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conexiones de vigas-columnas
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M
M
M
M
pv
*
pc
5.8.9 Vigas conectadas al alma de la columna
Cuando las vigas lleguen al alma de la columna, ser
necesario que sta reciba tambin vigas en los dos o, al
menos, en uno de sus patines. La viga o vigas que lleguen
al alma se conectarn, en los dos patines, por medio de
placas horizontales que sirvan, al mismo tiempo, como
atiesadores de la columna, por lo que, de preferencia,
estarn al mismo nivel que los patines o las placas
horizontales de conexin de la viga o vigas que se apoyan
en los patines de la columna.
Si la columna recibe una sola viga por el alma, el otro lado
de sta se rigidizar adecuadamente.
5.8.10 Relacin entre los momentos en vigas y
columnas
Cuando en el diseo intervienen las acciones ssmicas, en
las juntas debe satisfacerse la relacin siguiente:
Fyc esfuerzo de fluencia mnimo especificado del acero de la misma.
La condicin dada por la ec. 5.15 no se aplica a edificios de un solo piso ni al nivel superior de edificios altos.
5.9 Uniones con estructuras de concreto
5.9.1 Bases de columnas y aplastamiento en concreto
Deben tomarse todas las medidas necesarias para asegurar
una transmisin correcta de cargas y momentos de las
columnas a los cimientos de concreto en los que se apoyan.
Los valores de diseo en las reas de aplastamiento son
FR Pp , donde FR se toma igual a 0.6 y Pp vale:
Cuando la carga est aplicada sobre el rea total del
apoyo de concreto, At ,
* pc
> 1.0 pv
(5.15)
Pp = 0.85f c
At (5.16)
donde * pc
suma de los momentos en las dos columnas que
Cuando la carga est aplicada sobre un rea menor que la total del apoyo de concreto
concurren en la junta, determinada en la interseccin
de los ejes de vigas y columnas; se obtiene sumando
las proyecciones, en el eje de las vigas, de las
Pp = 0.85 f c At
donde
A2 / A1 (5.17)
resistencias nominales en flexin de las dos
columnas, reducidas por fuerza axial. Cuando los ejes
de las vigas que llegan a la junta no coinciden, se
utiliza la lnea media entre ellos.
f c esfuerzo de ruptura en compresin del concreto;
A1 rea de contacto; y
A2 rea de la figura de mayor tamao, semejante al reaPuede tomarse
*
* = Zc (Fyc Puc / Ac ), de contacto y concntrica con ella, que puede
inscribirse en la superficie de concreto que recibe la
M pv suma de los momentos en la viga, o vigas, que carga.
concurren en la junta, determinada en la interseccin de los ejes de vigas y columnas; se obtiene sumando las proyecciones, en el eje de las columnas, de las
A2 / A1 2.
resistencias nominales en flexin de las vigas en los puntos en los que se forman las articulaciones
plsticas.
M *
= (1.1Ry Mpv+ Mv ), donde Mv es el
momento adicional que se obtiene multiplicando la
fuerza cortante en la articulacin plstica por la distancia de sta al eje de la columna.
En las expresiones anteriores,
Ac y Zc rea total y mdulo de seccin plstico de la columna, respectivamente;
Puc fuerza axial de compresin de diseo en ella (un nmero positivo); y
5.9.2 Anclas e insertos
Se tomarn las medidas necesarias para que la estructura
de concreto resista las cargas transmitidas por las anclas o
insertos metlicos con un factor de seguridad adecuado
para que la resistencia de diseo de las anclas o insertos no
se vea disminuida por fallas locales o generalizadas de la
estructura de soporte. El diseo de sta se har de acuerdo
con las Normas Tcnicas Complementarias para Diseo y
Construccin de Estructuras de Concreto.
Las anclas se disearn para transmitir las fuerzas
cortantes que aparezcan en las bases de las columnas, a
menos que se utilicen otros mecanismos de transmisin;
tambin debern transmitir a la estructura de soporte todas
las fuerzas de tensin, incluyendo las que resulten de
momentos debidos al empotramiento completo o parcial de
las columnas.
