proyectonte090-cap13-dise+¦osismico

NTE E.090 ESTRUCTURAS METLICAS 18-12-2014

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CAPTULO 13

DISEO SSMICO

Este captulo establece los requisitos en el mbito del diseo ssmico.

El captulo est organizado de la siguiente manera

13.1 Materiales

13.2 Fuerza esperada en el material

13.3 Material de aporte para soldadura

13.4 Requisitos generales de diseo

13.5 Sistemas estructurales

13.6 Prticos resistentes a momento

13.7 Prticos arriostrados (BMF)

13.1 MATERIALES

El acero estructural usado en los sistemas resistentes a fuerza ssmica (SFRS)

debe satisfacer los requerimientos de estas recomendaciones y de la Norma

E.030 de Diseo Sismorresistente.

El esfuerzo mnimo de fluencia especificado para el acero a ser usado en

elementos en donde se espera un comportamiento inelstico no debe exceder

345 MPa para los sistemas definidos en este captulo.

La excepcin se da en el caso de columnas en donde el esfuerzo mnimo de

fluencia del acero estructural no debe exceder 450 MPa.

El acero estructural a utilizarse bajo estas recomendaciones deber cumplir las

especificaciones del Captulo 1, numeral 1.3.1.

En el caso de las uniones, las soldaduras sismorresistentes deben ser de

penetracin total con electrodos de tenacidad mnima de 27 Joules a 29 C en el ensayo de Charpy segn ASTM A 6.

13.2 FUERZA ESPERADA EN EL MATERIAL

Cuando sea requerido en este captulo, la fuerza requerida en el elemento (un

miembro o una conexin a un miembro) debe ser determinada a partir del

esfuerzo de fluencia esperado, Ry Fy del elemento o elemento que se le conecta,

el que sea aplicable, donde Fy es el mnimo esfuerzo de fluencia especificado a

usarse en el miembro y Ry es la relacin entre el esfuerzo de fluencia esperado

al mnimo esfuerzo de fluencia especificado, Fy, del material.

Cuando se requiera determinar la fuerza nominal, Rn, para los estados lmites en

un miembro en donde la fuerza requerida es determinada, el esfuerzo de fluencia

esperado Ry Fy, y el esfuerzo de rotura esperado Rt Fu, se permite que sean usados

en lugar de Fy y Fu respectivamente, donde Fu es el mnimo esfuerzo de rotura


2

en traccin y Rt es la relacin entre esfuerzo de rotura por traccin esperada y el

mnimo esfuerzo de rotura, Fu del material.

TABLA 13.2

Valores Ry y Rt para material de acero estructural

Aplicacin Ry Rt

Secciones roladas y barras

ASTM A36 1,5 1,2

ASTM A1043 1,3 1,1

ASTM A572 Gr. 50 o Gr. 55 1,1 1,1

ASTM A913 Gr. 50 Gr. 60 o Gr. 65

ASTM A588, ASTM A992

ASTM A1043 Gr. 50 1,2 1,1

ASTM A529 Gr. 50 1,2 1,2

ASTM A529 Gr. 55 1,1 1,2

Secciones tubulares estructurales (HSS)

ASTM A500 (Gr. B o C), ASTM A501 1,4 1,3

Tubos

ASTM A53 1,6 1,2

Planchas, Flejes y Platinas

ASTM A36 1,3 1,2

ASTM A1043 Gr. 36 1,3 1,1

ASTM A1011 HS LAS Gr. 55 1,1 1,1

ASTM A572 Gr. 42 1,3 1,0

ASTM A572 Gr. 50, Gr. 55, ASTM A588 1,1 1,2

ASTM 1043 Gr. 50 1,2 1,1

Acero de Refuerzo

ASTM A615 Gr. 60, ASTM A706 Gr. 60 1,25 1,25

13.3 MATERIAL DE APORTE PARA SOLDADURA

13.3.1 Soldaduras para sistemas resistentes a sismo

Todas las soldaduras usadas en elementos y conexiones de los SFRS deben ser

hechos con materiales de aporte que cumplan con lo especificado en el cuadro

siguiente:

Tabla 13.3.1

Propiedades mecnicas para Soldaduras de Sistemas Resistentes a Sismos

Propiedad Clasificacin

480 MPa (70 ksi) 550 MPa (80 ksi)

Esfuerzo de fluencia 400 MPa min. 470 MPa min.

Esfuerzo de rotura 480 MPa min. 550 MPa min.

Elongacin 22 % min. 19 % min.

Tenacidad CVN 27 J min. @ - 18 C a a Materiales de aporte que cumplan con 27 J mnimo, a una temperatura menor de

18 C tambin cumplen este requisito.


3

13.3.2 Soldaduras de demanda critica

Se designan soldaduras de demanda crtica aquellas hechas con material de

relleno que cumplan con lo especificado en el cuadro siguiente:

Tabla 13.3.2

Propiedades mecnicas para las Soldaduras de Demanda Critica

Propiedad Clasificacin

480 MPa (70 ksi) 550 MPa (80 ksi)

Esfuerzo de fluencia 400 MPa min. 470 MPa min.

