AWS D1.1 Fatigue Stress Categories Explicado — A Through F
AWS D1.1:2025 Sección 4.17 con la Tabla 4.5 organiza los detalles en ocho categorías de rango de esfuerzo: A, B, B*, C, D, E, E* y F. Cada una tiene su propia constante C_f y umbral F_TH que establecen el rango de esfuerzo cíclico admisible. Estas no son la Categoría de Precalentamiento A a G en la Tabla 5.11 o el Grupo de Metal Base I-V en la Tabla 5.6.
Dos “Categorías” en D1.1 — no las confunda: la Tabla 5.11 usa la Categoría de Precalentamiento A a G (subdivisiones por proceso de la búsqueda de precalentamiento precalificado; D1.1:2025 añadió las Categorías E, F y G a las originales A–D). La Tabla 4.5 usa la Categoría de Rango de Esfuerzo por Fatiga A/B/B*/C/D/E/E*/F para clasificar la resistencia a la fatiga de los detalles de junta. Comparten etiquetas de letras pero se refieren a diferentes capas del código. Esta página trata sobre la Tabla 4.5. Los grados de Metal Base se agrupan por separado en Grupos I–V en la Tabla 5.6; vea la Referencia Rápida de D1.1.
Tabla 4.5 vs Tabla 5.11 — Las Dos “Categorías” en D1.1
AWS D1.1:2025 reutiliza la palabra “Categoría” para dos conceptos completamente no relacionados. La colisión causa más confusión que casi cualquier otra superposición terminológica en el código:
- Preheat Categoría A through G (
Table 5.11): per-process subdivisions of the Precalificado Precalentamiento lookup. Category A is SMAW with other-than-Bajo Hidrógeno electrodes; Category B is SMAW with low-hydrogen electrodes plus SAW, GMAW, and FCAW. The original A–D system was extended in D1.1:2025 to A–G covering newer process and steel combinations (see the D1.1:2025 changes guide for the E/F/G addition). Used together with the steel Group I–V classification inTable 5.6(governed by§ 5.3Metal Base) to look up Mínimo preheat per Table 5.11, plus filler metals perTable 5.7and essential variables perTable 5.5. - Fatigue stress range Category A through F (
Section 4.17+Table 4.5+Figure 4.16): rates the fatigue strength of welded joint details. Category A is plain base metal away from welds. Category E* is the most-penalized configuration. Determines the allowable stress range a detail can carry over the design cycle count.
Los dos sistemas no se corresponden entre sí. A572 Gr 50 en el Grupo de acero I (Tabla 5.6) soldado con SMAW de Bajo Hidrógeno (Categoría de Precalentamiento B en la Tabla 5.11) en el Pie de Soldadura de una Soldadura de Filete transversal en un ala de tensión cae en la Categoría de Fatiga C en la Tabla 4.5 — tres etiquetas de letras independientes para tres decisiones independientes sobre la misma Soldadura física. La categoría de precalentamiento impulsa la Temperatura del taller; la categoría de fatiga impulsa el dimensionamiento del detalle y la vida de iniciación de grietas. Esta página cubre la segunda — la Tabla 4.5.
Cómo Encontrar la Categoría de su Detalle
Según la Sección 4.17.2, el rango de esfuerzo calculado no debe exceder F_SR calculado a partir de las Fórmulas (4-12) a (4-19). El procedimiento:
- Identify the detail configuration — what kind of Soldadura, what joint type, where the load applies. Then locate the matching row in
Table 4.5. The table has six sections: (1) plain material away from Soldadura, (2) connected material in mechanically fastened joints, (3) welded joints joining components of built-up members, (4) longitudinal fillet welded end connections, (5) welded joints transverse to direction of stress, (6) base metal at welded transverse member connections. - Read the stress category for that row. Some rows have multiple categories depending on a sub-condition (flange Espesor, transition radius, weld termination grinding).
- Read the constant C_f and the threshold F_TH from the same row.
- If the live load stress range is below F_TH, no fatigue evaluation is required (per
Section 4.15.1). Otherwise, compute F_SR from Formulas (4-12) and (4-13) using C_f and the design cycle count N. - Verify F_SR is at least F_TH (the formulas have F_TH as a floor).
- Plot the operating point against the curves in
Figure 4.16for sanity check.