El diseo de los elementos de acero estructural del inserto
Tabla 6.1 Factores de comportamiento ssmico Q
Factor de
se har de acuerdo con estas Normas. Sistema
estructural Descripcin
comporta- miento
Los pernos y barras que se utilicen como anclas, y que
deban transmitir fuerzas de tensin, estarn ahogados en el
ssmico, Q
Edificios con marcos rgidos
concreto una longitud suficiente, y/o tendrn placas de anclaje en el extremo, para transmitir la fuerza de diseo al concreto por adherencia, cortante, aplastamiento, o una
a) Edificios industriales
en una direccin (X), y contraventeados con
diagonales que trabajan
Qx 2 (1)
combinacin de varios de esos efectos.
Las fuerzas cortantes se transmitirn del inserto al concreto
por medio de pernos de cortante o por cortantefriccin.
exclusivamente a tensin en la direccin ortogonal (Y).
Edificios con marcos rgidos
en una direccin (X), y
Qy = 1
(1)
Cuando se suelden elementos a insertos ya instalados, que
estn en contacto con el concreto, se tomarn las
precauciones necesarias para evitar una expansin trmica
excesiva del inserto, que pueda ocasionar
descascaramiento o agrietamiento del concreto o esfuerzos
excesivos en las anclas del inserto.
El anclaje a estructuras de concreto puede hacerse por
medio de elementos postensados de acero de alta
resistencia. El material y los requisitos de diseo de los
elementos de acero de alta resistencia y de sus anclajes y
accesorios, as como los procedimientos de fabricacin e
instalacin, estarn de acuerdo con las especificaciones de
los cdigos aplicables.
6. ESTRUCTURAS DCTILES
b) Sistemas
contraven-
teados
c) Marcos
rgidos 2
contraventeados con diagonales que pueden
trabajar en tensin o
compresin en la direccin
ortogonal (Y).
Contraventeo excntrico.
Contraventeo concntrico dctil.
Contraventeo concntrico con ductilidad normal.
Marcos rgidos de acero con
ductilidad alta.
Marcos rgidos de acero con
ductilidad reducida.
Qx 2
Qy = 1.5
4
3
2
4 3
2
En este captulo se indican los requisitos mnimos que
debern cumplirse para que puedan adoptarse valores del
factor de comportamiento ssmico Q mayores o iguales que 2, de acuerdo con el Captulo 5 de las Normas Tcnicas Complementarias para Diseo por Sismo.
Tambin se abarcan algunos casos que no estn incluidos
en ese Capitulo 5.
Las estructuras que satisfagan los requisitos sealados en
este captulo podrn disearse con el factor de
comportamiento ssmico indicado en la tabla 6.1. Para
sistemas estructurales diferentes a los indicados en la tabla,
se deber presentar a la Administracin un estudio en el
que se soporte el valor del factor de comportamiento
ssmico utilizado.
1
Quedar a juicio del diseador, el demostrar que
pueden utilizarse valores de Q mayores que 2. 2
Ver la seccin 6.1.5 para marcos dctiles con vigas de
alma abierta (armaduras). 6.1 Requisitos generales
En los casos en que la estructura est formada por una
combinacin de marcos rgidos y muros o contravientos,
cada uno de los marcos que componen la estructura deber
disearse para resistir no menos del 50 por ciento de la fuerza lateral que le correspondera si estuviera aislado.
Este porcentaje es aplicable tambin a los marcos con
contraventeos excntricos.
6.1.1 Materiales
La grfica esfuerzo de tensindeformacin del acero
empleado deber tener una zona de cedencia (deformacin
creciente con esfuerzo prcticamente constante)
correspondiente a un alargamiento mximo no menor de
uno por ciento, seguida de una zona de endurecimiento por
deformacin. El alargamiento correspondiente al esfuerzo
de ruptura no deber ser menor de 20 por ciento.
6.1.2 Miembros en flexin
Se considerar un miembro en flexin cuando trabaja
predominantemente a esta solicitacin, y la fuerza axial no
excede de 0.1Py , donde Py = A Fy .
6.1.2.1 Requisitos geomtricos
El claro libre de las vigas no ser menor que cinco veces el
peralte de la seccin transversal, ni el ancho de sus patines
mayor que el ancho del patn o el peralte de la columna a la
cual se conectan.
El eje de las vigas no deber separarse horizontalmente del
eje de las columnas ms de un dcimo de la dimensin
transversal de la columna normal a la viga.