Esfuerzo de rotura 480 MPa min. 550 MPa min.

Elongacin 22 % min. 19 % min.

Tenacidad CVN 54 J min. @ 20 C b, c b Para Temperatura mnima de servicio esperada (LAST) de + 10 C. Para LAST menor

que + 10 C ver AWS D1.8/D1.8M numeral 6.3.6. c Ensayos ejecutados de acuerdo con AWS D1.8/D1.8M anexo A que cumplen con 54 J

mnimo, a una temperatura menor de + 20 C tambin cumplen este requisito.

13.4 REQUISITOS GENERALES DE DISEO

13.4.1 Tipos de sistemas estructurales

Los sistemas resistentes a fuerza ssmica (SFRS) pueden estar formados por uno

o ms prticos resistentes a momento y prticos arriostrados que cumplan los

requisitos de los numerales 13.6 y 13.7.

En el caso de estructuras de acero no incluidas en los numerales 13.6 y 13.7,

donde las solicitaciones ssmicas no controlan el diseo, y de emplearse un

anlisis ssmico se debe considerar un valor del coeficiente de reduccin de la

norma E.030 Diseo Sismorresistente R = 4, y adems el diseo debe cumplir

solo las exigencias de los otros captulos de la presente norma.

13.4.2 Requerimientos Generales

El proceso de anlisis deber realizarse de acuerdo a la normatividad vigente de

las Normas E.020 Cargas y E.030 Diseo Sismorresistente en lo aplicable a cada

sistema.

Cuando el diseo este basado en un anlisis elstico, las propiedades de rigidez

de los elementos componentes del sistema se basaran en las secciones elsticas

y los sistemas compuestos donde deber incluirse los niveles de la seccin

agrietada.

Las zonas protegidas son las zonas de elemento o de conexiones de elementos

en los cuales se tienen limitaciones que aplican a la fabricacin y accesorios.

13.4.3 Requerimientos Adicionales

Anlisis adicionales deber llevarse a cabo de acuerdo a lo que se especifique en

este captulo numerales D, E, F, G y H.


4

13.4.4 Anlisis No Lineal

Un anlisis no lineal puede ser usado en ciertas situaciones, y en tales casos usar

lo indicado en el Captulo 16 de la norma ASCE/SEI 7, a menos que un anlisis

ms racional pueda ser justificado.

Para el desarrollo de un anlisis no lineal deber usarse por lo menos cinco

registros de aceleraciones, correspondientes a sismos reales o artificiales

desarrollando un anlisis dinmico tiempo-historia que considere el

comportamiento inelstico de los elementos de la estructura, considerando un

modelo bilineal en trmino de la capacidad por flexin (formacin de rtulas

plsticas) en los encuentros entre elementos, usando programas de cmputo que

consideren la degradacin del material y la idealizacin matemtica de modelos

bilineales.

13.5 SISTEMAS ESTRUCTURALES

Los sistemas estructurales pueden ser sistemas de prticos resistentes a momento

y sistemas de prticos arriostrados.

13.5.1 Sistemas de Prticos y clasificacin de ductilidad

Los elementos de prticos resistentes a momentos (MRF) y prticos arriostrados

(BMF) del sistema resistente a la fuerza ssmica (SFRS) debern cumplir las

recomendaciones de esta seccin. Algunos elementos del SFRS que

experimenten deformaciones inelsticas debidas al sismo de diseo sern

denominados elementos de ductilidad moderada o elementos de ductilidad alta.

Los elementos diseados para desarrollar una ductilidad moderada o alta, deben

cumplir las recomendaciones del numeral 13.4.

Las secciones que desarrollaran durante un sismo ductilidad moderada o alta,

deben tener alas continuamente conectadas al alma o almas.

En el caso de las secciones compuestas, adicionalmente a los requerimientos de

esta Norma, debern de cumplir los requerimientos de la Norma E.060 Concreto

Armado.

13.5.2 Relacin Ancho/Espesor en compresin

Los elementos de sistemas sismorresistentes que trabajan en compresin, deben

de satisfacer las relaciones ancho/espesor menores que hd o md segn Tabla 13.5.2.