Los esfuerzos calculados son nominales — según la Sección 4.16.1, “Los esfuerzos no necesitan ser amplificados por factores de concentración de esfuerzo para discontinuidades geométricas locales.” La Categoría misma incorpora el efecto de la geometría (ver Comentario C-4.17.2 sobre la base NCHRP).
Categorías A a F — Recorrido por Categoría
Las ocho categorías de rango de esfuerzo en la Tabla 4.5, en orden de menos a más penalizadas:
| Category | C_f | F_TH ksi [MPa] | Representative configuration |
|---|---|---|---|
| A | 250 × 10⁸ | 24 [165] | Plain base metal away from any welding (line 1.1) |
| B | 120 × 10⁸ | 16 [110] | Non-coated weathering steel base metal (1.2); continuous longitudinal CJP groove or fillet welds in built-up members (3.1); CJP transverse splices ground parallel to stress and inspected (5.1) |
| B* | 61 × 10⁸ | 12 [83] | Continuous longitudinal CJP with Respaldo left in place (3.2); continuous longitudinal PJP groove welds (3.2); CJP transverse splices with F_y ≥ 90 ksi at slope transitions (5.2) |
| C | 44 × 10⁸ | 10 [69] | Members with reentrant corners (1.3); rolled cross sections with ground weld access holes R ≥ 1 in (1.4); base metal at drilled holes (1.5); CJP T- or corner joints with reinforcement not removed (5.4); transverse fillet pair on tension plate, toe Grieta (5.7); transverse fillet on rolled beam flange adjacent to stiffeners (5.8) |
| D | 22 × 10⁸ | 7 [48] | Drilled or reamed holes, lower limit (1.5); base metal at ends of longitudinal welds at weld access holes (3.3); CJP butt splices with backing left in place, tack welds inside groove (5.5) |
| E | 11 × 10⁸ | 4.5 [31] | Base metal at ends of longitudinal intermittent Soldadura de Filete segments (3.4); ends of partial-length cover plates (3.5, 3.6 thin flange); longitudinal fillet end connections, plate t ≤ 0.5 in (4.1); CJP butt splices with tack welds outside groove (5.5 lower) |
| E* | 3.9 × 10⁸ | 2.6 [18] | Cover plates wider than the flange with welds across the ends, flange thickness > 0.8 in [20 mm] (3.6); cover plates wider than the flange without welds across ends (3.7) for thin flanges — not permitted for thick flanges; longitudinal fillet end connections, t > 0.5 in [12 mm] (4.1); base metal at ends of longitudinal welds at weld access holes R < 1 in (3.3) |
| F | (separate formula 4-14, 4-15) | (see formulas) | Shear stress on the throat of fillet welds — uses Formulas (4-14) and (4-15), a different fatigue exponent than Categories A through E* |
El orden no es arbitrario. Cada paso de dos categorías reduce aproximadamente a la mitad el rango de esfuerzo umbral — A→C baja de 24 a 10 ksi (58%), B→D baja de 16 a 7 ksi (56%), C→E baja de 10 a 4.5 ksi (55%). Un detalle de Categoría A con un umbral de 24 ksi tolera aproximadamente un orden de magnitud más de esfuerzo cíclico que un detalle de Categoría E* con un umbral de 2.6 ksi (relación de 9.2×) — para el mismo esfuerzo nominal en la sección transversal.
B* y E* — Las Categorías con Asterisco
El asterisco en B* y E* indica una versión más estricta de la Categoría sin marcar. Ambas son categorías reales con sus propios valores C_f y F_TH en la Tabla 4.5, no artefactos tipográficos.
B* (C_f = 61 × 10⁸, F_TH = 12 ksi [83 MPa]) is the version of B applied when a longitudinal Soldadura de ranura CJP has backing left in place, or when the joint is a longitudinal PJP rather than CJP. The backing or the PJP root reduces the fatigue Resistencia below clean CJP without backing (which is straight Category B). Same family of details, different sub-condition.
E* (C_f = 3.9 × 10⁸, F_TH = 2.6 ksi [18 MPa]) is the version of E applied when the configuration combines geometric Discontinuidad, transverse weld termination, and a thicker base metal section. The most common E* triggers: cover plates wider than the flange (lines 3.6 and 3.7), longitudinal fillet end connections on thick plates (line 4.1, t > 0.5 in [12 mm]), and weld access hole reentrant corners with smaller radius (line 3.3, R < 1 in [25 mm]).
