Agosto NTC-ACERO Diseño y Construcción de Estructuras de Acero

Transcripción

1 Actualización de las Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Acero del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal Agosto 2014

2 Integrantes del comité Oscar de Buen López de Heredia Raúl Granados Granados Raúl Jean Perrilliat Tiziano Perea Olvera

3 CONTENIDO (Capítulos) 1. Consideraciones generales 2. Análisis y diseño por estabilidad 3. Propiedades geométricas 4. Miembros en tensión 5. Miembros en compresión 6. Miembros en flexión (vigas y trabes armadas) 7. Miembros en cortante 8. Miembros bajo cargas combinadas 9. Miembros compuestos 10. Conexiones 11. Estados límite de servicio 12. Estructuras dúctiles 13. Ejecución de las obras

4 CONTENIDO (Apéndices) A. Diseño plástico B. Placas base C. Conexiones de perfiles estructurales huecos (HSS) y en cajón de paredes de grueso uniforme D. Diseño por fatiga E. Edificios de un piso F. Documentos de consulta

5 1.4 Materiales Nomra Acero estructural Propiedades mecánicas F y F u NMX ASTM Gr. MPa kg/cm² MPa kg/cm² Aceros de alta resistencia y baja aleación B-284 A A

6 2. Análisis y diseño por estabilidad Los estudios para determinar la estabilidad de la estructura, han de incluir: Deformaciones axiales, en flexión y en cortante, de todos los miembros y conexiones, así como cualquier otra deformación que contribuya a los desplazamientos de la estructura Efectos de segundo orden, PΔ y Pδ Imperfecciones geométricas Reducciones de rigidez debidas a inelasticidad Incertidumbres en los valores de rigideces y resistencias

7 2. Análisis y diseño por estabilidad Efecto PΔ Pδ Definición Son los que producen las cargas verticales al actual sobre la estructura desplazada lateralmente (Efectos de conjuntos en toda la estructura) Son los ocasionados por las cargas originalmente axiales, cuando actúan sobre el miembro deformado entre sus extremos (Efectos individuales en cada columna)

8 2.3 Factor de longitud efectiva y efectos de esbeltez de conjunto I = ΣPQ U Δ LΣH OH Inestabilidad de entrepiso Donde: ΣP U Q Δ OH ΣH L Fuerza vertical de diseño en el entrepiso en consideración Factor de comportamiento sísmico. En diseño por viento se toma Q=1.0 Desplazamiento horizontal relativo de primer orden de los niveles que limitan el entrepiso en consideración, en la dirección de análisis, producido por las fuerzas de diseño Suma de todas las fuerzas horizontales de diseño que obran encima del entrepiso en consideración Altura del entrepiso

9 2.4 Métodos de análisis por estabilidad Se indica como se diseña la estructura desde el punto de vista de su estabilidad Se permiten dos métodos: Método directo Método de la longitud efectiva Tradicionalmente las estructuras se han dividido en contraventeadas y nocontraventeadas para el diseño por estabilidad. En esta Norma las estructuras se definen de acuerdo con la forma en que obtienen su rigidez lateral

10 2.4 Métodos de análisis por estabilidad Concepto Longitud efectiva Método directo Tipo de análisis Elástico de segundo orden (1) Elástico de segundo orden (1) Carga ficticia (2) Rigidez efectiva N i = 0.003W i (o Δo = 0.003L) Nominal EI* = EI EA* = EA N i = 0.003W i (o Δo = 0.003L) 0.8 Nominal EI* = 0.8 EI EA* = 0.8 EA Resistencia axial P R con KL (3) P R con L (K = 1) Limitaciones I 0.3 Ninguna (1) Puede realizarse con un método aproximado, iterativo o riguroso. (2) Carga ficticia solo en combinaciones con cargas de gravedad, no se consideran en cargas que incluyan sismo (3) K = 1 se permite cuando el factor I 0.08

11 2.5 Método de análisis directo Imperfecciones iniciales b) Empleo de fuerzas laterales ficticias (notional loads) para representar las imperfecciones 1) Las fuerzas laterales ficticias se aplican en todos los niveles, se suman a todas las cargas laterales de otros tipos y se aplican en todas las condiciones de carga N i = 0.003W i N i Fuerza lateral ficticia aplicada en el nivel i W i Carga gravitacional en el nivel i

12 2.5 Método de análisis directo Imperfecciones iniciales b) Empleo de fuerzas laterales ficticias (notional loads) para representar las imperfecciones 3) El coeficiente se basa en la relación nominal inicial de falta de verticalidad de entrepiso de 1/500, incrementada en Ante el uso de una falta de verticalidad máxima diferente se permite ajustar el coeficiente 4) En estructuras regulares con un índice de estabilidad menor a 0.08, se permite aplicar las fuerzas laterales ficticias únicamente en combinaciones que incluyen sólo cargas verticales

13 2.7 Determinación aproximada de los efectos de segundo orden Determinación de las acciones de diseño Los momentos de segundo orden, se obtienen multiplicando los de primer orden por factores de amplificación: Momentos de diseño en los extremos de las columnas (PΔ) M = M + B M uo ti 2 tp Momentos de diseño en la zona central de la columna (PΔ y Pδ) ( ) M = B M + B M * uo 1 ti 2 tp