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TABLA 13.5.2

Relaciones limite ancho/espesor para elementos en compresin de moderada y alta

ductilidad

Descripcin del

componente

Relacin

ancho-

espesor

Relacin limite ancho-espesor

Ejemplos Elementos de

ductilidad alta

Elementos de ductilidad moderada

Co

mp

on

ente

s n

o r

igid

izad

os

Las alas de

secciones

laminadas o

armadas en forma

de I, canales y

secciones T; lados

de ngulos simples

o de ngulos dobles

con separadores;

lados volados de

pares de ngulos en

contacto continuo

0,30 0,38

almas de secciones

T 0,30

[a]

0,38

Co

mp

on

ente

s ri

gid

izad

os

Paredes de tubos

HSS rectangulares

Alas de secciones

cajn formadas a

partir de perfiles I y

secciones cajn

armadas

0,55 [b]

0,64 [c]

Las placas laterales

de las secciones

cajn formadas a

partir de perfiles I y

paredes de

secciones cajn

armadas usadas

como

arriostramientos

diagonales

Almas de secciones

laminadas o

secciones I armadas

usadas como

arriostramientos

diagonales

1,49 1,49


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TABLA 13.5.2 (Continuacin)

Relaciones limite ancho/espesor para elementos en compresin de moderada y alta

ductilidad

Descripcin del

componente

Relacin

ancho-

espesor

Relacin ancho-espesor Limitado

Ejemplos Elementos de ductilidad alta

Elementos de ductilidad moderada

Ele

men

tos

end

ure

cid

os

Almas de secciones

laminadas o

secciones I armadas

usadas como vigas

o columnas [d].

Para Ca 0,125

2,45 (1 0,93)

Para Ca 0,125

3,76 (1 2,75)

Las placas laterales

de las secciones

cajn formadas a

partir de perfiles I

usadas como vigas

o columnas

Para Ca > 0,125

0,77 (2,93 )

1,49

Para Ca > 0,125

1,12 (2,33 )

1,49

Almas de secciones

cajn armadas

usadas como vigas

o columnas

donde

=

donde

=

Almas de secciones

H para pilotes 0,94 No aplicable

Paredes de tubos

HSS redondos 0,038 0,044

[e]

Ele

men

tos

com

pu

esto

s

Paredes de

elementos

compuestos

rectangulares

rellenos de concreto

1,4 2,26

Paredes de

elementos

compuestos

redondos rellenos

de concreto

0,076 0,15

[a] La relacin limite ancho-espesor para el alma de secciones T en compresion, en elementos de dctilidad alta se puede

aumentar a 0,38 si se satisface alguna de las siguientes condiciones:

(1) El pandeo del elemento en compresin se produce sobre el plano del alma. (2) La carga de compresin axial en las conexiones de extremo se transfiere solo a la cara exterior del ala de la T,

resultando en una conexin excentrica que reduce los esfuerzos de compresin en el extremo del alma.

[b] La relacin limite ancho-espesor de las alas de las secciones cajn formadas a partir de perfiles I y secciones cajon

armadas de columnas en los sistemas SMF no excedera 0,6 E Fy .

[c] La relacin limite ancho-espesor de paredes de elementos rectangulares HSS, alas de secciones cajn formadas a partir

de perfiles I, y alas de secciones cajn armadas usadas como vigas o columnas, no excederan de 1,12 . [d] Para vigas de perfiles I en los sistemas SMF, donde Ca es menor o igual a 0,125, la relacin limite h/tw no excedera

2,45 . Para vigas de perfiles I en los sistemas IMF, donde Ca es menor o igual a 0,125, la relacin limite ancho-

espesor no exceder 3,76 . [e] La relacin limite diametro-espesor de los elementos redondos HSS usados como vigas o columnas no exceder 0,07

E/Fy.


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13.5.3 Sistemas de arriostramiento para vigas

No deben de utilizarse configuraciones con arriostres en diagonal que slo

trabajen en traccin, excepto en los casos de las cubiertas de naves industriales

livianas que debern ser diseadas de acuerdo 5.3.1 y 5.3.2, debindose

amplificar las fuerzas en los arriostres en 1,5 para cualquiera de los criterios de

diseo.

En una lnea resistente cualquiera de un prtico, debe existir arriostres

diagonales que trabajen en traccin y compresin, sujetos a inversiones de

esfuerzo debido a la carga de sismo. La resistencia disponible de las diagonales

en traccin, para cada sentido de la accin ssmica, debe ser como mnimo el

30 % del cortante de la lnea resistente en el nivel correspondiente.

13.5.3.1 Elementos de ductilidad moderada

Los arriostres de vigas de ductilidad moderada debern satisfacer los siguientes

requerimientos:

a. Ambas alas de las vigas debern ser arriostradas lateralmente o la seccin deber ser arriostrada torsionalmente.

b. El arriostramiento en vigas debe cumplir los requerimientos descritos en el numeral 3.3 para arriostramiento lateral o torsional de las vigas, donde la

resistencia requerida en flexin del elemento debe ser:

Mr = Ry Fy Z (13.5.3.1-1)

donde:

Cd = 1,0

Ry = relacin entre el esfuerzo de fluencia esperado al mnimo esfuerzo de

fluencia especificado, Fy.