Para alas gruesas con placas de cubierta más anchas que el ala y sin Soldaduras en los extremos, la línea 3.7 dice “Espesor del ala > 0.8 in [20 mm] no está permitido.” La configuración no es recuperable — el diseño debe cambiar el ancho de la placa de cubierta, añadir Soldaduras en los extremos (lo que la eleva de E* a E para alas delgadas), o usar una conexión diferente.
Umbral F_TH y Rango de Esfuerzo Admisible F_SR
Dos valores controlan la Verificación de fatiga. Tienen diferentes significados y diferentes puntos de decisión.
F_TH es el rango de esfuerzo de fatiga umbral — el rango de esfuerzo Máximo para vida infinita. Según la Sección 4.15.1: “No se requerirá evaluación de la resistencia a la fatiga si el rango de esfuerzo de carga viva es menor que el rango de esfuerzo umbral, F_TH (ver Tabla 4.5).” Si el rango de esfuerzo de carga viva calculado se mantiene por debajo de F_TH para la Categoría del detalle, la conexión tiene una vida cíclica infinita y la Verificación de fatiga se satisface.
F_SR es el rango de esfuerzo admisible para vida finita. Cuando el rango de esfuerzo de carga viva excede F_TH, el diseño debe calcular F_SR a partir de las Fórmulas (4-12) y (4-13) usando la constante C_f por Categoría y el número de ciclos de diseño N (ciclos por día × 365 × años de vida de diseño). El rango de esfuerzo real no debe exceder F_SR.
Formula (4-12) for ksi units: F_SR = (C_f / N)^0.107 ≥ F_TH. Formula (4-13) is the metric equivalent. Figure 4.16 plots these curves graphically for all categories from A through E*.
La Categoría F — esfuerzo cortante en la garganta de las Soldaduras de Filete — utiliza las Fórmulas (4-14) y (4-15) con un exponente de fatiga diferente (0.067 en lugar de 0.107). El modo de falla por cortante tiene estadísticas diferentes al modo de falla por tensión que impulsa las Categorías A a E*.
Por Qué E y E* Son las Más Penalizadas
Los detalles de Categoría E y E* comparten tres condiciones de penalización que juntas producen los rangos de esfuerzo admisibles más pronunciados en la Tabla 4.5:
- Geometric discontinuity at the weld termination: an abrupt change in cross section, such as the end of a cover plate or the termination of a longitudinal fillet weld. The discontinuity concentrates stress at the toe.
- Tension loading across the discontinuity: the stress concentration drives crack initiation from the Pie de soldadura or the weld termination into the base metal.
- Thicker base metal section: thicker sections constrain stress redistribution. A thin flange can yield locally and shed stress; a thick flange cannot. This is why line 3.6 splits E (flange thickness ≤ 0.8 in [20 mm]) from E* (flange thickness > 0.8 in [20 mm]) for the same physical cover plate detail.
El marco de fatiga es consistente con la metalurgia: las Grietas se inician en la mayor concentración de esfuerzo, se propagan bajo carga cíclica y conducen a la fractura frágil si la sección no puede redistribuir o detener la Grieta. Las constantes de Categoría en la Tabla 4.5 se derivaron del programa de pruebas NCHRP en especímenes reales con geometrías realistas (según el Comentario C-4.17.2) — codifican el rendimiento real de la fatiga, no predicciones teóricas.
Detalle AASHTO E' = D1.1 E*
Las Especificaciones de Diseño de Puentes AASHTO LRFD usan el símbolo E' (con prima/apóstrofe) para la Categoría de detalle de fatiga más penalizada. La Tabla 4.5 de AWS D1.1:2025 usa E* (con asterisco) para la misma curva de rango de esfuerzo admisible. Misma constante C_f = 3.9 × 10⁸, mismo umbral F_TH = 2.6 ksi [18 MPa].
Las dos notaciones son intercambiables. AASHTO y AWS publican documentos paralelos con un marco de fatiga consistente, por lo que un comentario que cite E' (contexto AASHTO, típicamente trabajo de puentes regido por D1.5) se mapea directamente a E* (contexto D1.1, típicamente trabajo de construcción estructural). En caso de duda sobre qué notación está usando una fuente, los valores C_f y F_TH son los identificadores canónicos.
Referencia Cruzada: Tabla 4.5 (Diseño) vs Tabla 8.1 (Inspección)
La Tabla 4.5 es una Tabla de diseño. Controla el rango de esfuerzo admisible que un detalle puede soportar durante su vida útil de diseño, calculado antes de la Fabricación. El punto de decisión es si el F_SR del detalle es suficiente para el caso de carga — si no, el diseño cambia (detalle diferente, sección más grande, menos ciclos mediante descarga de carga).