14 2.7 Determinación aproximada de los efectos de segundo orden Determinación de las acciones de diseño Los factores de amplificación de los momentos, B 1 y B 2 : B B 1 C = P F P 1 U R e = = o bien B = 1 1.2I 1.2QΔ ΣP 1.2QΣP 1 1 LΣH ΣP 2 2 OH U U e2 En el cálculo de B 2 no se considera el efecto Pδ, esa omisión se corrige con el factor 1.2 del denominador

15 6. Miembros en flexión Miembros compactos (tipo 1 o 2) de sección I con dos ejes de simetría y canales, flexionados alrededor del eje de mayor inercia Miembros de sección I de doble simetría con patines no compactos (tipo 3) o esbeltos (tipo 4) y alma compacta (tipo 1 o 2) o no compacta (tipo 3) y flexionados alrededor de su eje de mayor inercia Miembros de sección I de simple o doble simetría con patines tipo 1, 2 o 3 y alma esbelta (tipo 4) flexionados alrededor del eje de mayor inercia Miembros de sección I y canales, flexionados alrededor del eje de menor inercia Miembros de sección tubular cuadrada o rectangular, laminados (HSS) o formados por cuatro placas soldadas

16 6. Miembros en flexión Miembros de sección tubular circular Miembros de sección T o formados por dos ángulos espalda con espalda cargados en el plano de simetría Ángulos sencillos Miembros de sección rectangular o circular maciza Miembros de sección sin ningún eje de simetría

17 6.1 Estados límite En el diseño de miembros en flexión deben considerarse los estados límite de falla siguientes: a) Formación de un mecanismo con articulaciones plásticas b) Agotamiento de la resistencia a la flexión en la sección crítica, en miembros que no admiten redistribución de momentos c) Iniciación del flujo plástico en la sección crítica, fluencia (F) d) Pandeo lateral por flexotorsión (PLT) e) Pandeo local del patín comprimido (PLP) f) Pandeo local del alma, producido por flexión (PLA) g) Plastificación del alma por cortante h) Pandeo local del alma por cortante i) Tensión diagonal en el alma j) Flexión y fuerza cortante combinadas k) Otras formas de pandeo del alma, producidas por fuerzas transversales l) Fatiga

18 6.2 Consideraciones generales y resistencias nominales Método de cuatro momentos C b = 12.5M max 2.5M + 3M + 4M + 3M max A B C

19 6.2 Consideraciones generales y resistencias nominales Método alterno C b 1 M = M

20 6.2 Consideraciones generales y resistencias nominales Resistencia nominal a flexión en función de la longitud no arriostrada Resistencia Nominal de Flexión, M n M p C b = 1.0 (resistencia básica) inelástico PLT elástico PLT Longitud no arriostrada, L M M e e > 2 3 M p 0.28M p M = 1.15M 1 M M e 2 M p 3 M n p p n = M e Cbπ π E M e = EI ygj + I yca = L L Cbπ E J π = Iy + L 2.6 L 2 C a 2

21 8.1 Miembros en flexocompresión Dimensionamiento de columnas que forman parte de estructuras regulares. Secciones tipo 1 y 2 Secciones H o I P U M M uox uoy FP FM FM R y R px R py Secciones en cajón o cuadradas Otras secciones transversales P U M M uox uoy FP FM FM R y R px R py PU M M uox uoy FP FM FM R y R px R py

22 8.1 Miembros en flexocompresión Dimensionamiento de columnas que forman parte de estructuras regulares. (Revisión de la secciones extremas) Secciones tipo 1 y 2 Secciones tipo 3 y 4 Secciones H o I P U M M uox uoy FP FM FM R y R px R py Secciones en cajón o cuadradas P U M M uox uoy FP FM FM R y R px R py Otras secciones transversales PU M M uox uoy FP FM FM R y R px R py PU M M uox uoy FP FM FM R y R px R py

23 8.1 Miembros en flexocompresión Dimensionamiento de columnas que forman parte de estructuras regulares. (Revisión de la columna completa) Secciones tipo 1 y 2 Secciones tipo 3 y 4 * * Pu M M uox uoy R M F M C RX R py * * Pu M M uox uoy R M M C RX py

24 8.1 Miembros en flexocompresión Ecuaciones de interacción alternas Revisión de las secciones extremas: α α M M ux uy FMʹ R px FMʹ R py Revisión de la columna completa: β β CM CM b ux b uy 1.0 FM + ʹ R nx FMʹ R ny α y β son coeficientes que dependen de la sección transversal del elemento

25 9. Miembros compuestos Se tratan en esta Sección columnas compuestas, formadas por perfiles de acero laminados ahogados en concreto reforzado, así como por perfiles tubulares rellenos de concreto Se permite usar secciones formadas por placas soldadas ahogados en o rellenas de concreto reforzado Esta Sección también aplica a vigas o trabes, armaduras o largueros de alma abierta ( joists ) de acero ahogados en concreto reforzado, o que soportan una losa, interconectados de manera que los dos materiales trabajen en conjunto Se tratan vigas compuestas libremente apoyadas o continuas, ligadas con la losa de concreto por medio de conectores de cortante, o ahogadas en concreto