Z = mdulo de seccin plstico.

c. El espaciamiento mximo entre arriostres debe ser:

Lb = 0,17 ry E/Fy (13.5.3.1-2)

13.5.3.2 Elementos de ductilidad alta

Adicionalmente a los requerimientos del numeral 5.3.1, el mximo

espaciamiento de los arriostramientos en vigas de ductilidad alta ser:

Lb = 0,086 ry E/Fy (13.5.3.2-1)

13.5.3.3 Arriostramiento especial para lugares de posible desarrollo de rotulas plsticas

En aquellos lugares donde se espera el desarrollo de rotulas plsticas deber

ubicarse arriostramientos especiales para este propsito que satisfagan los

numerales 13 (E, F, G o H) de este captulo y debern satisfacer los siguientes requerimientos:


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a. Ambas alas del elemento deben ser arriostradas o la seccin debe poseer arriostramiento torsional.

b. La resistencia axial requerida en los arriostres laterales de cada ala adyacentes a las rotulas plsticas deber ser:

Pu = 0,06 Ry Fy Z/ho (13.5.3.3-1)

donde:

ho = distancia entre centroides de las alas.

La resistencia torsional requerida en los arriostres torsionales adyacentes a las

rotulas plsticas deber ser:

Mu = 0,06 Ry Fy Z (13.5.3.3-2)

c. La rigidez requerida de los arriostres debern satisfacer lo indicado en el numeral 3.3 de esta norma con Cd = 1, y la resistencia por flexin ser:

Mr = Mu = Ry Fy Z (13.5.3.3-3)

13.5.3.4 Zonas Protegidas

Una zona protegida diseada de acuerdo con este numeral o siguiendo las

recomendaciones del AISC 358, deber cumplir con los siguientes

requerimientos:

a. Dentro de la zona protegida, orificios, puntos de soldadura, ayudas de fabricacin, corte trmico no especificado de operaciones de fabricacin o

montaje debern ser reparadas segn informe aprobado por la Supervisin.

b. Los conectores de corte y accesorios de planchas colaborantes que penetran en el ala de la viga no deben ser colocados en el ala de la viga dentro de la

zona protegida. Puntos de soldadura de arco permitirn asegurar las planchas

colaborantes en esta zona.

c. Soldadura, pernos, ngulos del borde del permetro exterior, fachadas, particiones, conductos, tuberas u otra construccin no sern colocados dentro

de la zona protegida.

13.5.3.5 Columnas Las columnas en prticos de momento y prticos arriostrados deben satisfacer

los requerimientos de este numeral.

a. Resistencia requerida La resistencia requerida en columnas en los sistemas resistentes a fuerza

ssmica (SFRS) deber ser determinada a partir de los siguientes

procedimientos:

1) El efecto de carga resultante de los requerimientos de anlisis para el sistema aplicable a partir de los numerales 13.6 y 13.7.


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2) La fuerza axial de compresin o traccin determinada usando las combinaciones de carga estipuladas en esta Norma. Se permite despreciar

los momentos en esta determinacin a menos que los momentos

resultantes provengan de una carga aplicada entre los puntos de soporte

lateral. La carga axial en compresin o traccin requerida no debe exceder

ninguna de los siguientes:

La mxima carga transferida a la columna por el sistema, incluido los efectos del sobreesfuerzo en el material y el endurecimiento por

deformacin en aquellos elementos donde es esperada la fluencia.

Las fuerzas correspondientes a la resistencia de volteo de la cimentacin.

13.5.3.6 Conexiones

a. Generalidades Las conexiones, las juntas y los conectores que son parte de los SFRS deben

cumplir con el Captulo 10 y los requerimientos adicionales de este numeral.

Los empalmes y bases de columnas que no son diseados como parte del

SFRS deben cumplir con los requerimientos de los numerales 10.6.2 y 10.8.

Las zonas protegidas designadas en conexiones de elementos debern

satisfacer los numerales 13.5.3.4 y 14.0.

b. Conexiones empernadas Las conexiones empernadas deben satisfacer los siguientes requerimientos:

1) La fuerza de corte disponible en las conexiones empernadas usando agujeros estndar deben calcularse como conexiones de aplastamiento de

acuerdo a los numerales 10.3.6 y 10.7. La fuerza nominal de contacto en

los agujeros de pernos no debe ser menor que 2,4dtFu.

2) Pernos y soldaduras no deben ser diseados para compartir fuerzas en la unin o la misma componente de fuerza en la conexin. En el caso de una

conexin de un arriostre diagonal, la fuerza axial debe ser resistido toda

por la soldadura o toda por los pernos. En el caso de una conexin de

momento, las soldaduras transmiten la flexin y los pernos del alma

transmiten el corte, en este caso no se considera que se comparte las

fuerzas.

3) Los agujeros de los pernos deben ser estndar o de ranura corta, perpendiculares a la direccin de carga. En el caso de arriostres diagonales

se permite el uso de agujeros agrandados cuando la conexin se disea

como de deslizamiento crtico.

4) Todos los pernos deben instalarse con la pretensin especificada para pernos de alta resistencia. Las superficies de contacto deben satisfacer los

requerimientos de conexiones de deslizamiento crtico, de acuerdo a lo

especificado en el numeral 10.3.8.

c. Conexiones soldadas Las conexiones soldadas deben ser diseadas de acuerdo al numeral 10.6.2.