La Tabla 8.1 es una Tabla de inspección. Controla los Criterios de Aceptación Visual (Grietas, Socavado, Porosidad, perfil, fusión) para Soldaduras terminadas, separadas por estructuras cargadas estática o cíclicamente. El punto de decisión es aceptar/rechazar después de la Fabricación.
Los profesionales comúnmente confunden los dos porque ambos se refieren a “carga cíclica” y ambos tienen criterios estáticos vs. cíclicos separados. Son capas diferentes de D1.1 y se aplican en diferentes momentos del ciclo de vida del proyecto:
| Table 4.5 (Section 4.17) | Table 8.1 (Section 8.9) | |
|---|---|---|
| Code layer | Design of welded connections (Cláusula 4 Part C) | Inspection (Clause 8) |
| Decision point | Pre-Fabricación: detail selection + section sizing | Post-fabrication: accept or reject the weld |
| Who applies it | Engineer of Record at design stage | CWI / qualified Inspector after welding |
| Output | Allowable stress range F_SR; required detail category | Pass/fail per item: Fisuras, Socavado, Porosidad, profile, fusion, weld size |
| Cyclic vs static | Cyclic: full Table 4.5 framework. Static: framework does not apply (no fatigue check). | Cyclic: tighter Límites per Item 7 (undercut), Item 8 (porosity), Item 1 (cracks zero either way). Static: looser limits. |
Cobertura detallada del lado de la inspección: Socavado, Grietas, Porosidad, perfil, Inspección Visual.
“Dos tablas, ambas con divisiones cíclicas vs. estáticas, ambas con etiquetas de letras. Confundirlas es el error más común en el examen de la Parte C. La Tabla 4.5 es lo que el ingeniero busca durante el diseño; la Tabla 8.1 es lo que el CWI busca en la estación de inspección. Mismo Código, diferentes decisiones.”
— CWI exam preparation, structural welding instruction
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Preguntas Frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre la Categoría de Precalentamiento A a G de AWS D1.1 y la Categoría de Rango de Esfuerzo por Fatiga A a F?
Son dos conceptos completamente diferentes que comparten etiquetas de letras en AWS D1.1. La Categoría de Precalentamiento A a G se encuentra en la Tabla 5.11 y subdivide la búsqueda de Precalentamiento precalificado por Proceso de Soldadura — la Categoría A es SMAW con electrodos que no son de Bajo Hidrógeno, la Categoría B es SMAW con Bajo Hidrógeno más SAW/GMAW/FCAW. La original A-D se extendió a A-G en D1.1:2025. Se utiliza junto con la clasificación del Grupo de acero I-V en la Tabla 5.6 para buscar el Precalentamiento Mínimo. La Categoría de Rango de Esfuerzo por Fatiga A a F se encuentra en la Sección 4.17 con la Tabla 4.5 y la Figura 4.16, y clasifica la resistencia a la fatiga de los detalles de junta — la Categoría A es Metal Base simple lejos de las Soldaduras, la Categoría E* es el detalle de Soldadura más penalizado. Los dos sistemas no se corresponden entre sí. A572 Gr 50 en el Grupo de acero I soldado con SMAW de Bajo Hidrógeno (Categoría de Precalentamiento B) en el Pie de Soldadura de una Soldadura de Filete transversal en un ala de tensión cae en la Categoría de Fatiga C en la Tabla 4.5 — tres etiquetas de letras independientes para tres decisiones independientes.
¿Qué es F_TH y qué es F_SR?
F_TH es el rango de esfuerzo de fatiga umbral — el rango de esfuerzo Máximo para vida infinita. Según AWS D1.1:2025 Sección 4.15.1, no se requiere evaluación de la resistencia a la fatiga si el rango de esfuerzo de carga viva es menor que F_TH. El valor de F_TH depende de la Categoría de esfuerzo del detalle y se lee de la Tabla 4.5: la Categoría A es 24 ksi [165 MPa], la Categoría B es 16 ksi [110 MPa], la Categoría C es 10 ksi [69 MPa], la Categoría D es 7 ksi [48 MPa], la Categoría E es 4.5 ksi [31 MPa], la Categoría E* es 2.6 ksi [18 MPa]. F_SR es el rango de esfuerzo admisible para vida finita y se calcula a partir de las Fórmulas (4-12) y (4-13) usando la constante C_f por Categoría y el número de ciclos de diseño N. F_SR siempre debe ser al menos F_TH. La Figura 4.16 grafica las curvas de rango de esfuerzo vs. ciclos para todas las categorías.