26 9. Miembros compuestos (i) (ii) (iii) (iv) i. perfil de acero ahogado en concreto reforzado ii. tubular circular relleno iii. tubular rectangular relleno iv. sección cajón rellena Trabes compuestas

27 9. Miembros compuestos Limitación de los materiales a) Para la determinación de la resistencia de diseño, el concreto deberá tener una resistencia en compresión (f c ): Concreto peso normal: 20 MPa (200 kg/cm²) < f c < 70 MPa (700 kg/cm²) Concreto ligero: 20 MPa (200 kg/cm²) < f c < 40 MPa (400 kg/cm²) b) El esfuerzo de fluencia mínimo especificado (F y ) del acero estructural y del acero de refuerzo que se utilicen en los cálculos de resistencia de miembros compuestos no deberá exceder 525 MPa (5250 kg/cm²).

28 9. Miembros compuestos Resistencia nominal de secciones compuestas (columnas) Cuando se aplica el método de la distribución plástica de los esfuerzos, la resistencia nominal se calcula suponiendo que los componentes de acero han alcanzado un esfuerzo Fy en tensión o compresión, y que los componentes de concreto en compresión, debida a fuerza axial y/o flexión, han alcanzado un esfuerzo f c, descrito en la Sección 2.1 de las NTC para Diseño y Construcción de Estructuras de Concreto. Limitaciones Las columnas compuestas deben satisfacer las limitaciones siguientes: 1) El área de la sección transversal del perfil de acero ahogado en concreto o del tubular relleno de ese material debe comprender al menos el 1% del total del área de la sección transversal compuesta 2) En columnas compuestas rellenas de concreto, los perfiles de acero se clasificarán, por pandeo local, de acuerdo con la Sección 9.1.4

29 9. Miembros compuestos Clasificación por pandeo local de seccione compuestas rellenas de concreto Tabla 9.1 Clasificación de secciones compuestas rellenas por pandeo local Tipo Descripción Rango Secciones compactas sin pandeo local para diseño sísmico dúctil (Q 3) Secciones compactas sin pandeo local para diseño sísmico no-dúctil (Q 2) Secciones no-compactas con pandeo local inelástico para diseño no-sísmico Secciones esbeltas con pandeo local elástico para diseño no-sísmico λ < λ pl λ < λ p λ p < λ < λ r λ > λ r

30 9. Miembros compuestos Clasificación por pandeo local de seccione compuestas rellenas de concreto Tabla 9.2 Relaciones límite ancho-grueso de placas en compresión en secciones compuestas rellenas en compresión y flexocompresión Sección transversal Anchogrueso λ pl λ p λ r Paredes de secciones rectangulares λ = b/t 1.70 E s / F y 2.12 E s / F y 3.00 E s / F y Paredes de secciones circulares λ = D/t 0.12 E s / F y 0.15 E s / F y 0.20 E s / F y

31 9. Miembros compuestos Tabla 9.3 Relaciones límite ancho-grueso de placas en compresión en secciones compuestas rellenas en flexión Sección transversal Paredes de secciones rectangulares en compresión uniforme (e.g. patines) Paredes de secciones rectangulares en compresión no uniforme (e.g. almas) Anchogrueso λ = b/t λ = b/t λ pl λ p λ r 1.70 E s / F y 2.40 E s / F y 2.12 E s / F y 3.00 E s / F y 3.00 E s / F y 5.00 E s / F y Paredes de perfil tubular circular λ = D/t 0.16 E s / F y 0.20 E s / F y 0.30 E s / F y

32 9. Miembros compuestos Transferencia de la carga en la interfaz P 1 P 1 P u P 2 P 2 P 3 P u = P (a) (b) (c) Mecanismos de transferencia de la carga

33 9. Miembros compuestos Resistencia de la interfaz acero-concreto La carga transferida en la interfaz concreto-acero se puede resistir con los siguientes mecanismo: (1) (2) (3) Mecanismos de resistencia de la carga 1) Conectores de cortante 2) Adherencia directa 3) Apoyo directo

34 B.1 Diseño de placas base B.1.1 Diseño de placas base en compresión axial (columnas de sección I o circular) P u tp f p a) Distribución de presiones supuestas b) Líneas de flexión supuestas c) Calculo del momento de diseño Parámetros para el diseño de una placa base en compresión axial

35 B.4 Resistencia en tensión del sistema de anclaje B.4.3 Resistencia a extracción de las anclas d o Aap Aap Aap h ef h ef h ef h ef e h (a) (b) Tipos de anclas: a) barra con gancho de anclaje b) barras con anclaje mecánico

36 C.1 Tipos de nudos o conexiones P P=0 Ø a) Conexión T o Y P b) Conexión K con abertura Ø Ø c) Conexión K con abertura P

37 C.1 Tipos de nudos o conexiones Esquema de tipos de conexiones con placa:

38 C.3 Conexiones directas entre perfiles HSS en armaduras La resistencia nominal: Pn senθ Se calcula de acuerdo con el estado límite que rige la falla de la conexión y el tipo de ésta, según que los perfiles sean circulares o rectangulares Tipo Y o T Tipo a través Tipo K