Las secciones transversales debern tener dos ejes de
simetra, uno vertical, en el plano en que actan las cargas
gravitaciones, y otro horizontal. Cuando se utilicen
cubreplacas en los patines para aumentar la resistencia del
perfil, deben conservarse los dos ejes de simetra.
Si las vigas estn formadas por placas soldadas, la
soldadura entre almas y patines debe ser continua en toda
la longitud de la viga, y en las zonas de formacin de
articulaciones plsticas debe ser capaz de desarrollar la
resistencia total en cortante de las almas.
Cuando se empleen vigas de resistencia variable, ya sea
por adicin de cubreplacas en algunas zonas o porque su
peralte vare a lo largo del claro, el momento resistente no
ser nunca menor, en ninguna seccin, que la cuarta parte
del momento resistente mximo, que se tendr en los
extremos.
En estructuras soldadas deben evitarse los agujeros,
siempre que sea posible, en las zonas de formacin de
articulaciones plsticas. En estructuras atornilladas o
remachadas, los agujeros que sean necesarios en la parte
del perfil que trabaje en tensin se punzonarn a un
dimetro menor y se agrandarn despus, hasta darles el
dimetro completo, con un taladro o escarificador. Este
mismo procedimiento se seguir en estructuras soldadas, si
se requieren agujeros para montaje o por algn otro
motivo.
No se harn empalmes de ningn tipo, en la viga o en sus
cubreplacas, en las zonas de formacin de articulaciones
plsticas.
Para los fines de los dos prrafos anteriores, se considerar
que las articulaciones plsticas tienen una longitud igual a
un peralte, en los extremos de las vigas, y a dos peraltes,
medidos uno a cada lado de la seccin terica en la que
aparecer la articulacin plstica, en zonas intermedias.
En aceros cuyo esfuerzo mnimo especificado de ruptura
en tensin, Fu , es menor que 1.5 veces el esfuerzo de
fluencia mnimo garantizado, Fy , no se permitir la formacin de articulaciones plsticas en zonas en que se haya reducido el rea de los patines, ya sea por agujeros para tornillos o por cualquier otra causa.
6.1.2.2 Requisitos para fuerza cortante Los elementos que trabajan principalmente en flexin se
dimensionarn de manera que no se presenten fallas por
cortante antes de que se formen las articulaciones plsticas
asociadas con el mecanismo de colapso. Para ello la fuerza
cortante de diseo se obtendr del equilibrio del miembro
entre las secciones en que se forman las articulaciones
plsticas, en las que se supondr que actan momentos del
mismo sentido y de magnitudes iguales a los momentos
plsticos resistentes del elemento en esas secciones, sin
factores de reduccin, y evaluados tomando el esfuerzo de
fluencia del material igual a 1.1Fye (seccin 5.3.2). Al plantear la ecuacin de equilibrio para calcular la fuerza
cortante se tendrn en cuenta las cargas transversales que
obran sobre el miembro, multiplicadas por el factor de
carga.
Como opcin, se permite hacer el dimensionamiento
tomando como base las fuerzas cortantes de diseo
obtenidas en el anlisis, pero utilizando un factor de
resistencia FR igual a 0.7, en lugar de 0.9 especificado en la seccin 3.3.3.
Las articulaciones plsticas se forman, en la mayora de los
casos, en los extremos de los elementos que trabajan en
flexin. Sin embargo, hay ocasiones, frecuentes en las
vigas de los niveles superiores de los edificios, en que una
de ellas se forma en la zona central del miembro. Cuando
esto suceda, la fuerza cortante debe evaluarse teniendo en
cuenta la posicin real de la articulacin plstica.
6.1.2.3 Contraventeo lateral Deben soportarse lateralmente todas las secciones
transversales de las vigas en las que puedan formarse
articulaciones plsticas asociadas con el mecanismo de
colapso. Adems, la distancia entre cada una de estas
secciones y la siguiente seccin soportada lateralmente no
ser mayor que 0.086 ry (E / Fy ). Este requisito se aplica a un solo lado de la articulacin plstica cuando sta se
forma en un extremo de la viga, y a ambos lados cuando
aparece en una seccin intermedia. La expresin anterior
es vlida para vigas de seccin transversal I o H,
flexionadas alrededor de su eje de mayor momento de
inercia.