¿Por qué la Categoría E* es la más penalizada?
Los detalles de Categoría E* combinan tres condiciones de penalización: una Discontinuidad geométrica en la terminación de la Soldadura (que concentra el esfuerzo), carga de tensión a través de esa Discontinuidad (que impulsa la iniciación de Grietas desde el Pie de Soldadura o la terminación), y una sección de Metal Base de mayor Espesor (que limita la capacidad de la geometría para redistribuir el esfuerzo). La constante es C_f = 3.9 × 10⁸ y el umbral es F_TH = 2.6 ksi [18 MPa] — aproximadamente un orden de magnitud menor rango de esfuerzo admisible que la Categoría B. Las configuraciones E* incluyen placas de cubierta más anchas que el ala con Soldaduras en los extremos y Espesor del ala mayor de 0.8 in [20 mm] (línea 3.6), conexiones de extremo de Filete longitudinales en placas de más de 0.5 in [12 mm] de Espesor (línea 4.1), y Metal Base en los extremos de Soldaduras longitudinales en orificios de acceso de Soldadura con R menor de 1 in (línea 3.3). En detalles de alas gruesas, las placas de cubierta más anchas que el ala sin Soldaduras en los extremos no están permitidas en absoluto.
¿Por qué AWS D1.1 no amplifica el esfuerzo para la geometría de la soldadura?
Según la Sección 4.16.1, los esfuerzos y rangos de esfuerzo calculados son nominales — basados en el análisis de esfuerzo elástico a nivel de miembro. Los esfuerzos no necesitan ser amplificados por factores de concentración de esfuerzo para Discontinuidades geométricas locales. El Comentario C-4.17.2 explica por qué: las curvas de vida cíclica del rango de esfuerzo en las Fórmulas (4-12) a (4-23) y la Figura 4.16 fueron desarrolladas por el Programa Nacional de Investigación Cooperativa de Carreteras (NCHRP) en especímenes reales que incorporaban Discontinuidades geométricas realistas. La constante de Categoría C_f ya incorpora la concentración de esfuerzo de la Geometría de la Junta, por lo que aplicar un factor de entalla separado contaría el efecto dos veces. Esta es la razón por la que dos Soldaduras físicas con el mismo esfuerzo nominal pueden tener vidas a fatiga muy diferentes — la Categoría captura la geometría, el esfuerzo nominal captura la carga.
¿Cómo se relaciona el Detalle E' de AASHTO con el E* de D1.1?
Las Especificaciones de Diseño de Puentes AASHTO LRFD usan el símbolo E' (con prima/apóstrofe) para la Categoría de detalle de fatiga más penalizada. La Tabla 4.5 de AWS D1.1:2025 usa E* (con asterisco) para la misma curva de rango de esfuerzo admisible. Misma constante C_f = 3.9 × 10⁸, mismo umbral F_TH = 2.6 ksi [18 MPa]. Las dos notaciones son intercambiables — se refieren a la misma curva de resistencia a la fatiga. AASHTO y AWS publican documentos paralelos con un marco de fatiga consistente, por lo que un comentario que cite E' (AASHTO) se mapea directamente a E* (D1.1).
Consejo para el Examen CWI: En el Examen a Libro Abierto CWI Parte C, los candidatos pierden tiempo buscando “Categoría C” en la Tabla 5.11 cuando la pregunta es sobre fatiga, o en la Tabla 4.5 cuando la pregunta es sobre Precalentamiento. Las dos tablas están en cláusulas diferentes y usan las mismas etiquetas de letras para conceptos no relacionados. Lea el enunciado de la pregunta cuidadosamente — si dice “Precalentamiento,” vaya a la Tabla 5.11. Si dice “Metal Base” o “grado de acero,” vaya a la Tabla 5.6. Si dice “fatiga,” “rango de esfuerzo,” “carga cíclica,” o nombra un detalle (placa de cubierta, Filete transversal, orificio de acceso de Soldadura), vaya a la Tabla 4.5. Consulte CWI Exam Prep para la disciplina de navegación a libro abierto.