39 C.3 Conexiones directas entre perfiles HSS en armaduras La resistencia nominal: Pn senθ Se calcula de acuerdo con el estado límite que rige la falla de la conexión y el tipo de ésta, según que los perfiles sean circulares o rectangulares Tipo Y, T o a través Tipo K

40 C.4 Conexiones que transmiten momentos entre perfiles HSS Su resistencia de diseño, F R M n, se determina siguiendo las indicaciones de este apéndice y del capítulo de conexiones. Tipo Y, T Tipo Y, T o a través

41 D. Diseño por fatiga Grúa viajera +f TENSIÓN f sr ESFUERZOS 0 COMPRESIÓN f sr f sr Tiempo -f f = f sr max - f min Nota: f sr = 0 si f max = 0

42 D. Diseño por fatiga Cargas, como porcentajes de la carga máxima, que deben considerarse en el diseño Tipo de grúa viajera Carga vertical (incluye impacto) Carga máxima por rueda Carga lateral total (en cualquiera de los dos sentidos) la mayor de Carga levantada Carga total levantada más carro de traslación Carga total levantada más peso propio de la grúa Fuerza de frenado Máxima fuerza sobre la rueda de tracción Operada por cabina o radiocontrol Grúa de electroimán o de cuchara bivalva Ej. Para una grúa operada por cabina, con una carga máxima por rueda de 40 ton: ( ) Carga vertical = 125% de la carga máxima por rueda = 40t 1.25 = 50t

43 D. Diseño por fatiga Cargas, como porcentajes de la carga máxima, que deben considerarse en el diseño Tipo de grúa viajera Grúa de brazo guía o con estibador Grúa de mantenimiento Grúa de control colgante Grúa de cadena Carga vertical (incluye impacto) Carga máxima por rueda Carga lateral total (en cualquiera de los dos sentidos) la mayor de Carga levantada Carga total levantada más carro de traslación Carga total levantada más peso propio de la grúa Fuerza de frenado Máxima fuerza sobre la rueda de tracción Mono-puente

44 Factor de sobrerresistencia El factor de sobrerresistencia para las nuevas normas, es función de la ductilidad de la estructura y del sistema estructural resistente al sismo R 10 ; si T T = 4 + TTa 2; si T > T a a 2015 R= k1r0 + k2 k poca resistencia sísmica = 1.00 mayor resistencia sísmica 1.25 sistemas estructurales duales R 0 2 si Q 3 = 1.75 si Q < 3 ( ) k2 = T T a > 0

45 Factor de sobrerresistencia El factor de sobre resistencia para las nuevas normas, es función de la ductilidad de la estructura y del sistema estructural resistente al sismo.

46 12. Estructuras dúctiles Estructuración Condición Q Distorsión límite Marcos rígidos de acero Marcos de acero rigidizados con contraventeos Marcos con ductilidad alta Marcos con ductilidad media Marcos con ductilidad baja Marcos con armaduras especiales Marcos con armaduras ordinarias Contraventeos excéntricos Contraventeos restringidos al pandeo Contraventeos concéntricos dúctiles Contraventeos concéntricos que trabajan en tensión y compresión Contraventeos concéntricos que trabajan sólo en tensión

47 12. Estructuras dúctiles Estructuración Condición Q Distorsión límite Marcos de acero rigidizados con muros Marcos rígidos compuestos Muros de placa de acero dúctiles Muros de placa de acero rígidos Muros de concreto armado dúctil Muros de concreto armado no dúctil Marcos con ductilidad alta Marcos con ductilidad media Vigas de alma abierta dúctiles Conexiones semirrígidas compuestas Vigas de alma abierta con ductilidad baja Marcos con ductilidad baja

48 12. Estructuras dúctiles Estructuración Condición Q Distorsión límite Marcos compuestos rigidizados con Columnas de acero o compuestas en voladizo Contraventeos excéntricos Contraventeos restringidos al pandeo Muros de placa de acero dúctiles Muros compuestos Contraventeos concéntricos dúctiles Muros de concreto armado dúctiles Muros de placa de acero rígidos Muros de concreto armado no dúctiles Contraventeos concéntricos de ductilidad limitada Ductilidad limitada Ductilidad baja

49 12.1 Requisitos Generales Materiales La gráfica esfuerzo de tensión-deformación del acero tendrá una zona de cedencia con un alargamiento máximo no menor de 1%, seguida de una zona de endurecimiento por deformación. El alargamiento correspondiente al esfuerzo de ruptura no será menor de 20%. Fu Esfuerzo Fy elástico cedencia endurecimiento por deformación esfuerzo de ruptura Deformación

50 12.1 Requisitos Generales Materiales La resistencia requerida de un elemento se determinará con el esfuerzo de fluencia esperado: ye y y O, en su caso, el esfuerzo último esperado: F = R F F = R F ue u u El acero NMX B-254, para el uso en perfiles laminados y barras ( )( ) F = MPa = 375MPa ye ( )( ) F = MPa = 480MPa yu

51 12.1 Requisitos Generales Coeficientes para la determinación de F ye y F ue Acero de perfiles laminados y barras Ry Ru NMX B-254 (ASTM A36) (ASTM A1043 Gr. 36) NMX B-284 Gr. 345, 380 (ASTM A572 Gr. 50, 55) (ASTM A913 Gr. 50, 60, 65) (ASTM A588) (ASTM A992) Acero de perfile huecos Ry Ru NMX B-199 (ASTM A500 Gr. B, C) NMX B-200 (ASTM A501)

