permita menos.
Capacidad por mm: 0,9 – 2Cordón estructural estándar
Una capacidad de 0,9 – 2 kN/mm es el rango normal de los cordones de 5 a 10 mm en estructura metálica de edificación, tamaños que suelen lograrse en una sola pasada. Divide tu carga mayorada entre 0,75 × este valor para obtener la longitud de cordón necesaria.
Capacidad por mm: ≥ 2Cordón grande: valora alargar en vez de engrosar
Una capacidad de ≥ 2 kN/mm implica un cordón por encima de unos 10 mm, que exige varias pasadas y mete bastante calor en la unión. Como el metal de aportación crece con el cuadrado del cateto, un cordón más largo y pequeño suele dar la misma resistencia con mucho menos coste y distorsión.
Errores comunes que evitar
Introducir la garganta en lugar del cateto
Por qué importa:La calculadora aplica ella misma el factor 0,707. Introducir una garganta ya convertida aplica la reducción dos veces y subestima la capacidad en torno a un 29 %.
✓Cómo evitarlo:Introduce siempre el cateto: la cota que aparece en el plano y la que mide una galga de inspección.
Ignorar el requisito de cateto mínimo
Por qué importa:Los tamaños mínimos existen para controlar la velocidad de enfriamiento. Un cordón pequeño sobre material grueso se enfría demasiado deprisa, endurece la zona afectada térmicamente y arriesga fisuración, por ligera que sea la carga.
✓Cómo evitarlo:Contrasta el cateto con el mínimo de la pieza más gruesa unida antes de cerrar el detalle. Es un requisito de fabricación que el cálculo de resistencia no puede anular.
Olvidar comprobar el metal base
Por qué importa:Una soldadura puede ser más resistente que el material que une. Si el metal base en la cara de fusión no puede entregar la carga, la unión falla ahí y la capacidad de la soldadura resulta irrelevante.
✓Cómo evitarlo:Comprueba la rotura a cortante del metal base en la cara de fusión según AISC §J4, y toma la menor entre la capacidad del metal de aportación y la del metal base.
Dar la capacidad nominal como si fuera la de cálculo
Por qué importa:La resistencia nominal omite el factor de resistencia y exagera el valor utilizable en un tercio, suficiente para hacer que una unión que no cumple parezca adecuada.
✓Cómo evitarlo:Multiplica por ϕ = 0,75 en LRFD, o divide entre Ω = 2,00 en ASD, antes de compararla con la carga aplicada.
Engrosar el cordón cuando bastaría con alargarlo
Por qué importa:El volumen de metal de aportación escala con el cuadrado del cateto, así que depositar un cordón de 12 mm cuesta cuatro veces más que uno de 6 mm y solo soporta el doble de carga. Además introduce mucho más calor y distorsión.
✓Cómo evitarlo:Aumenta la longitud antes que el tamaño siempre que la geometría de la unión lo permita. Dos cordones de 6 mm ganan a uno de 12 mm en coste, tiempo y distorsión para la misma capacidad.
Aplicar el incremento direccional transversal a un grupo mixto
Por qué importa:El factor 1,5 de los cordones cargados transversalmente supone que la soldadura alcanza su capacidad de pico en esa dirección. En un grupo con cordones longitudinales y transversales, los transversales, más rígidos, llegan al pico mientras los longitudinales aún se están desarrollando, así que los incrementos no se suman sin más.
✓Cómo evitarlo:Sigue AISC §J2.4(b), que establece cómo combinar tramos de soldadura cargados a distintos ángulos, en lugar de aplicar el incremento a todo el grupo.
Aplicaciones prácticas
▸Dimensionar soldaduras en ángulo en uniones a cortante y chapas frontales
▸Proyectar cartelas y uniones de arriostramiento soldadas
▸Comprobar las soldaduras de placa base a pilar
▸Verificar la unión de rigidizadores y chapas de refuerzo
▸Dimensionar soldaduras en vigas armadas y secciones en cajón
▸Evaluar uniones soldadas existentes frente a cargas mayores
Casos de uso por sector
Taller de estructura metálica
Los talleres normalizan un conjunto reducido de tamaños de cordón para simplificar la cualificación de soldadores y los consumibles. Los proyectistas trabajan hacia atrás desde la capacidad por milímetro hasta una longitud necesaria en el tamaño estándar, en vez de especificar un cateto inusual.
Equipos pesados y a presión
Las soldaduras de unión en recipientes y patines están gobernadas con frecuencia por la fatiga y no por la resistencia estática. La comprobación estática fija un mínimo, y después la categoría de detalle de la norma de fatiga decide la geometría final y si hace falta amolar el pie del cordón.
