Los pernos Nelson son conectores de acero que se sueldan a elementos metálicos para unirlos estructuralmente con el concreto. Su aplicación más conocida está en las vigas compuestas y en los sistemas de entrepiso con losacero, donde permiten transferir esfuerzos de cortante entre la viga de acero y la losa de concreto. Gracias a esa conexión, ambos materiales pueden participar de manera conjunta en la resistencia del elemento.
En obra también se les conoce como pernos conectores de cortante, conectores Nelson Stud o shear studs. Aunque su apariencia recuerda a un perno convencional, su función no es apretar dos piezas mediante una tuerca: el conector se fija mediante soldadura por arco y queda embebido en el concreto una vez que se realiza el colado.
Pernos Nelson: qué son, cómo funcionan y dónde se utilizan
La diferencia es importante para el diseño y la supervisión. Un conector mal seleccionado, mal soldado o colocado fuera de las tolerancias previstas puede comprometer la transferencia de fuerzas para la que fue especificado. Por eso, no basta con revisar que el perno esté presente: deben controlarse el producto, el procedimiento de soldadura, la geometría, la distribución y la inspección.
En esta guía revisamos qué son los pernos Nelson, cómo trabajan, cuáles son sus aplicaciones, cómo se instalan y qué aspectos deben verificarse para incorporarlos correctamente en una estructura de acero y concreto.
Un perno Nelson es un conector de cortante soldado que ayuda a limitar el deslizamiento relativo entre el acero y el concreto. Su capacidad no se define de forma aislada: depende del conector, la soldadura, la viga, la losa, el deck y el diseño del sistema compuesto.
¿Qué son los pernos Nelson?
Son elementos de acero, generalmente cilíndricos y con cabeza, diseñados para soldarse por uno de sus extremos a una superficie metálica. En la construcción compuesta se colocan sobre el patín superior de una viga de acero y quedan rodeados por el concreto de la losa. La cabeza contribuye a desarrollar el anclaje mecánico dentro del concreto, mientras que el vástago y la unión soldada participan en la transferencia de la fuerza horizontal.
El nombre Nelson proviene de la marca y tecnología asociadas a Nelson Stud Welding, empresa que desarrolló y comercializó sistemas de soldadura de pernos. En el lenguaje de obra, el término se utiliza con frecuencia para identificar conectores de cortante soldados de este tipo. Sin embargo, la designación comercial no sustituye la especificación: hay que identificar fabricante, tipo, diámetro, longitud, material y documentación de conformidad.
El reporte ICC-ES ESR-2856 consultado describe conectores Nelson Type B fabricados con acero estirado en frío de grados 1010 a 1020 y enumera diámetros comerciales de 3/8 a 1 pulgada. Esos rangos corresponden al producto evaluado en ese documento y no deben interpretarse como una regla universal para todos los fabricantes o proyectos.
¿Qué función cumplen los pernos Nelson?
Su función principal es transmitir el cortante longitudinal que aparece en la interfaz entre la losa de concreto y la viga de acero cuando el elemento trabaja bajo carga. Si no existe una conexión adecuada, ambos componentes pueden deslizarse uno respecto del otro y no desarrollar plenamente la acción compuesta prevista.
Cuando los conectores se diseñan y colocan correctamente, la losa y la viga pueden trabajar como un elemento compuesto. El concreto aporta principalmente capacidad a compresión en la zona correspondiente, mientras que el perfil de acero contribuye a resistir las solicitaciones de tensión y flexión de acuerdo con el modelo estructural. La interacción entre ambos depende de la rigidez y resistencia de la conexión.
Esto no significa que los pernos aumenten automáticamente la capacidad de cualquier viga ni que puedan añadirse sin cálculo. El número, diámetro, longitud, separación y disposición de los conectores deben definirse mediante el diseño estructural, considerando las cargas, la geometría, las propiedades de los materiales y las normas adoptadas en el proyecto. Para entender el fenómeno mecánico que transmiten, puede consultarse la guía de Arquinétpolis sobre [esfuerzo cortante]
Principales aplicaciones en construcción
1. Losas compuestas con losacero
Una aplicación habitual es la conexión de una losa de concreto sobre lámina de acero perfilada con las vigas metálicas que la soportan. Los pernos se sueldan al patín superior de la viga y, cuando el detalle lo permite, pueden instalarse atravesando el deck metálico mediante un procedimiento calificado. Después del colado, quedan embebidos en el concreto y participan en la transferencia de cortante entre la losa y la viga.