52 12.1 Requisitos Generales Coeficientes para la determinación de F ye y F ue Acero de tubos Ry Ru NMX B-177 (ASTM A53) Acero de placas Ry Ru NMX B-254 (ASTM A36) (ASTM A1043 Gr. 36) NMX B-248 Gr. 380 (A1011 Gr. 55) NMX B-284 Gr. 290 (ASTM A572 Gr. 42) NMX B-284 Gr. 345, 380 (ASTM A572 Gr. 50, 55) (ASTM A588) (ASTM 1043 Gr. 50) Acero de refuerzo Ry Ru NMX B-506, C-407 (ASTM A615) NMX B-457 (ASTM A706)

53 12.1 Requisitos Generales Flexión o Flexocompresión P/P y Flexocompresión P y = AF y Flexión No se permiten fallas por cortante 0.1P y P u 0.1P y M/M p

54 12.1 Requisitos Generales Miembros en flexión (Requisitos geométricos) Relación claro libre/peralte d l Ductilidad media l d 5 d l Ductilidad alta l d 7

55 12.1 Requisitos Generales Miembros en flexión (Requisitos geométricos) Máxima excentricidad permitida entre vigas y columnas. b c 1 /10 bc El eje de las vigas no deberá separarse horizontalmente del de las columnas más de un décimo de la dimensión transversal de la columna normal a la viga.

56 12.1 Requisitos Generales Miembros en flexión (Requisitos geométricos) Dos ejes de simetría Soldadura de penetración completa para secciones I armadas en zonas de articulación plástica Placas de refuerzo en ambos patines para mantener dos ejes de simetría

57 12.1 Requisitos Generales Miembros en flexión (Requisitos geométricos) Zona de articulación plástica d = d No se permiten empalmes de ningún tipo, en las zonas de articulaciones plásticas

58 12.1 Requisitos Generales Miembros en flexión (Requisitos para fuerza cortante) Formación de la articulación plástica antes de una posible falla por cortante

59 12.1 Requisitos Generales Miembros en flexión (Requisitos para fuerza cortante) Momento máximo probable en la articulación plástica: M = C R F Z pr pr y y R y Cociente del esfuerzo de fluencia esperado entre el mínimo especificado Z Módulo de sección plástico en la sección C pr coeficiente que tiene en cuenta incrementos en la resistencia por endurecimiento por deformación, restricciones locales y otros factores C pr Fy + Fu = 1.2 2F y

60 12.1 Requisitos Generales Miembros en flexión (Contraventeo lateral) Soporte lateral a todas las secciones transversales de las vigas que puedan formarse articulaciones plásticas asociadas. Miembros de ductilidad alta ( ) L = 0.086r E F u y y Miembros de media o baja ( ) L = 0.17r E F u y y L u Losa de concreto actuando como soporte lateral para el patín superior

61 12.1 Requisitos Generales Miembros flexocomprimidos (Requisitos geométricos) Si la sección transversal es rectangular L1 hueca: la relación de la mayor a la menor de sus dimensiones exteriores no debe exceder de 2 y la dimensión menor será L2 mayor o igual que 200 mm. L2> L1 L1 2 L2 L1 200mm Si la sección transversal es H, el ancho de los patines no será mayor que el peralte total, la relación peralte ancho del patín no excederá de 1.5 y el ancho de los patines será de 200 mm o más. h b b h bh 1.5 b 200mm La relación de esbeltez máxima de las columnas no excederá de 60. KL r 60

62 12.1 Requisitos Generales Miembros flexocomprimidos (Resistencia mínima en flexión) ΣM ΣM * pc > 1.0 * pv ΣM pc * Suma de los momentos en las columnas en un plano que concurren en la junta ΣM pv * Suma de los momentos en las vigas situados en el mismo plano

63 12.1 Requisitos Generales Miembros flexocomprimidos (Requisitos para fuerza cortante) La fuerza de diseño se obtendrá 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: ( ) M = Z F f c yc a Longitud ( ) M = Z F f c yc a

64 12.1 Requisitos Generales Empalmes de columna pc V M H = Resistencia a cortante: mayor o igual al menor de los momentos extremos de la columna, entre la altura libre Empalme atornillado H d c 1.2m o H/2 Empalme soldadura de penetración completa > d c

65 12.1 Requisitos Generales Zonas protegidas Las partes del sistema, que resiste las acciones sísmicas, que se espera se comporten inelásticamente durante eventos sísmicos. conectores de cortante para losa, no permitidos discontinuidad no permitida Se prohíben discontinuidades creadas por cambios bruscos de sección o por operaciones de fabricación. No se permiten elementos de conexión

66 12.1 Requisitos Generales Soldaduras de demanda crítica Son soldaduras en el sistema que resisten las acciones sísmicas que requieran metal de aportación con propiedades particulares y condiciones especiales de colocación e inspección. Electrodo de 480 MPa Demanda Crítica Demanda Crítica