En zonas que se conservan en el intervalo elstico al
formarse el mecanismo de colapso la separacin entre
puntos no soportados lateralmente puede ser mayor que la
indicada en el prrafo anterior, pero no debe exceder de
Lu , calculada de acuerdo con la seccin 3.3.2.2.
Los elementos de contraventeo proporcionarn soporte
lateral, directo o indirecto, a los dos patines de las vigas.
Cuando el sistema de piso proporcione soporte lateral al
patn superior, el desplazamiento lateral del patn inferior
puede evitarse por medio de atiesadores verticales de
rigidez adecuada, soldados a los dos patines y al alma de la
viga.
6.1.3 Miembros flexocomprimidos
6.1.3.1 Requisitos geomtricos
Si la seccin transversal es rectangular hueca, la relacin
de la mayor a la menor de sus dimensiones exteriores no
debe exceder de 2.0, y la dimensin menor ser mayor o
igual que 200 mm.
Si la seccin transversal es H, el ancho de los patines no
ser mayor que el peralte total, la relacin peralteancho
del patn no exceder de 1.5, y el ancho de los patines ser
de 200 mm o ms. Sin embargo, se permite el uso de perfiles laminados que no cumplen rigurosamente estas
condiciones.
La relacin de esbeltez mxima de las columnas no
exceder de 60.
6.1.3.2 Resistencia mnima en flexin
La resistencia en flexin de las columnas que concurren en un nudo debe satisfacer las condiciones dadas por la ec. 5.15 de la seccin 5.8.10, con las excepciones que se indican en esta seccin.
Como una opcin, se permite hacer el dimensionamiento
tomando como base los elementos mecnicos de diseo
obtenidos en el anlisis, pero reduciendo el factor de
resistencia FR utilizado en flexocompresin de 0.9 a 0.7.
6.1.3.3 Requisitos para fuerza cortante
Los elementos flexocomprimidos se dimensionarn de
manera que no fallen prematuramente por fuerza cortante.
Para ello, la fuerza cortante de diseo se obtendr del
equilibrio del miembro, considerando su longitud igual a la
altura libre y suponiendo que en sus extremos obran
momentos del mismo sentido y de magnitud igual a los
momentos mximos resistentes de las columnas en el plano
en estudio, que valen Zc (Fyc fa ). Cuando las columnas se dimensionen por flexocompresin
con el procedimiento optativo de la seccin 6.1.3.2, la
revisin por fuerza cortante se realizar con la fuerza de
diseo obtenida en el anlisis pero utilizando un factor de
resistencia de 0.7. 6.1.4 Uniones vigacolumna
Las uniones vigacolumna deben satisfacer las recomen-
daciones de la seccin 5.8, con las modificaciones
pertinentes cuando las columnas sean de seccin
transversal rectangular hueca.
6.1.4.1 Contraventeo
Si en alguna junta de un marco dctil no llegan vigas al
alma de la columna, por ningn lado de sta, o si el peralte
de la viga o vigas que llegan por alma es apreciablemente
menor que el de las que se apoyan en los patines de la
columna, stos debern ser soportados lateralmente al nivel
de los patines inferiores de las vigas.
6.1.5 Vigas de alma abierta (armaduras)
En esta seccin se indican los requisitos especiales que
deben satisfacerse cuando se desea emplear vigas de alma
abierta (armaduras) en marcos dctiles. Deben cumplirse,
adems, todas las condiciones aplicables de este captulo.
Podr adoptarse un factor de comportamiento ssmico,
Q = 3, en edificios de no ms de tres pisos o 12 m de altura total, y en el ltimo entrepiso de cualquier edificio.
En todos los dems, deber utilizarse Q = 2. Las armaduras pueden usarse como miembros horizontales
en marcos dctiles, si se disean de manera que la suma de
las resistencias en flexin ante fuerzas ssmicas de las dos
armaduras que concurren en cada nudo intermedio sea
igual o mayor que 1.25 veces la suma de las resistencias en flexin ante fuerzas ssmicas de las columnas que llegan
al nudo; esta resistencia debe calcularse con el esfuerzo de
fluencia esperado de la columna, Fye . En nudos extremos, el requisito anterior debe ser satisfecho por la nica
armadura que forma parte de ellos.