La posibilidad de soldar a través del deck depende de condiciones específicas: espesor y configuración de la lámina, recubrimiento galvanizado, diámetro del conector, ajuste entre deck y viga, equipo y procedimiento de soldadura. El ESR-2856, por ejemplo, reconoce configuraciones concretas de deck galvanizado para determinados conectores de 3/4 de pulgada; no autoriza extrapolar esas condiciones a cualquier perfil o espesor. Para conocer el sistema de losa, revisa también la guía de [losacero]
2. Vigas compuestas en edificios
En edificios con estructura metálica, los conectores permiten que la losa colabore con las vigas en el comportamiento resistente del entrepiso. La solución puede contribuir a controlar el deslizamiento en la interfaz y a desarrollar la resistencia y rigidez previstas por el cálculo. Su conveniencia debe evaluarse dentro del diseño global: no todas las vigas requieren la misma cantidad ni la misma distribución.
3. Puentes y otras estructuras
Los conectores de cortante también se utilizan en tableros de puentes compuestos, donde una losa de concreto se conecta con vigas metálicas. En este campo las exigencias de diseño, fabricación, soldadura e inspección pueden ser particularmente estrictas y deben seguir las especificaciones aplicables al proyecto, incluidas las disposiciones de puentes que correspondan.
¿Cómo se instalan los pernos Nelson?
La instalación habitual se realiza mediante soldadura de pernos por arco estirado (drawn arc stud welding). Se utiliza una pistola especial conectada a una fuente de poder y, en muchas aplicaciones, una férula o casquillo cerámico que confina el arco y protege la zona de soldadura. El procedimiento es rápido, pero requiere equipo compatible, parámetros adecuados y personal calificado.
- Preparación de la superficie. Revisar que la zona de soldadura esté limpia y libre de pintura, aceite, agua, suciedad, óxido pesado o cascarilla que puedan afectar la fusión. El deck debe estar correctamente apoyado y en contacto con el patín de la viga, sin separaciones en el punto de soldadura.
- Revisión del equipo y consumibles. Confirmar que la pistola, la fuente de poder, los cables, el portapernos y la férula sean compatibles con el diámetro y tipo de conector. Verificar el estado del equipo y los parámetros definidos en el procedimiento.
- Colocación del perno. Insertar el conector en la pistola y posicionarlo perpendicularmente a la superficie, con la férula cerámica instalada cuando el proceso lo requiera.
- Formación del arco y fusión. Al accionar el equipo, se genera un arco eléctrico que funde el extremo del perno y una porción controlada del metal base. El mecanismo eleva el perno durante el arco y después lo introduce en el baño de metal fundido.
- Solidificación y retiro de la férula. Al interrumpirse la corriente, el metal se solidifica rápidamente. Se retira la pistola y se rompe o retira la férula cerámica para dejar visible la soldadura.
- Inspección y pruebas. Revisar visualmente el contorno de soldadura y ejecutar las pruebas de aceptación que establezcan el código, el plan de inspección y el procedimiento del proyecto. Las pruebas de doblez pueden formar parte del muestreo cuando así se especifique.
El IMCA describe esta secuencia y señala la importancia de inspeccionar visualmente la soldadura y realizar pruebas de doblez mediante muestreo. El reporte ICC-ES, por su parte, exige que la instalación de los conectores cubiertos por su evaluación cumpla las instrucciones del fabricante y AWS D1.1-20.
Tipos, dimensiones y criterios de selección
Los conectores pueden variar en diámetro, longitud, geometría de cabeza, material y uso previsto. En la práctica se encuentran designaciones como Type B para conectores de cortante; también existen pernos de anclaje y otros studs con geometrías y funciones distintas. No deben intercambiarse solo porque tengan una apariencia semejante.
La selección debe partir del cálculo estructural y de la ficha técnica del fabricante. Como mínimo, el expediente del producto debe permitir identificar su designación, diámetro, longitud, propiedades mecánicas, norma o evaluación aplicable, lote y trazabilidad. El diámetro y la longitud no se eligen por costumbre ni por disponibilidad del proveedor: responden a la resistencia requerida, el espesor del sistema, las condiciones de instalación y las limitaciones geométricas.