Construcción naval y offshore
El volumen de metal de aportación gobierna a la vez el coste y la distorsión en grandes conjuntos de chapa. Minimizar el cateto alargando los cordones es una optimización rutinaria, ya que un milímetro ahorrado a lo largo de kilómetros de soldadura es significativo tanto en consumibles como en repasos.
Consejos prácticos
💡Duplica la longitud en vez del cateto: la misma resistencia, la mitad de metal de aportación y mucha menos distorsión.
💡La capacidad por milímetro es el número útil de trabajo: divide la carga entre él para obtener la longitud que necesitas.
💡Un cordón a doble cara duplica la capacidad y equilibra la contracción, reduciendo la distorsión angular de la unión.
💡Mantén tamaños de pasada única siempre que puedas, en general hasta unos 8 mm; por encima, las pasadas múltiples frenan mucho la fabricación.
💡Iguala o supera ligeramente el metal base con la aportación; los electrodos muy sobredimensionados no aportan nada y pueden reducir la tenacidad.
💡Cuando un cordón termina en una esquina, un retorno de extremo mejora la capacidad y el comportamiento a fatiga a un coste despreciable.
Ventajas y limitaciones
Ventajas
✓Una sola expresión cubre las soldaduras en ángulo cargadas en cualquier dirección
✓Da la capacidad por unidad de longitud, que se traduce directamente en un cordón sobre el plano
✓No necesita datos de preparación de junta: bastan cateto, longitud y electrodo
✓Vale igual para soldaduras de taller y de obra con la misma especificación
✓Lo bastante sencilla para verificarla a mano en una revisión de uniones
Limitaciones
!Cubre solo el metal de aportación; el metal base en la cara de fusión es una comprobación aparte
!Devuelve capacidad nominal, así que el usuario debe aplicar ϕ = 0,75
!Supone un cordón de catetos iguales soldado por arco protegido: el factor 0,707 difiere en arco sumergido y en catetos desiguales
!Omite el incremento de resistencia direccional disponible en cordones cargados transversalmente
!No cubre soldaduras a tope ni de penetración parcial, que usan otra garganta efectiva
!No tiene en cuenta la fatiga, que gobierna muchos detalles soldados bajo carga cíclica
!Supone tensión uniforme a lo largo del cordón; los cordones largos y los grupos excéntricos exigen un análisis elástico o por centro instantáneo
Cateto mínimo de soldadura según el espesor del material
Los tamaños mínimos controlan la velocidad de enfriamiento más que la resistencia: un cordón pequeño sobre material grueso se enfría demasiado deprisa, endurece la zona afectada térmicamente y arriesga fisuración. El espesor que rige el requisito es el de la pieza más gruesa unida.
Tamaños mínimos según la tabla J2.4 de AISC 360. Las capacidades son nominales; multiplica por ϕ = 0,75 para la resistencia de cálculo LRFD.
¿Cómo se calcula la resistencia de una soldadura en ángulo?
Halla la garganta efectiva como 0,707 veces el cateto, multiplícala por la tensión cortante nominal 0,6·Fexx y multiplica por la longitud del cordón. Un cordón de 6 mm con E70XX da unos 1,22 kN por milímetro nominales, o 0,92 kN/mm tras aplicar el factor ϕ = 0,75.
¿Por qué la garganta efectiva vale 0,707 veces el cateto?
En un cordón de catetos iguales la sección es un triángulo rectángulo, y la distancia más corta de la raíz a la hipotenusa es el cateto dividido por √2, es decir, 0,7071. Ese plano es donde se produce el fallo por cortante, así que es la cota en la que se basa la capacidad.
¿Cuánto vale Fexx en un electrodo E70XX?
El 70 de la clasificación significa 70 ksi de resistencia a tracción, es decir, 483 MPa. La tensión cortante nominal de cálculo es 0,6 veces ese valor, lo que da 290 MPa sobre la garganta efectiva. El E60XX son 414 MPa y el E80XX 552 MPa.
¿Cuál es el cateto mínimo de una soldadura en ángulo?
Depende de la pieza más gruesa que se une: 3 mm hasta material de 6 mm, 5 mm de 6 a 12 mm, 6 mm de 12 a 20 mm y 8 mm por encima de 20 mm. El requisito controla la velocidad de enfriamiento para evitar fisuración, así que aplica por ligera que sea la carga.
¿Es mejor aumentar el tamaño o la longitud del cordón?
La longitud, casi siempre. La capacidad sube linealmente con el cateto pero el volumen de metal de aportación sube con su cuadrado, así que un cordón de 6 mm el doble de largo da la misma resistencia que uno de 12 mm con la mitad de consumible, la mitad de tiempo y mucho menos aporte térmico.
