Cambios a las Normas Técnicas Complementarias para diseño ... · Diseño y Construcción de...

NTC-ACERO Diseño y Construcción de Estructuras de Acero

Actualización de las Normas Técnicas Complementarias para

Diseño y Construcción de Estructuras de Acero del

Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal

Agosto 2014


Integrantes del comité

• Oscar de Buen López de Heredia

• Raúl Granados Granados

• Raúl Jean Perrilliat

• Tiziano Perea Olvera


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


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


1.4 Materiales

Nomra Propiedades mecánicas

Fy Fu

NMX ASTM Gr. MPa kg/cm² MPa kg/cm² Aceros de alta resistencia y baja aleación

B-284 A572

42 290 2955 415 4220 50 345 3515 450 4570 55 380 3865 485 4920 60 415 4220 515 5275 65 450 4570 550 5625

A913

50 345 3515 415 4220 60 415 4220 515 5275 65 450 4570 550 5625 70 485 4920 620 6330

1.4.1 Acero estructural


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


2. Análisis y diseño por estabilidad

Efecto Definición

PΔ

Son los que producen las cargas verticales al actual sobre la

estructura desplazada lateralmente (Efectos de

conjuntos en toda la estructura)

Pδ

Son los ocasionados por las cargas originalmente axiales,

cuando actúan sobre el miembro deformado entre sus extremos (Efectos individuales en cada

columna)


2.3 Factor de longitud efectiva y efectos de esbeltez de conjunto

Donde: ΣPU Fuerza vertical de diseño en el entrepiso en consideración Q Factor de comportamiento sísmico. En diseño por viento se toma Q=1.0 ΔOH 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

ΣH Suma de todas las fuerzas horizontales de diseño que obran encima del entrepiso en consideración

L Altura del entrepiso

U OHP QIL H

Σ Δ=

ΣInestabilidad de entrepiso


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 “no-contraventeadas” para el diseño por estabilidad. En esta Norma las estructuras se definen de acuerdo con la forma en que obtienen su rigidez lateral


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) Ni = 0.003Wi (o Δo = 0.003L)

Ni = 0.003Wi (o Δo = 0.003L)

Rigidez efectiva Nominal EI* = EI EA* = EA

0.8 Nominal EI* = 0.8 EI EA* = 0.8 EA

Resistencia axial PR con KL (3) PR 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


2.5 Método de análisis directo

2.5.2.1 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

0.003i iN W=

Ni Fuerza lateral ficticia aplicada en el nivel i Wi Carga gravitacional en el nivel i


2.5 Método de análisis directo

2.5.2.1 Imperfecciones iniciales b)  Empleo de fuerzas laterales ficticias (notional loads) para representar

las imperfecciones

3)  El coeficiente 0.003 se basa en la relación nominal inicial de falta de verticalidad de entrepiso de 1/500, incrementada en 0.001. 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


2.7 Determinación aproximada de los efectos de segundo orden

2.7.2 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)

•  Momentos de diseño en la zona central de la columna (PΔ y Pδ)

2uo ti tpM M B M= +

( )*1 2uo ti tpM B M B M= +


2.7 Determinación aproximada de los efectos de segundo orden

2.7.2 Determinación de las acciones de diseño Los factores de amplificación de los momentos, B1 y B2:

111 U R e

CBP F P

=−

2 2

2

1 1 1 o bien 1.2 1.21 1.2 1 1OH U U

e

B BQ P Q PIL H P

= = =Δ Σ Σ− − −Σ Σ

En el cálculo de B2 no se considera el efecto Pδ, esa omisión se corrige con el factor 1.2 del denominador


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


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


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


6.2 Consideraciones generales y resistencias nominales

•  Método de cuatro momentos

max

max

12.52.5 3 4 3b

A B C

MCM M M M

=+ + +



•  Método alterno

1

1

2

0.6 0.4 2.5bMCM

−⎡ ⎤⎛ ⎞

= − ≤⎢ ⎥⎜ ⎟⎝ ⎠⎣ ⎦



Resistencia nominal a flexión en función de la longitud no arriostrada

Longitud no arriostrada, L

elástico PLT inelástico PLT Mp Res

iste

ncia

Nom

inal

de

Flex

ión,

Mn

Cb = 1.0 (resistencia básica)