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13.5.4 Clasificacin de sistemas estructurales

Los sistemas de prticos resistentes a momento se clasifican en:

a. Prticos ordinarios resistentes a momentos (OMF): Son aquellos que pueden proveer una mnima deformacin inelstica a sus miembros y conexiones.

Este tipo de prtico no tiene limitaciones en su relacin ancho/espesor de sus

elementos. Asimismo, no posee limitaciones para zonas protegidas. En este

tipo de sistema las conexiones pueden ser rgidas o semirrgidas.

b. Prticos intermedios resistentes a momentos (IMF): Son prticos que proporcionan una limitada capacidad de deformacin inelstica producida por

una fluencia por flexin en vigas y columnas, produciendo falla por corte en

las zonas de panel. El diseo de conexiones entre vigas y columnas, incluidas

las zonas de paneles y placas de continuidad, se basarn en ensayos de

conexiones que proporcionan la capacidad mencionada. Las conexiones viga

- columna usadas en el SFRS debern ser capaces de desarrollar una

distorsin angular de entrepiso de 0,02 rad. La resistencia por flexin en la

cara de la columna deber ser al menos 0,80 Mp de la viga conectada para un

ngulo de distorsin de entrepiso de 0,02 rad.

c. Prticos especiales resistentes a momento (SMF): Este tipo de prtico deber de proveer una significativa deformacin inelstica a travs de la fluencia por

flexin de las vigas y limitar la fluencia en la zona del panel de la columna.

Las columnas deben ser diseadas para ser ms fuertes que las vigas,

esperando una fluencia total en las vigas. Se permitir que ocurra fluencia en

las bases de las columnas.

De acuerdo a la categora de una edificacin y la zona donde se ubique, sta

deber proyectarse empleando el sistema estructural que se indica en la Tabla

13.5.4.

Tabla 13.5.4

Categora de la

edificacin Zona Sistema Estructural

A1

4 y 3 Aislamiento ssmico con cualquier

sistema estructural

2 OCBF, SCBF, EBF

1 OCBF, SCBF, EBF

A2

4 y 3 OCBF, SCBF, EBF

2 OCBF, SCBF, EBF

1 SMF, IMF, OMF, OCBF, SCBF, EBF

B 4, 3 y 2 SMF, IMF, OCBF, SCBF, EBF

1 SMF, IMF, OMF, OCBF, SCBF, EBF

C 4, 3, 2 y 1 SMF, IMF, OMF, OCBF, SCBF, EBF


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13.6 PRTICOS RESISTENTES A MOMENTO

Se va a incluir en este numeral los prticos ordinarios, intermedios y especiales.

13.6.1 Prticos Ordinarios Resistentes a Momento (OMF) Los OMF deben ser diseados de acuerdo a este numeral, para poder desarrollar

una mnima capacidad de deformacin inelstica en sus elementos y conexiones.

Para los OMF no existen limitaciones en la relacin ancho/espesor de sus

elementos, solo deben cumplir con lo especificado en el Captulo 2. Asimismo

no existen zonas protegidas para los OMF.

13.6.1.1 Conexiones en OMF

Las conexiones viga - columna deben ser rgidas (FR) o semirrgidas (PR).

Cuando se utilicen soldaduras de penetracin total (CJP), en la unin de alas de

vigas a columnas, estas deben ser soldaduras de demanda crtica y satisfacer los

requerimientos de los numerales 13.3.2 y 14.x(I2.3).

a. Conexiones Rgidas FR Las conexiones del tipo FR que forman parte del SFRS debern ser diseadas

para una resistencia requerida a flexin determinada por 1,1 Ry Mp.

La resistencia requerida por corte de la conexin, Vu, deber calcularse con

las combinaciones de carga que incluyan sismo. En la determinacin de la

fuerza ssmica, se deber incluir el efecto de la sobre resistencia definido por:

=2 (1,1 )

(13.6.1.1-1)

donde:

Lcf = luz libre de la viga.

Mp = Fy Z

Ry = relacin del punto de fluencia esperado al punto de fluencia

mnimo Fy, ver tabla 13.2.

b. Conexiones Semirrgidas PR Las conexiones del tipo PR debe satisfacer los siguientes requerimientos:

1) La conexin ser diseada para la mxima demanda de corte y momento de las combinaciones de cargas.

2) La rigidez, resistencia y capacidad de deformacin de las conexiones PR se consideraran en el diseo, incluyendo sus efectos en la estabilidad

global de la estructura.

3) La conexin deber ser diseada para una resistencia a flexin requerida no menor a 50 % del Mp de la viga conectada; excepto para estructuras de

un piso en las cuales la resistencia de flexin requerida no debe ser menor

a 50 % del Mp de la columna y de la viga.