¿Afecta la dirección de la carga a la capacidad del cordón?
La comprobación básica trata todas las direcciones igual, a cortante en la garganta. AISC permite un incremento de hasta el 50 % en cordones cargados transversalmente a su eje, pero combinar ese beneficio en un grupo con cordones en distintas direcciones exige las reglas de compatibilidad de §J2.4(b).
¿Qué factor de resistencia se aplica a las soldaduras?
ϕ = 0,75 para el metal de aportación en LRFD, así que la capacidad de cálculo es 0,75·Rn. En ASD el coeficiente de seguridad es Ω = 2,00. Los mismos factores se aplican al cortante en tornillos, lo que facilita comparar opciones atornilladas y soldadas.
¿Hay que comprobar también el metal base?
Sí. La soldadura puede ser fácilmente más resistente que el material que une, en cuyo caso el fallo se produce en el metal base de la cara de fusión y la capacidad del cordón nunca llega a entrar en juego. Comprueba la rotura a cortante del metal base según AISC §J4 y calcula con la menor de las dos.
¿Cuál es el cateto máximo a lo largo del borde de una chapa?
En material de 6 mm de espesor o más, el máximo es el espesor de la chapa menos 2 mm, de modo que el borde siga siendo visible para la inspección. En material de menos de 6 mm, el cordón puede igualar el espesor de la chapa.
¿Cómo convierto una fuerza necesaria en longitud de cordón?
Divide la fuerza mayorada entre la capacidad de cálculo por milímetro, ϕ × 0,6·Fexx × 0,707a. Para un cordón de 6 mm con E70XX a 0,92 kN/mm de cálculo, una fuerza de 150 kN necesita unos 164 mm de soldadura, u 82 mm por cada lado en una unión a doble cara.
Glosario
Soldadura en ángulo
Un cordón triangular depositado en el rincón entre dos piezas, que típicamente se encuentran en ángulo recto.
Garganta efectiva
La distancia más corta de la raíz del cordón a su cara teórica, tomada como 0,707 veces el cateto en un cordón de catetos iguales.
Cateto
La longitud del cordón a lo largo de cualquiera de las caras de fusión: la cota que se especifica en planos y se mide con galga.
Fexx
La resistencia a tracción de clasificación del metal de aportación, por ejemplo 483 MPa en el electrodo E70XX.
Raíz
El punto del fondo del cordón donde se encuentran las dos caras de fusión, y origen de la garganta efectiva.
Zona afectada térmicamente
El metal base contiguo al cordón cuya microestructura ha alterado el calor de soldadura sin llegar a fundirlo.
Soldadura a tope
Una soldadura ejecutada en una junta preparada entre piezas, con una garganta efectiva basada en la preparación y no en un cateto.
Retorno de extremo
Una breve continuación del cordón alrededor de una esquina, que mejora la capacidad y el comportamiento a fatiga en la terminación.
Incremento de resistencia direccional
El margen que AISC concede, de hasta un 50 % de capacidad adicional, a una soldadura en ángulo cargada transversalmente a su eje.
Referencias científicas y normativas
AISC 360-22 §J2.4 — Strength of Welded Joints — American Institute of Steel Construction
AISC 360-22 tabla J2.4 — Minimum Size of Fillet Welds — American Institute of Steel Construction
AISC 360-22 tabla J2.5 — Available Strength of Welded Joints — American Institute of Steel Construction
AWS D1.1/D1.1M — Structural Welding Code, Steel — American Welding Society
UNE-EN 1993-1-8 §4.5 — Resistencia de cálculo de las soldaduras en ángulo — CEN
AISC Steel Construction Manual, 16.ª edición — parte 8: Design Considerations for Welds — American Institute of Steel Construction
Conclusión
La capacidad de una soldadura en ángulo procede del cortante a través de la garganta efectiva: 0,707 veces el cateto, soportando una tensión nominal de 0,6·Fexx, multiplicado por la longitud del cordón. Aplica ϕ = 0,75 en LRFD y comprueba el metal base en la cara de fusión, porque una soldadura más resistente que la chapa sobre la que se asienta no aporta nada. La lección de detalle está en la geometría: la capacidad crece linealmente con el cateto mientras que el metal de aportación crece con su cuadrado, así que a igual resistencia un cordón más largo y pequeño cuesta siempre menos consumible, menos tiempo y menos distorsión que uno más corto y grande.
Dimensiona arriba tu propia soldadura y barre después el cateto en el gráfico para ver exactamente lo poco que aporta un cordón mayor.
