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.