Adems, deben cumplirse las condiciones siguientes:
a) Los elementos de las armaduras que trabajan en
compresin o en flexocompresin, sean cuerdas,
diagonales o montantes, se disearn con un factor de
resistencia, FR , igual a 0.7. Al determinar cuales elementos trabajan en compresin, habrn de tenerse en cuenta los dos sentidos en que puede actuar el sismo.
b) Las conexiones entre las cuerdas de las armaduras y
las columnas deben ser capaces de desarrollar la
resistencia correspondiente a 1.2 la resistencia calculada de las cuerdas.
c) En edificios de ms de un piso, el esfuerzo en las columnas producido por las fuerzas axiales de diseo
no ser mayor de 0.3Fy , y la relacin de esbeltez mxima de las columnas no exceder de 60.
6.2 Requisitos adicionales para sistemas estructurales
comunes
6.2.1 Marcos rgidos con ductilidad alta
Los marcos rgidos dctiles tienen la capacidad de formar
articulaciones plsticas donde sean necesarias, de
preferencia en miembros a flexin, y mantener su
resistencia en dichas articulaciones. Estas estructuras
debern satisfacer los requisitos adicionales indicados en
esta seccin.
Las trabes, columnas y uniones vigacolumna debern ser
diseadas y arriostradas para soportar deformaciones
plsticas importantes, a menos que se pueda demostrar que
el elemento considerado permanecer en el intervalo
elstico mientras uno o varios elementos del nudo
experimentan deformaciones plsticas importantes.
Se deber considerar que un elemento que experimenta
deformaciones plsticas importantes ejerce una fuerza en el
nudo correspondiente a su esfuerzo de fluencia esperado,
Fye .
6.2.1.1 Trabes
Las secciones transversales de las vigas debern ser tipo 1.
Sin embargo, se permite que la relacin ancho/grueso del
No debern existir cambios importantes o abruptos en la
seccin transversal de las vigas en las zonas de formacin
de articulaciones plsticas.
6.2.1.2 Columnas Las secciones de las columnas debern ser tipo 1 cuando
sean los elementos crticos en un nudo; de lo contrario,
podrn ser de tipo 1 2. Todas las columnas debern estar
arriostradas lateralmente. Para estructuras del grupo A,
localizadas en las zonas II o III, las columnas debern tener
una carga axial factorizada no mayor de 0.3At Fy , para cualquier combinacin ssmica.
Las uniones entre tramos de columnas, efectuadas con
soldadura de penetracin completa, debern localizarse a
una distancia no menor de L/ 4, ni de un metro, de las
uniones vigacolumna; L es la altura libre de la columna. 6.2.1.3 Uniones vigacolumna
Debern satisfacerse todos los requisitos aplicables de la
seccin 5.8.
6.2.2 Marcos rgidos con ductilidad reducida
Los marcos rgidos con ductilidad reducida podrn resistir
deformaciones inelsticas limitadas cuando se vean
sometidos a las fuerzas que resulten de un movimiento
ssmico intenso; para ello, debern cumplir con los
requisitos que se establecen a continuacin.
6.2.2.1 Uniones vigacolumna Las conexiones vigacolumna se harn por medio de
soldadura o tornillos de alta resistencia; pueden ser tipo 1 o
parcialmente restringidas, y debern satisfacer los
requisitos de la seccin 1.5.
a) Cuando los marcos sean del tipo 1, se cumplirn todos
los requisitos aplicables de la seccin 5.8, con las
modificaciones siguientes:
1) El momento Mu de la seccin 5.8.4.2 debe seralma llegue hasta 3.71 E/Fy si en las zonas de
igual, como mnimo, a Mpv ;formacin de articulaciones plsticas se toman las medidas necesarias (reforzando el alma mediante atiesadores
transversales o placas adosadas a ella, soldadas
adecuadamente) para impedir que el pandeo local se
presente antes de la formacin del mecanismo de colapso.
Deber tenerse en cuenta la contribucin de la losa cuando
trabaja en accin compuesta con las vigas, para calcular la
resistencia a flexin de las mismas, o las fuerzas
producidas por ellas.
2) La rotacin inelstica que se indica en la
seccin 5.8.2.2 puede reducirse a 0.02 radianes.
b) Se permitir el uso de conexiones parcialmente
restringidas cuando se cumplan los requisitos
siguientes, adems de los indicados en la seccin 1.5.