23e pM M>

0.28M1.15 1 p

n p pe

M M MM

⎛ ⎞= − ≤⎜ ⎟

⎝ ⎠23e pM M≤

2b

e y y aC EM EI GJ I CL Lπ π⎛ ⎞

= + =⎜ ⎟⎝ ⎠

n eM M=

2

2.6b

y aC E JI CL Lπ π⎡ ⎤⎛ ⎞

= +⎢ ⎥⎜ ⎟⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦


8.1 Miembros en flexocompresión

8.1.3 Dimensionamiento de columnas que forman parte de estructuras regulares. Secciones tipo 1 y 2

0.600.85 1.0uoyU uox

R y R px R py

MP MF P F M F M

+ + ≤

Secciones H o I

0.800.80 1.0uoyU uox

R y R px R py

MP MF P F M F M

+ + ≤

Secciones en cajón o cuadradas

Otras secciones transversales

1.0uoyU uox

R y R px R py

MP MF P F M F M

+ + ≤



8.1.3 Dimensionamiento de columnas que forman parte de estructuras regulares. (Revisión de la secciones extremas)

0.600.85 1.0uoyU uox

R y R px R py

MP MF P F M F M

+ + ≤

Secciones H o I

0.800.80 1.0uoyU uox

R y R px R py

MP MF P F M F M

+ + ≤

Secciones en cajón o cuadradas

Otras secciones transversales

1.0uoyU uox

R y R px R py

MP MF P F M F M

+ + ≤

1.0uoyU uox

R y R px R py

MP MF P F M F M

+ + ≤

Secciones tipo 1 y 2 Secciones tipo 3 y 4



8.1.3 Dimensionamiento de columnas que forman parte de estructuras regulares. (Revisión de la columna completa)

Secciones tipo 1 y 2 Secciones tipo 3 y 4

**

1.0uoyu uox

C RX R py

MP MR M F M

+ + ≤**

1.0uoyu uox

C RX py

MP MR M M

+ + ≤



8.1.5 Ecuaciones de interacción alternas

1.0uyux

R px R py

MMF M F M

α α⎛ ⎞ ⎛ ⎞

+ ≤⎜ ⎟ ⎜ ⎟ʹ′ ʹ′⎝ ⎠ ⎝ ⎠

1.0b uyb ux

R nx R ny

C MC MF M F M

ββ ⎛ ⎞⎛ ⎞+ ≤⎜ ⎟⎜ ⎟ʹ′ ʹ′⎝ ⎠ ⎝ ⎠

Revisión de las secciones extremas:

Revisión de la columna completa:

α y β son coeficientes que dependen de la sección transversal del elemento


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



i.  perfil de acero ahogado en concreto reforzado ii.  tubular circular relleno iii.  tubular rectangular relleno iv.  sección cajón rellena

(i) (ii) (iii) (iv)

Trabes compuestas



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 (Fy) 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).

Limitación de los materiales



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



Clasificación por pandeo local de seccione compuestas rellenas de concreto

Tabla 9.1 Clasificación de secciones compuestas rellenas por pandeo local

Tipo Descripción Rango

1 Secciones compactas sin pandeo local para diseño sísmico dúctil (Q≥3) λ < λpl

2 Secciones compactas sin pandeo local para diseño sísmico no-dúctil (Q≤2) λ < λp

3 Secciones no-compactas con pandeo local inelástico para diseño no-sísmico λp < λ < λr

4 Secciones esbeltas con pandeo local elástico para diseño no-sísmico λ > λr



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 Ancho-grueso λpl λp λr

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  



Tabla 9.3 Relaciones límite ancho-grueso de placas en compresión en secciones compuestas rellenas en flexión

Sección transversal Ancho-grueso λpl λp λr

Paredes de secciones rectangulares en compresión uniforme (e.g. patines)

λ = b/t 1.70√E↓s /F↓y   

2.12√E↓s /F↓y   

3.00√E↓s /F↓y   

Paredes de secciones rectangulares en compresión no uniforme (e.g. almas)

λ = b/t 2.40√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  



Transferencia de la carga en la interfaz

P2

P1 Pu

Pu=∑P

P2P3

P1

(a) (b) (c) Mecanismos de transferencia de la carga



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


B.1 Diseño de placas base

B.1.1 Diseño de placas base en compresión axial (columnas de sección I o circular)

tp

uP

pf

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


B.4 Resistencia en tensión del sistema de anclaje

B.4.3 Resistencia a extracción de las anclas

h hefef

(a) (b)

apA apA apAdo

eh

hef efh

Tipos de anclas: a)  barra con gancho de anclaje b)  barras con anclaje mecánico


C.1 Tipos de nudos o conexiones

c) Conexión “K” con abertura

Ø

PP=0

a) Conexión “T” o “Y”