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Tanto para las conexiones FR y PR debern utilizarse planchas de

continuidad, como se detalla en el Captulo 10. El momento flector utilizado

para la verificacin de las planchas de continuidad deber ser el mismo que

se us en el diseo de la unin viga - columna, 1,1 Ry Mp.

13.6.2 Prticos Intermedios Resistentes a Momento (IMF)

Los prticos IMF, deben ser diseados siguiendo los requerimientos de esta

seccin. Se espera que en este tipo de prtico se desarrolle una limitada

capacidad de deformacin inelstica a travs de una fluencia en flexin en vigas

y columnas y fluencia por corte en los nudos de columnas. El diseo de los nudos

viga - columna y sus planchas de conexin debe basarse en resultados de ensayos

que demuestren la capacidad de la unin.

13.6.2.1 Arriostramiento para estabilidad de vigas

Las vigas deben arriostrarse de manera que cumplan los requisitos para los

elementos moderadamente dctiles del numeral 13.5.3.1. Adicionalmente deben

colocarse arriostramiento cerca de los puntos de aplicacin de fuerzas

concentradas, cambios de seccin, y otras ubicaciones donde el anlisis indique

la posible formacin de una rtula plstica debido a la deformacin inelstica

del IMF. La resistencia requerida del arriostramiento, adyacente a las rtulas

plsticas, debe cumplir el numeral 13.5.3.3.

13.6.2.2 Requerimientos bsicos de los elementos

Los elementos de los IMF debern satisfacer las recomendaciones del numeral

13.4 para elementos de ductilidad moderada.

13.6.2.3 Alas de Vigas

Los cambios abruptos en el rea de las alas de vigas no se permitirn en las zonas

donde se pueden presentar rotulas plsticas, ni tampoco debe permitirse en estas

zonas agujeros, desbastes o recortes.

13.6.2.4 Zonas Protegidas

Las regiones en cada extremo de las vigas sujetas a deformaciones inelsticas

deben ser diseadas como zonas protegidas y satisfacer los requerimientos del

numeral 13.5.3.4.

13.6.2.5 Soldaduras de Demanda Crtica en IMF

Las siguientes soldaduras son soldaduras de demanda crtica y deben satisfacer

los requerimientos del Captulo 10 y del numeral 13.3.2:

a. Soldaduras de penetracin en los empalmes de columna. b. Soldaduras en conexin plancha de base - columna. c. Soldadura de penetracin total entre el ala y alma de viga con las columnas,

a menos que se diseen usando el AISC 358.


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13.6.2.6 Requerimientos en Conexiones Viga-Columna

Las conexiones viga - columna usadas en los SFRS deben satisfacer los

siguientes requerimientos:

a. La conexin debe ser capaz de permitir una distorsin de entrepiso de al menos 0,02 rad.

b. La resistencia medida en flexin de la conexin, determinada en la cara de la columna, debe ser al menos 0,8 Mp de la viga conectada bajo una distorsin

de entrepiso de 0,02 rad.

13.6.2.7 Resistencia en Corte Requerida de la Conexin

La resistencia en corte requerida en la conexin debe basarse en las

combinaciones de carga indicadas por la presente norma. En la determinacin

de la carga de sismo el efecto de fuerzas horizontales incluyendo la

sobreresistencia, Emh, debe tomarse como:

Emh = 2 (1,1Ry Mp)/Lh (13.6.2.7-1)

donde:

Lh = Distancia entre las ubicaciones de posibles rotulas plsticas.

Mp = Fy Z = Momento plstico

Ry = relacin del esfuerzo de fluencia esperado al esfuerzo de fluencia

especificado Fy

En lugar de Emh podr usarse la resistencia requerida en corte siguiendo lo

indicado en AISC 358.

13.6.2.8 Zona de Panel

No hay requerimientos adicionales para la zona de panel.

13.6.2.9 Planchas de Conexin

Deben proveerse planchas de conexin de acuerdo al Captulo 10.

13.6.2.10 Empalmes de Columna

Los empalmes de columna deben cumplir los requerimientos del numeral 10.6.2.

Donde las columnas puedan ser sometidas a traccin los empalmes soldados

deben cumplir lo siguiente:

a. La resistencia disponible de una soldadura de penetracin parcial (PJP), si se usase, debe ser al menos 200% de la resistencia requerida.

b. La resistencia disponible de los empalmes de cada ala debe ser al menos 0,5 Ry Fy bf tf, donde Ry Fy es el esfuerzo de fluencia esperado del material de la columna y bf tf es el rea de la menor ala conectada.


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c. Donde las soldaduras de los empalmes de columna son de penetracin total (CJP) cuando los esfuerzos de traccin en cualquier ubicacin del ala ms

pequea excede 0,30 Fy se requiere transiciones de seccin variable entre

anchos o espesores de ala desiguales.

Las planchas de empalme usadas en almas de columnas deben ser colocadas a

ambos lados del alma.

13.6.2.11 Planchas de Base

Las planchas de base deben disearse para resistir 1,1 veces el momento

disponible de la columna en su base.