1) Las conexiones suministran la resistencia de diseo especificada en el inciso 6.2.2.1.a;
2) La resistencia nominal a la flexin de la
conexin es igual o mayor que el 50 por ciento del ms pequeo de los momentos plsticos
nominales de la viga o columna conectadas.
3) La conexin deber demostrar una capacidad
de rotacin adecuada, mediante pruebas
cclicas con deformaciones angulares
b) Diagonales en K, conectadas en un solo punto y en un solo lado de la columna.
6.2.3.2 Diagonales de contraventeo Todas las secciones utilizadas en las diagonales sern tipo
1 (seccin 2.3). Su relacin de esbeltez efectiva, KL / r, nocorrespondientes a la deformacin lateral relativa del entrepiso.
ser mayor que 5.88 E/Fy .
4) En el diseo se tendrn en cuenta la rigidez y
resistencia de las conexiones, y se incluir el
efecto de la estabilidad global.
6.2.2.2 Requisitos para fuerza cortante
Se cumplirn los requisitos de la seccin 6.1.2.2, con las
modificaciones siguientes:
En conexiones rgidas, los momentos en las articulaciones
plsticas de las vigas se tomarn iguales a Fy Zyv .
En conexiones parcialmente restringidas, los momentos en
los extremos se tomarn iguales a los momentos mximos
que resistan las conexiones.
6.2.3 Marcos con contraventeo concntrico dctil
Los marcos con contraventeo concntrico dctil tienen la
capacidad de disipar energa mediante fluencia de las
diagonales o de sus conexiones. Los marcos de este tipo
debern satisfacer, adems, los requisitos especficos
indicados en esta seccin.
6.2.3.1 Sistema de contraventeo
Las diagonales debern orientarse de tal forma que, para
cualquier direccin y sentido del sismo, en cada nivel y en
cada marco al menos 30 por ciento de la fuerza cortante que le corresponde sea tomada por las diagonales en
tensin, y al menos 30 por ciento por las diagonales en compresin. No es necesario cumplir esta condicin
cuando la suma de las resistencias nominales de las
diagonales comprimidas es mayor que la resistencia total
requerida, correspondiente a la condicin de carga
utilizada para el diseo.
En marcos con contraventeo concntrico no se permite
usar:
a) Diagonales en V, conectadas en un solo punto, y en
un solo lado, cercano a la zona central de la trabe, a
menos que se cumplan los requisitos de la seccin
6.2.3.4.
En diagonales armadas, la relacin de esbeltez de los
elementos que las conforman no ser mayor de la mitad de
la relacin de esbeltez del elemento armado.
La resistencia al corte de los elementos de sujecin ser,
como mnimo, igual a la resistencia de diseo en tensin de
cada una de las barras que unen. Su separacin ser
uniforme, y se emplearn, como mnimo, dos elementos de
sujecin. En el cuarto central de la diagonal no se permite
utilizar elementos de sujecin atornillados.
6.2.3.3 Conexiones de las diagonales de contraventeo
Debern minimizarse las excentricidades.
a) Resistencia requerida. Las conexiones de diagonales
de estructuras ubicadas en las zonas II y III debern
tener una resistencia no menor que la ms pequea de
las siguientes:
1) La resistencia nominal en tensin del elemento de
contraventeo, calculada como Ry Fy A.
2) La fuerza mxima, indicada por el anlisis, que
puede ser transmitida a la diagonal.
b) Resistencia en tensin. La resistencia de diseo en
tensin de los elementos de contraventeo y sus
conexiones, basada en los estados lmite de fractura en
la seccin neta (inciso 3.1.2.b) y de ruptura en bloque
por cortante y tensin (seccin 5.4.3), ser igual o
mayor que la resistencia requerida determinada en el
inciso 6.2.3.3.a.
c) Resistencia en flexin. En la direccin en la que, de
acuerdo con el anlisis, se pandear la diagonal, la
resistencia de diseo en flexin de la conexin ser
igual o mayor que la resistencia nominal esperada en
flexin del contraventeo alrededor del eje de pandeo,
1.1Ry Mp .
d) En el diseo de las placas de conexin deben
considerarse sus posibles formas de pandeo.