Ø

P

Ø

P

b) Conexión “K” con abertura


C.1 Tipos de nudos o conexiones

Esquema de tipos de conexiones con placa:


C.3 Conexiones directas entre perfiles HSS en armaduras

•  La resistencia nominal:

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

nP senθ

Tipo Y o T Tipo a través Tipo K


C.3 Conexiones directas entre perfiles HSS en armaduras

•  La resistencia nominal:

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

nP senθ

Tipo Y , T o a través Tipo K


C.4 Conexiones que transmiten momentos entre perfiles HSS

Su resistencia de diseño, FRMn, se determina siguiendo las indicaciones de este apéndice y del capítulo de conexiones.

Tipo Y, T Tipo Y, T o a través


D. Diseño por fatiga

Grúa viajera

Tiempo0

TENSIÓN

COMPRESIÓN

ESF

UER

ZOS

fsr

fsr

fsr

Nota: f = 0 sisr f = 0max

f = f - fmax minsr

+f

-f



Tipo de grúa viajera

Carga vertical (incluye impacto)

Carga lateral total (en cualquiera de los dos sentidos) la mayor de

Fuerza de frenado

Carga máxima por

rueda

Carga levantada

Carga total levantada más

carro de traslación

Carga total levantada más peso propio de

la grúa

Máxima fuerza sobre la rueda de

tracción

Operada por cabina o radio-control

125 40 20 10 20

Grúa de electroimán o de cuchara bivalva

125 100 20 10 20

Cargas, como porcentajes de la carga máxima, que deben considerarse en el diseño

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 40 1.25 50t t= = × =



Tipo de grúa viajera

Carga vertical (incluye impacto)

Carga lateral total (en cualquiera de los dos sentidos) la mayor de

Fuerza de frenado

Carga máxima por

rueda

Carga levantada

Carga total levantada más

carro de traslación

Carga total levantada más peso propio de

la grúa

Máxima fuerza sobre la rueda de

tracción

Grúa de brazo guía o con estibador

125 200 40 15 20

Grúa de mantenimiento 120 30 20 10 20

Grúa de control colgante 110 - 20 10 20

Grúa de cadena 105 - 10 - 10

Mono-puente 115 - 10 - 10

Cargas, como porcentajes de la carga máxima, que deben considerarse en el diseño


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.

2004

2015

10 ; si 42; si

aa

a

T TT TR

T T

⎧ ≤⎪ += ⎨⎪ >⎩

1 0 2R k R k= +

0

2 si 31.75 si 3

QR

Q≥⎧

= ⎨<⎩

1

0.80 poca resistencia sísmica1.00 mayor resistencia sísmica1.25 sistemas estructurales duales

k⎧⎪

= ⎨⎪⎩

( )2 0.5 1 0ak T T= − >


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.


12. Estructuras dúctiles

Estructuración Condición Q Distorsión límite

Marcos rígidos de acero

Marcos con ductilidad alta 4 0.030 Marcos con ductilidad media 3 0.020 Marcos con ductilidad baja 2 0.015 Marcos con armaduras especiales 3 0.020 Marcos con armaduras ordinarias 2 0.015

Marcos de acero rigidizados con contraventeos

Contraventeos excéntricos 4 0.020 Contraventeos restringidos al pandeo

4 0.020

Contraventeos concéntricos dúctiles 3 0.015 Contraventeos concéntricos que trabajan en tensión y compresión

2 0.010

Contraventeos concéntricos que trabajan sólo en tensión

1 0.005




Marcos de acero rigidizados con

muros

Muros de placa de acero dúctiles 4 0.020 Muros de placa de acero rígidos 3 0.015 Muros de concreto armado dúctil 3 0.015 Muros de concreto armado no dúctil 2 0.010

Marcos rígidos compuestos

Marcos con ductilidad alta 4 0.030 Marcos con ductilidad media 3 0.025 Vigas de alma abierta dúctiles 3 0.025 Conexiones semirrígidas compuestas

3 0.025

Vigas de alma abierta con ductilidad baja

2 0.015

Marcos con ductilidad baja 2 0.015




Marcos compuestos

rigidizados con

Contraventeos excéntricos 4 0.020 Contraventeos restringidos al pandeo

4 0.020

Muros de placa de acero dúctiles 4 0.020 Muros compuestos 4 0.020 Contraventeos concéntricos dúctiles 3 0.015 Muros de concreto armado dúctiles 3 0.015 Muros de placa de acero rígidos 3 0.015 Muros de concreto armado no dúctiles

2 0.010

Contraventeos concéntricos de ductilidad limitada

2 0.010

Columnas de acero o compuestas en

voladizo

Ductilidad limitada 2 0.010 Ductilidad baja 1.5 0.005


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%.