13.6.3 Prticos Especiales Resistentes a Momento (SMF)

Los prticos SMF deben ser diseados de acuerdo a los requerimientos de esta

seccin.

Estos prticos debern de proveer significativa capacidad de deformacin

inelstica a travs de la fluencia por flexin de las vigas y limitada fluencia en

las zonas de panel de las columnas. Las columnas debern ser diseadas para

tener una resistencia mayor que las vigas cuando estas incursionan en la zona de

endurecimiento por deformacin. Se permite que las bases de las columnas

alcancen la fluencia en flexin.

Para el diseo de las conexiones de vigas y columnas se usaran las conexiones

precalificadas del AISC 358 o se basar en ensayos a fin de demostrar las

capacidades requeridas.

13.6.3.1 Requerimientos del sistema

a. Relacin de momentos

La siguiente relacin debe ser satisfecha por las conexiones viga - columna:

M*pc / M*pb > 1,0 (13.6.3.1-1)

donde:

M*pc = suma de las proyecciones hacia la lnea central de la viga, de las resistencias nominales a flexin de las columnas (incluyendo

cartelas si hubiese) arriba y abajo del nudo, con una reduccin por

carga axial. Se permite calcular M*pc como sigue:

M*pc = Zc (Fyc - Puc/Ag) (13.6.3.1-2)

Cuando las lneas centrales de las vigas opuestas en el mismo nudo

no coinciden, se deber usar la lnea central entre las lneas

centrales de las vigas.


15

M*pb = suma de las proyecciones hacia la lnea central de la columna, de las resistencias esperadas a flexin de las vigas en la ubicacin de

las rotulas plsticas. Se permite calcular M*pb como sigue:

M*pb = (1,1 Ry Fyb Zb + Muv) (13.6.3.1-3)

donde:

Ag = rea de la columna

Fyb = mnimo esfuerzo de fluencia especificado en la viga

Fyc = mnimo esfuerzo de fluencia especificado en la

columna

Muv = momento adicional debido a la amplificacin por

corte transmitida desde la ubicacin de la rtula

plstica al eje de la columna.

Puc = resistencia requerida de compresin que incluye la

amplificacin por sismo.

Zb = Mdulo de seccin plstico de la viga.

Zc = Mdulo de seccin plstico de la columna.

Este requerimiento no es aplicable si las siguientes condiciones son

satisfechas:

1) Columnas con Puc < 0,3 Pc para todas las combinaciones que no incluyan carga ssmica y que satisfagan una de las siguientes condiciones:

i. Columnas usadas en edificios de un piso o en el ltimo piso de un edificio de muchos pisos.

ii. Columnas donde: (1) la suma de las resistencias disponibles al corte de todas las columnas exceptuadas en el piso sean menores al 20 % de la

suma de la resistencia disponible en corte de todas las columnas de los

prticos de momento en el piso actuando en la misma direccin. (2) la

suma de las resistencias disponibles al corte de todas las columnas

exceptuadas en cada lnea de columnas de prticos de momentos dentro

de ese piso es menor del 33 % de la resistencia disponible en corte de

las columnas de prticos de momento en esa lnea de columnas.

La resistencia nominal en compresin ser:

Pc = Fyc Ag (13.6.3.1-4)

2) Columnas en cualquier piso que posean una relacin entre la resistencia disponible al corte y la resistencia requerida al corte, que sea mayor al

50 % que la del piso superior.

b. Sistemas de arriostramientos para vigas

Las vigas deben estar arriostradas y seguir los requerimientos para elementos

de ductilidad alta de acuerdo a 13.5.3.2.


16

Adicionalmente, los arriostramientos en vigas deben ser ubicados en los

lugares de fuerzas concentradas, cambios de seccin y otras ubicaciones

donde el anlisis indique la posibilidad de formacin de rotulas plsticas

durante la deformacin inelstica de los SMF.

La resistencia requerida del arriostramiento adyacente a zonas de rotula

plstica debe cumplir lo indicado en 13.5.3.3.

c. Sistemas de arriostramiento en la conexin viga columna

1) Conexin arriostrada Una conexin viga columna arriostrada tiene en la conexin un elemento de arriostre transversal al prtico ssmico.

Cuando las almas de las vigas y las columnas son coplanares las alas de

la columna deben ser lateralmente arriostradas al nivel superior e inferior

de las alas de las vigas.

2) Conexin no arriostrada Una conexin viga columna no arriostrada no tiene en la conexin un elemento de arriostre transversal al prtico ssmico.