67 12.1 Requisitos Generales Soldaduras de demanda crítica (Tenacidad) Tipo de soldadura Soldaduras definidas de demanda crítica Soldaduras usadas en sistemas sismoresistente Tenacidad con Prueba Charpy en V no menor que 27 J a -29 C ni que 54 J a 20 C no menor que 27 J a -18 C

68 12.1 Requisitos Generales Relaciones Ancho/Grueso Ductilidad alta: Las relaciones ancho/grueso no deberá exceder el límite λ da Ductilidad media: Las relaciones ancho/grueso no deberá exceder el límite λ dm

69 12.1 Requisitos Generales Relaciones Ancho/Grueso

70 12.1 Requisitos Generales Relaciones Ancho/Grueso

71 12. Estructuras dúctiles Marcos rígidos de acero Marcos de acero con contraventeos Marcos con muros de placa dúctiles Marcos rígidos compuestos Marcos compuestos con contraventeos

72 12. Estructuras dúctiles Marcos rígidos de acero Marcos de acero con contraventeos Marcos con muros de placa dúctiles Marcos rígidos compuestos Marcos compuestos con contraventeos

73 Marcos rígidos de acero Marcos rígidos de ductilidad Alta Media Baja Marcos rígidos con armaduras especiales Columnas en voladizo de ductilidad Limitada Baja

74 Marcos rígidos de ductilidad alta Capacidad importante de deformación inelástica ocasionada por fluencia en flexión de vigas y por la fluencia limitada de las zonas de panel en las columnas. Zona de panel

75 Marcos rígidos de ductilidad alta Requisitos adicionales en zonas de formación de articulaciones plásticas Soporte lateral en zona de articulación plástica d h o = d Ambos patines soportados lateralmente P u = 0.06RFZ y y v h o

76 Marcos rígidos de ductilidad alta Columnas Estructuras del grupo A, localizadas en las zonas II o III, la carga axial no excederá de 0.3A t F y para cualquier combinación que involucre acciones sismo. P 0.3AF u t y Sismo

77 Marcos rígidos de ductilidad alta Uniones viga-columna Las uniones deben cumplir la relación: ΣM ΣM * pc > 1.0 * pv Estabilidad de la viga-columna a) Conexiones con soporte lateral b) Conexiones sin soporte lateral La relación de esbeltez de las columnas, L/r, no será mayor que 60

78 Marcos rígidos de ductilidad alta Soldaduras de demanda crítica Soldaduras entre el alma y los patines de vigas SPC 1.2m Soldaduras en empalmes de columnas SPC: Soldadura de penetración completa SPC Soldaduras en las uniones de columnas y placas base

79 Marcos rígidos de ductilidad alta Resistencia de la conexión 0.04rad Distorsión máxima de entrepiso L h Al alcanzar la distorsión de 0.04 rad, la conexión deberá todavía mantener una resistencia del 80% del momento plástico de la articulación. V C M C V ap M pr ( ) M = M + V S V c c pr ap h = V ap S h

80 Marcos rígidos de ductilidad media Diferencias entre marcos rígidos de ductilidad media con respecto a ductilidad alta: Contraventeo lateral: Miembros de ductilidad alta = ( ) L = 0.17r ( E F ) L r E F u y y Miembros de ductilidad media u y y Distorsión máxima de entre piso: 0.04 rad 0.02 rad Uniones viga-columna: ΣM ΣM * pc > 1.0 * pv Sólo recomendable

81 Marcos rígidos de ductilidad media Los marcos rígidos de ductilidad baja se pueden diseñar para una rotación de 0.02 rad. No se presentarán articulaciones plásticas

82 Marcos rígidos con armaduras especiales Segmento especial en X Segmento especial tipo Vierendeel

83 Columnas en voladizo de ductilidad limitada 10.0 m La carga axial actuante, no debe de exceder del 15 % de la carga axial resistente, en combinaciones de carga que incluyan sismo

84 Estructuras Dúctiles Marcos rígidos de acero Marcos de acero con contraventeos Marcos con muros de placa dúctiles Marcos rígidos compuestos Marcos compuestos con contraventeos

85 Marcos de acero con contraventeos 1. Marcos con contraventeos excéntricos 2. Marcos con contraventeos restringidos contra el pandeo 3. Marcos con contraventeos concéntricos de ductilidad alta 4. Marcos con contraventeos concéntricos de ductilidad baja 5. Marcos rigidizados con contraventeos concéntricos que trabajan solo en tensión 6. Contraventeos en estructuras cuyo diseño queda regido por viento

86 Marcos con contraventeos excéntricos Compuestos por columnas, vigas y diagonales. Se distinguen en que cuando menos un extremo de cada diagonal se une a una viga de manera que las acciones en la diagonal se transmiten al resto de la estructura por fuerza cortante y flexión de un segmento corto de la viga, eslabón dúctil.