Esf

uerz

o

Deformación

elás

tico

cedencia

endurecimiento por deformación

esfuerzo de ruptura Fy

Fu



Materiales La resistencia requerida de un elemento se determinará con el esfuerzo de fluencia esperado: O, en su caso, el esfuerzo último esperado:

ye y yF R F=

ue u uF R F=

El acero NMX B-254, para el uso en perfiles laminados y barras

( )( )1.5 250 375yeF MPa MPa= =

( )( )1.2 400 480yuF MPa MPa= =



Acero de perfiles laminados y barras Ry Ru NMX B-254 (ASTM A36) 1.5 1.2

(ASTM A1043 Gr. 36) 1.3 1.1 NMX B-284 Gr. 345, 380 (ASTM A572 Gr. 50, 55) 1.1 1.1

(ASTM A913 Gr. 50, 60, 65) 1.2 1.1 (ASTM A588) 1.2 1.2 (ASTM A992) 1.1 1.2

Acero de perfile huecos Ry Ru NMX B-199 (ASTM A500 Gr. B, C)

1.4 1.3 NMX B-200 (ASTM A501)

Coeficientes para la determinación de Fye y Fue



Acero de tubos Ry Ru NMX B-177 (ASTM A53) 1.6 1.2

Acero de placas Ry Ru NMX B-254 (ASTM A36) 1.3 1.2

(ASTM A1043 Gr. 36) 1.3 1.1 NMX B-248 Gr. 380 (A1011 Gr. 55) 1.1 1.1

NMX B-284 Gr. 290 (ASTM A572 Gr. 42) 1.3 1.0 NMX B-284 Gr. 345, 380 (ASTM A572 Gr. 50, 55)

(ASTM A588) 1.1 1.2

(ASTM 1043 Gr. 50) 1.2 1.1

Acero de refuerzo Ry Ru NMX B-506, C-407 (ASTM A615)

1.25 1.25 NMX B-457 (ASTM A706)

Coeficientes para la determinación de Fye y Fue



Flexión o Flexocompresión

Flexión

Flexocompresión

M/Mp

P/Py

0.1Py

y yP AF=

Pu ≤ 0.1Py

No se permiten fallas por cortante



Miembros en flexión (Requisitos geométricos)

Relación claro libre/peralte

5ld≥

Ductilidad media

7ld≥

Ductilidad alta

d

l

d

l



Miembros en flexión (Requisitos geométricos) Máxima excentricidad permitida entre vigas y columnas.

bc

≤1/10bc

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.




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




d

= d

Zona de articulación plástica

No se permiten empalmes de ningún tipo, en las zonas de articulaciones plásticas



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



Miembros en flexión (Requisitos para fuerza cortante) Momento máximo probable en la articulación plástica:

pr pr y yM C R F Z=

Ry Cociente del esfuerzo de fluencia esperado entre el mínimo especificado

Z Módulo de sección plástico en la sección Cpr coeficiente que tiene en cuenta incrementos en la resistencia por

endurecimiento por deformación, restricciones locales y otros factores

1.22y u

pry

F FC

F+

= ≤



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

( )0.086u y yL r E F=

( )0.17u y yL r E F=

Miembros de media o baja

Lu Losa de concreto actuando como soporte lateral para el patín superior



Miembros flexocomprimidos (Requisitos geométricos)

•  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.

L1

L2 1 22LL

≤

1 200L mm≥

•  La relación de esbeltez máxima de las columnas no excederá de 60.

•  Si la sección transversal es rectangular hueca: la relación de la mayor a la menor de sus dimensiones exteriores no debe exceder de 2 y la dimensión menor será mayor o igual que 200 mm.