| Criterio | Qué revisar | Por qué importa |
| Diámetro y longitud | Designación exacta y ficha del fabricante | Determinan la geometría y forman parte de la resistencia de diseño. |
| Material | Grado, propiedades mecánicas y trazabilidad | Asegura que el conector corresponde a la especificación estructural. |
| Soldabilidad | Compatibilidad con metal base, deck y procedimiento | La capacidad depende de una unión soldada aceptable. |
| Disposición | Cantidad, separación, distancias a bordes y ubicación | Evita interferencias y cumple el modelo de conexión. |
| Condición de deck | Perfil, calibre, galvanizado y contacto con la viga | Condiciona la posibilidad de soldar a través de la lámina. |
Normas y control de calidad en los Pernos Nelson
La referencia de soldadura estructural más citada para conectores de acero es AWS D1.1/D1.1M, en la edición adoptada por el contrato y la autoridad competente. Para puentes puede aplicar AWS D1.5 y las especificaciones AASHTO correspondientes. La selección y el diseño de los conectores también deben coordinarse con el reglamento estructural aplicable y las disposiciones de diseño de miembros compuestos, como AISC 360 cuando forme parte de la base normativa del proyecto.
El ESR-2856 consultado vincula los conectores evaluados con AWS D1.1-20 y AISC 360, y establece requisitos de inspección especial. Entre los aspectos que deben revisarse están la identificación y tamaño del perno, las separaciones y distancias a bordes, la preparación de la junta, la calificación del soldador u operador, el procedimiento, las tolerancias y los controles relacionados con el concreto.
En recepción y ejecución conviene conservar certificados, etiquetas de lote, registros de parámetros, calificaciones, reportes de inspección y resultados de pruebas. Una soldadura con apariencia irregular, falta de fusión, ausencia parcial de collar o una geometría fuera de tolerancia debe evaluarse conforme al criterio de aceptación aplicable; no debe corregirse improvisadamente en campo.
Errores frecuentes al utilizar pernos Nelson
- Elegir el conector únicamente por diámetro o precio, sin verificar la especificación estructural.
- Suponer que cualquier perno Nelson puede soldarse a través de cualquier lámina galvanizada.
- Soldar sobre superficies contaminadas, pintadas o con separaciones entre el deck y la viga.
- Modificar parámetros del equipo sin procedimiento aprobado ni calificación correspondiente.
- Omitir la inspección visual, las pruebas de muestreo o la trazabilidad de los conectores.
- Colocar los pernos sin respetar la separación, distancias a bordes y geometría indicadas en planos.
Otro error es confundir los conectores de cortante con anclajes para fijar equipos, fachadas o instalaciones. Aunque existen studs diseñados para anclaje y fijación, su geometría y cálculo pueden ser diferentes. Antes de sustituir un producto por otro, debe verificarse que la función y la evaluación técnica coincidan con la aplicación.
Preguntas frecuentes sobre los pernos Nelson
¿Los pernos Nelson y los pernos de cortante son lo mismo?
En el uso habitual de obra, “pernos Nelson” suele referirse a conectores de cortante soldados tipo stud. Nelson es una denominación comercial asociada a una tecnología y fabricante; por eso, en documentos técnicos conviene especificar el tipo de conector, sus propiedades y la norma, en lugar de depender solo del nombre coloquial.
¿Se pueden instalar los Pernos Nelson sobre losacero?
Sí, existen aplicaciones en las que se sueldan a través de deck metálico, pero deben respetarse las condiciones calificadas para el producto y el procedimiento. El tipo y espesor del deck, el galvanizado, el diámetro del stud y el contacto con la viga son variables relevantes. No debe asumirse que todos los decks permiten la misma configuración.
¿Cómo se comprueba que la soldadura quedó bien en los Pernos Nelson?
La aceptación depende del código, el procedimiento y el plan de inspección. Puede incluir inspección visual del collar de soldadura y pruebas de doblez sobre una muestra, además de verificaciones de equipo, parámetros y calificación del operador. El criterio específico debe estar definido antes de iniciar la producción.
¿Qué diámetro y longitud debo utilizar en Pernos Nelson?
Los determina el cálculo estructural y la especificación del proyecto, con apoyo de la ficha técnica y las limitaciones del fabricante. No existe una medida única para todos los entrepisos o puentes. El diámetro, la longitud, la separación y la cantidad deben verificarse como parte del diseño de la conexión compuesta.
La importancia de los Pernos Nelson
Los pernos Nelson son componentes pequeños, pero cumplen una función decisiva en las estructuras compuestas de acero y concreto: transferir el cortante en la interfaz para que la viga y la losa puedan trabajar de manera conjunta. Su aplicación en losacero, edificios y puentes exige coordinar el diseño estructural con la selección del producto, la preparación de las superficies, la soldadura y la inspección.
Para profundizar en los sistemas de entrepiso, consulta también nuestros contenidos sobre losacero y cimbra permanente. ¿Has utilizado conectores Nelson en una obra o tienes dudas sobre su instalación? Déjanos tu comentario.