87 Marcos con contraventeos excéntricos El eslabón debe tener la resistencia adecuada y una alta capacidad de deformación inelástico, por flujo en flexión o cortante, mientras los demás elementos se mantienen en el intervalo elástico. No muy común

88 Marcos con contraventeos excéntricos Eslabones Deben tener las características siguientes: 1) Ser tipo 1, laminados o formados por secciones armadas. No usar HSS I laminada I armada cajón armado HSS rectangular 2) No se permiten placas adosadas o reforzadas

89 Marcos con contraventeos excéntricos Eslabones Deben tener las características siguientes: 3) El f y máximo será de 3515 kg/cm² 4) Cuando sea sección armada, se usará soldadura de penetración completa CJP CJP I armada cajón armado 5) En secciones en cajón, el momento de inercia alrededor del eje de simetría vertical, será mayor que 2/3 del momento de inercia alrededor del eje de simetría horizontal Y X I y 2 3 I x

90 Marcos con contraventeos excéntricos El eslabón se diseña por fluencia, ya sea por cortante o por fluencia Eslabón fluye por cortante: V n = V p cuando P P 0.15 V u y = 0.60F A p y a cuando P P > 0.15 u y ( ) 2 V = 0.60F A 1 P P p y a u y Eslabón fluye por flexión: V = 2M e n p cuando P P 0.15 M = u y F Z p y x cuando P P > 0.15 u y ( ) M = 1.18F Z 1 P P p y x u y

91 Marcos con contraventeos excéntricos Longitud del eslabón Está limitada en caso de que en el eslabón P u /P y > 0.15 Cuando ρ 0.5 e 1.6M p V p Cuando ρ > 0.5 e 1.6M p V p ρ = P P u V V u y p e

92 Marcos con contraventeos excéntricos Ángulo de rotación del eslabón 1.6M p Vp 0.08 radianes e 2.6M p Vp 0.02 radianes Ángulo del eslabón

93 Marcos con contraventeos excéntricos Atiesadores en los eslabones (Secciones I) En los extremos del eslabón: El ancho no será menor que b p 2t a y su espesor no menor que 0.75t a o 10 mm Atiesador extremo e

94 Marcos con contraventeos excéntricos Atiesadores en los eslabones (Secciones I) En el interior del eslabón La separación en función del ángulo del eslabón. s d 30ta para 0.08 radianes 5 s = d 50ta para 0.02 radianes 5 Requisito para longitudes de eslabón, e, mayores 2.6M p /V p y menores que 5.0M p /V p 1.5b p e

95 Marcos con contraventeos excéntricos Atiesadores en los eslabones (Secciones en cajón) El ancho de cada atiesador no será menor de b/2 El espesor no menor que 0.75t a o 13 mm Los eslabones intermedios se colocarán con una separación no mayor que: s = 20t a ( d 2t ) 8 p Los eslabones de longitud mayor que 1.6M p /V p no requieren eslabones intermedios

96 Marcos con contraventeos excéntricos Conexiones eslabón-columna Conexión rígida para la transmisión de la flexión El cortante de la conexión será igual al cortante nominal del eslabón El momento en el eslabón será igual a: M 1.25 ReV y p secciones I = 1.4 ReV y p secciones cajón

97 Marcos con contraventeos excéntricos Conexiones de las diagonales Cuando se utilicen agujeros sobredimensionados se verificará el estado límite de deslizamiento de los tornillos. Si la conexión se diseña para que resista una porción del momento en el extremo del eslabón, se considerará completamente rígida. La intersección de los ejes centroidales de la diagonal y del eslabón debe estar en la terminación del eslabón o dentro de él.

98 Marcos con contraventeos restringidos contra el pandeo Componentes de un contraventeo restringido contra el pandeo

99 Marcos con contraventeos concéntricos de ductilidad alta Diseño: Formados por columnas, vigas y diagonales que se unen al resto de la estructura sin excentricidades, es decir, en cada conexión los ejes de los miembros que llegan a ella se interceptan en un punto. Configuración en V y en V invertida

100 Marcos con contraventeos concéntricos de ductilidad alta Configuración en diagonal sencilla Configuración en X y en X en dos niveles

101 Marcos con contraventeos concéntricos de ductilidad alta Distribución de fuerzas laterales Cuando menos el 30% pero no más del 70% de la fuerza horizontal soportado por las diagonales en tensión 30% Diagonal en tensión 70% Diagonal en compresión Se trata de balancear la resistencia a tensión y compresión, debido a que la resistencia del contraventeo en pandeo es menor a su resistencia a tensión.

102 Marcos con contraventeos concéntricos de ductilidad alta Fuerza axial máxima que aplican los contraventeos a columnas y vigas.

103 Marcos con contraventeos concéntricos de ductilidad alta Conexiones de las diagonales de contraventeo La resistencia de las conexiones: a) Tendrán una resistencia no menor que la más pequeña de: la resistencia esperada en tensión del contraventeo o la fuerza máxima obtenida del análisis. b) La resistencia en tensión de las conexiones debe resistir los estados límite de fractura en la sección neta y de ruptura en bloque por cortante y tensión. c) La resistencia en compresión de las debe resistir el estado límite de pandeo. d) La resistencia en flexión de la conexión en la dirección en que se pandeará el contraventeo será igual o mayor que la resistencia requerida esperada del contraventeo flexionado alrededor del eje de pandeo, multiplicada por 1.1, (1.1Ry Mp).