2 1L L>

b

h

b h≤1.5b h ≤

200b mm≥

60KLr≤



Miembros flexocomprimidos (Resistencia mínima en flexión)

*

* 1.0pc

pv

MMΣ

>Σ

ΣMpc* Suma de los momentos en las columnas en un plano que concurren en la junta ΣMpv* Suma de los momentos en las vigas situados en el mismo plano



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:

Longitud

( )c yc aM Z F f= −

( )c yc aM Z F f= −



Empalmes de columna

Empalme atornillado

Empalme soldadura de penetración completa

H

1.2m o H/2 > dc

dc

pcV M H= Resistencia a cortante: mayor o igual al menor de los momentos extremos de la columna, entre la altura libre



Zonas protegidas Las partes del sistema, que resiste las acciones sísmicas, que se espera se comporten inelásticamente durante eventos sísmicos.

Se prohíben discontinuidades creadas por cambios bruscos de sección o por operaciones de fabricación. No se permiten elementos de conexión

discontinuidad no permitida

conectores de cortante para losa, no permitidos



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.

Demanda Crítica

Demanda Crítica

Electrodo de 480 MPa



Soldaduras de demanda crítica (Tenacidad) Tipo de soldadura Tenacidad con Prueba Charpy en V Soldaduras definidas de demanda crítica

no menor que 27 J a -29 °C ni que 54 J a 20 °C

Soldaduras usadas en sistemas sismo-resistente

no menor que 27 J a -18 °C



Relaciones Ancho/Grueso Ductilidad alta: Las relaciones ancho/grueso no deberá exceder el límite λda Ductilidad media: Las relaciones ancho/grueso no deberá exceder el límite λdm



Relaciones Ancho/Grueso



•  Marcos rígidos de acero

•  Marcos de acero con contraventeos

•  Marcos con muros de placa dúctiles

•  Marcos rígidos compuestos

•  Marcos compuestos con contraventeos


Marcos rígidos de acero

•  Marcos rígidos de ductilidad Alta Media Baja

•  Marcos rígidos con armaduras especiales

•  Columnas en voladizo de ductilidad Limitada Baja


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



•  Requisitos adicionales en zonas de formación de articulaciones plásticas

d

= d

Soporte lateral en zona de articulación plástica

Ambos patines soportados lateralmente

0.06 y y vu

o

R F ZP

h=

ho



•  Columnas Estructuras del grupo A, localizadas en las zonas II o III, la carga axial no excederá de 0.3AtFy para cualquier combinación que involucre acciones sismo.

0.3u t yP A F≤

Sismo



•  Uniones viga-columna Las uniones deben cumplir la relación:

*

* 1.0pc

pv

MMΣ

>Σ

•  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



•  Soldaduras de demanda crítica

SPC: Soldadura de penetración completa

SPC

SPC

Soldaduras en empalmes de columnas

Soldaduras entre el alma y los patines de vigas

Soldaduras en las uniones de columnas y placas base

≥1.2m



•  Resistencia de la conexión 0.04rad Distorsión máxima de entrepiso

Al alcanzar la distorsión de 0.04 rad, la conexión deberá todavía mantener una resistencia del 80% del momento plástico de la articulación.

Mpr

Vap MC

VC ( )c pr ap hM M V S= + ×

c apV V=

Sh

Lh


Marcos rígidos de ductilidad media

•  Diferencias entre marcos rígidos de ductilidad media con respecto a ductilidad alta:

Miembros de ductilidad alta

( )0.086u y yL r E F= ( )0.17u y yL r E F=

Miembros de ductilidad media

Contraventeo lateral:

Distorsión máxima de entre piso: 0.04 rad 0.02 rad

Uniones viga-columna: *

* 1.0pc

pv

MMΣ

>Σ

Sólo recomendable


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


Marcos rígidos con armaduras especiales

Segmento especial en X

Segmento especial tipo Vierendeel


Columnas en voladizo de ductilidad limitada

La carga axial actuante, no debe de exceder del 15 % de la carga axial resistente, en combinaciones de carga que incluyan sismo

≤ 10.0 m


Estructuras Dúctiles







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


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.