104 Marcos con contraventeos concéntricos de ductilidad alta Conexiones de las diagonales de contraventeo La resistencia de las conexiones: e) En el diseño de las placas de conexión deben considerarse sus posibles formas de pandeo. f) Su geometría debe cumplir con: 2t placa de conexión t =espesor de la placa 2t

105 Marcos con contraventeos concéntricos de ductilidad alta Conexiones de las diagonales de contraventeo > 2t Michael D. Engelhardt

106 Marcos con contraventeos concéntricos de ductilidad alta Consideraciones especiales para la configuración de las diagonales Las vigas a las que se unen los contraventeos en V y en V invertida deben satisfacer los requisitos siguientes: 1) Soportarse lateralmente para que satisfagan los requisitos de miembros de ductilidad media 2) Soportarse lateralmente en la zona de la conexión con las diagonales

107 Marcos con contraventeos concéntricos de ductilidad alta 3) Ser continuas entre columnas 4) Resistir los efectos de todas las cargas gravitacionales tributarias, muertas y vivas, suponiendo que el contraventeo no existe Cargas sin incluir el efecto sísmico Continuidad entre columnas

108 Marcos con contraventeos concéntricos de ductilidad alta Consideraciones especiales para la configuración de las diagonales 5) Resistir los efectos anteriores más una carga vertical aplicada por las diagonales: Atiesador para reforzar el alma de la viga θ RP y y 0.3R c

109 Marcos con contraventeos concéntricos de ductilidad alta Consideraciones especiales para la configuración de las diagonales En contraventeos concéntricos, no se permite usar diagonales en K, conectadas en un solo punto y en un sólo lado de la columna.

110 Estructuras Dúctiles Marcos rígidos de acero Marcos de acero con contraventeos Marcos con muros de placa dúctiles Marcos rígidos compuestos Marcos compuestos con contraventeos

111 Marcos con muros de placa dúctiles 1. Bases de diseño 2. Análisis 3. Requisitos del sistema 4. Miembros 5. Conexiones 6. Almas perforadas

112 Estructuras Dúctiles Marcos rígidos de acero Marcos de acero con contraventeos Marcos con muros de placa dúctiles Marcos rígidos compuestos Marcos compuestos con contraventeos

113 Marcos rígidos compuestos Marcos compuestos con ductilidad Alta Media Baja Algunos aspectos de los requerimientos para marcos compuestos son similares a los encontrados en marcos compuestos rígidos. Marcos con conexiones semirrígidas compuestas

114 Marcos compuestos con ductilidad alta Detallado de columnas compuestas ahogadas Las columnas compuestas ahogadas deben satisfacer el Capítulo 9 de esta Norma, y los elementos de acero deben satisfacer los requisitos de ductilidad especial de la sección Se deberán cumplir: 1. Área transversal del perfil de acero debe de ser igual o mayor al 1% del área de la sección compuesta 2. El área del refuerzo transversal deberá ser no menor que: A sh ' FA y a f c 0.09hcc s 1 P R Fyr Dónde h cc es el peralte de la sección transversal del concreto confinado por el refuerzo transversal, s es la separación

115 Marcos compuestos con ductilidad alta Detallado de columnas compuestas ahogadas 3. La separación, s, del refuerzo transversal en los extremos no será mayor que: a) b c /4, donde b c es la dimensión menor de la sección transversal b) 6d r, donde d r es el diámetro mayor de las varillas de refuerzo longitudinal c) 12d rt, donde d rt es el diámetro del refuerzo transversal d) 15 cm 4. La separación indicada anteriormente se conserva en el nodo vigacolumna y se extiende hacia el centro de la columna en una longitud, medida desde el paño inferior de la viga, de: a) Un cuarto de la altura libre de la columna b) 1.5 veces la dimensión mayor de la sección transversal c) 75 cm 5. No se permite el uso de mallas electrosoldadas como acero de refuerzo

116 Marcos compuestos con ductilidad alta Detallado de columnas compuestas rellenas Las columnas compuestas ahogadas deben satisfacer el Capítulo 9 de esta Norma. Se deberán cumplir: 1. Los diafragmas o placas de continuidad en columnas compuestas rellenas pueden ser interiores o exteriores. Se recomienda utilizar concreto de auto-compactación, o un producto similar, que evite los problemas de segregación, un mal vibrado o alta concentración por secado. 2. En columnas compuestas rellenas, de sección cuadrada o rectangular, deben colocarse refuerzos exteriores temporales durante el colado del concreto fresco, que no se retirarán hasta que el concreto alcance el 70% de la resistencia de diseño.

117 Marcos compuestos con ductilidad alta Resistencia requerida a cortante de la conexión Será el mayor de: a) El cortante obtenido en el análisis estructural b) El cortante obtenido por la expresión: V = 2M L u pe h M pe es el momento plástico esperado de la viga L h es la distancia entre los centros de las articulaciones plásticas de la viga

118 Estructuras Dúctiles Marcos rígidos de acero Marcos de acero con contraventeos Marcos con muros de placa dúctiles Marcos rígidos compuestos Marcos compuestos con contraventeos

119 Marcos compuestos con contravientos 1. Marcos compuestos con contravientos excéntricos 2. Marcos compuestos con contravientos restringidos al pandeo 3. Marcos con contravientos concéntricos de ductilidad alta 4. Marcos con contravientos concéntricos de ductilidad baja