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



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



Eslabones •  Deben tener las características siguientes: 3) El fy máximo será de 3515 kg/cm² 4) Cuando sea sección armada, se usará soldadura de penetración completa

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

CJP

CJP

Y

X

23y xI I≥



•  El eslabón se diseña por fluencia, ya sea por cortante o por fluencia

n pV V=

cuando 0.15u yP P ≤

0.60p y aV F A=

cuando 0.15u yP P >

( )20.60 1p y a u yV F A P P= −

Eslabón fluye por cortante:

2n pV M e=

cuando 0.15u yP P ≤

p y xM F Z=

cuando 0.15u yP P >

( )1.18 1p y x u yM F Z P P⎡ ⎤= −⎣ ⎦

Eslabón fluye por flexión:



Longitud del eslabón Está limitada en caso de que en el eslabón Pu/Py > 0.15

Cuando 0.5ρ ≤

1.6 p

p

Me

V≤

Cuando 0.5ρ >

1.6 p

p

Me

V≤

u y

u p

P PV V

ρ =

e



Ángulo de rotación del eslabón

1.6 0.08 radianes2.6 0.02 radianes

p p

p p

M Ve

M V≤ →⎧⎨≥ →⎩

Ángulo del eslabón



Atiesadores en los eslabones (Secciones I)

•  En los extremos del eslabón: El ancho no será menor que bp – 2ta y su espesor no menor que 0.75ta o 10 mm

e Atiesador extremo



Atiesadores en los eslabones (Secciones I)

•  En el interior del eslabón

s

La separación en función del ángulo del eslabón.

30 para 0.08 radianes5

50 para 0.02 radianes5

a

a

dts

dt

⎧ −⎪= ⎨⎪ −⎩

Requisito para longitudes de eslabón, e, mayores 2.6Mp/Vp y menores que 5.0Mp/Vp 1.5bp

e



Atiesadores en los eslabones (Secciones en cajón)

•  El ancho de cada atiesador no será menor de b/2

•  El espesor no menor que 0.75ta o 13 mm •  Los eslabones intermedios se colocarán con

una separación no mayor que:

( )220

8p

a

d ts t

−= −

•  Los eslabones de longitud mayor que 1.6Mp/Vp no requieren eslabones intermedios



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:

1.25 secciones I1.4 secciones cajón

y p

y p

R eVM

R eV⎧

= ⎨⎩



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.


Marcos con contraventeos restringidos contra el pandeo

•  Componentes de un contraventeo restringido contra el pandeo


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



Configuración en diagonal sencilla

Configuración en X y en X en dos niveles



Distribución de fuerzas laterales Cuando menos el 30% pero no más del 70% de la fuerza horizontal soportado por las diagonales en tensión

70%

30% Diagonal en tensión

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.



Fuerza axial máxima que aplican los contraventeos a columnas y vigas.



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).



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



Conexiones de las diagonales de contraventeo

> 2t

Michael D. Engelhardt



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



3)  Ser continuas entre columnas

4)  Resistir los efectos de todas las cargas gravitacionales tributarias, muertas y vivas, suponiendo que el contraventeo no existe

Continuidad entre columnas

Cargas sin incluir el efecto sísmico



Consideraciones especiales para la configuración de las diagonales 5)  Resistir los efectos anteriores más una carga vertical aplicada por las

diagonales:

0.3 cRy yR P

θ

Atiesador para reforzar el alma de la viga



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.


Marcos con muros de placa dúctiles

1.  Bases de diseño

2.  Análisis

3.  Requisitos del sistema

4.  Miembros

5.  Conexiones

6.  Almas perforadas


Marcos rígidos compuestos

•  Marcos compuestos con ductilidad

Algunos aspectos de los requerimientos para marcos compuestos son similares a los encontrados en marcos compuestos rígidos.

•  Marcos con conexiones semirrígidas compuestas

Alta Media Baja


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 12.2.1. 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:

'

0.09 1 y a csh cc

R yr

F A fA h sP F

⎛ ⎞⎛ ⎞≥ − ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠⎝ ⎠Dónde hcc es el peralte de la sección transversal del concreto confinado por el refuerzo transversal, s es la separación



Detallado de columnas compuestas ahogadas 3.  La separación, s, del refuerzo transversal en los extremos no será

mayor que: a)  bc/4 , donde bc es la dimensión menor de la sección transversal b)  6dr , donde dr es el diámetro mayor de las varillas de refuerzo longitudinal c)  12drt , donde drt es el diámetro del refuerzo transversal d)  15 cm

4.  La separación indicada anteriormente se conserva en el nodo viga-columna 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



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.



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:

2u pe hV M L=

Mpe es el momento plástico esperado de la viga Lh es la distancia entre los centros de las articulaciones plásticas de la viga


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

Cambios a las Normas Técnicas Complementarias para diseño ... · Diseño y Construcción de...

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