La columna deber ser diseada usando la distancia no arriostrada como

altura de la columna para el pandeo transversal por carga de sismo y

usando el Captulo 8, con excepcin de:

i. La resistencia requerida de la columna debe determinarse usando la combinacin de cargas que incluya sismo. Deber incluirse la sobre

resistencia, Emh, que no deber exceder del 125% de la resistencia

disponible del prtico, calculado a partir de la resistencia disponible

en flexin de la viga o la resistencia disponible en corte de la zona del

panel.

ii. La esbeltez L/r de la columna no deber exceder 60, tal que L es la longitud de la columna y r el radio de giro que gobierna.

iii. La resistencia requerida en flexin de la columna, transversal al prtico ssmico, debe incluir el momento causado por la aplicacin de

la fuerza en el ala de la viga especificado en el numeral xxxx, adicional

a los momentos por segundo orden debido al desplazamiento lateral

resultante del ala de la columna.

d. Elementos

Los elementos de las vigas y columnas deben satisfacer los requerimientos

del numeral 13.4 para ductilidad alta.

Se permite que las vigas de los SMF sean compuestas utilizando losas de

concreto o placas colaborantes que resistan las cargas de gravedad.

Se prohben los cambios abruptos en las alas de vigas en las regiones donde

se localizaran las rotulas plsticas. Asimismo no se permite tener orificios ni

pases en estas secciones. Deber tenerse conexiones precalificadas para estas

zonas, segn AISC 358.


17

e. Zonas protegidas

Las regiones en cada extremo de la viga sujeta a deformaciones inelsticas

deben ser designadas como zona protegida y deber satisfacer los

requerimientos del numeral D1.3. La extensin de la zona protegida deber

designarse de acuerdo con la norma AISC-358 o con una conexin pre-

calificada de acuerdo al numeral K1 o determinada por un programa de

ensayos de acuerdo al numeral K2.

En general estas regiones se extienden desde la cara de la columna hasta una

longitud igual a la mitad del peralte de la viga, ms all del punto de la rtula

plstica.

f. Conexiones

1) Soldaduras de Demanda Crtica Las siguientes soldaduras son soldaduras de demanda crtica, y deben

satisfacer los requerimientos de los numerales A3.4b e I2.3.

i. Soldadura de penetracin en empalmes de columnas. ii. Soldaduras en la conexin columna a plancha de base. iii. Soldadura de penetracin total en alas de vigas y almas de vigas a

columnas, a menos que se hayan diseado con la norma AISC-358 o

como una conexin precalificada segn el numeral K1 o K2.

2) Conexin Viga - Columna Las conexiones viga - columna usadas en el sistema de fuerza resistente a

sismo (SFRS) deben satisfacer los siguientes requerimientos:

i. La conexin debe ser capaz de desarrollar un ngulo de distorsin de entrepiso de por lo menos de 0,04 rad.

ii. La resistencia medida en flexin de la conexin, determinada en la cara de la columna, debe ser de al menos 0,80 Mp de la viga conectada, para

un ngulo de distorsin de entrepiso de 0,04 rad.

3) Demostracin de Conformidad Las conexiones viga - columna usadas en los SFRS deben satisfacer uno

de los siguientes requerimientos del numeral E3.6.b:

i. Uso de conexiones de SMF diseadas de acuerdo al AISC-358. ii. Uso de conexiones precalificadas para SMF de acuerdo al numeral K1.

4) Resistencia en Corte Requerida La resistencia en corte requerida en la conexin, debe basarse en las

combinaciones de carga de esta norma que incluyan la carga ssmica. En

la determinacin de la carga ssmica el efecto de las fuerzas horizontales

debe incluir la sobrerresistencia, Emh, que debe ser calculado como:

Emh = 2 (1,1 Ry Mp )/Lh (13.6.3.1-5)


18

donde:

Lh = distancia entre las ubicaciones de las rtulas plsticas como se

define en la norma AISC-358.

Mp = momento plstico nominal

Ry = relacin del esfuerzo de fluencia esperado al esfuerzo mnimo de

fluencia.

En lugar de la ecuacin (13.6.3.1-5), la resistencia en corte requerida en la

conexin puede ser calculada de acuerdo con la norma AISC-358, o como

se determine de una conexin precalificada de acuerdo con el numeral K.1.

g. Zona de Panel

1) Resistencia en Corte Requerida La resistencia en corte requerida de una zona de panel deber determinarse

a partir de la suma de los momentos en la cara de la columna determinados

por la proyeccin de los momentos esperados en los puntos de la rtula

plstica a la cara de la columna. La resistencia en corte de diseo ser vRn donde v = 1 y la resistencia nominal en corte se determina como est especificado en el numeral J10.6.

2) Espesor de la Zona de Panel

El espesor individual, t, de las almas de columnas y las planchas dobles si

se usan, deben cumplir los siguientes requerimientos:

( + ) 90 (13.6.3.1-6)

donde:

dz = d 2tf de la viga ms peraltada en la conexin t = el espesor del alma de columna o de las planchas dobles

wz = ancho de la zona de panel entre alas de columna

3) Zona de Panel con planchas dobles

Las planchas dobles deben ser colocadas pegadas al alma de la columna

cuando el alma no cumple con el numeral E3.6e(2). De lo contrario las

planchas dobles se permiten colocar pegadas al alma de la columna o

alejadas del alma.

i. Planchas dobles en contacto con el alma. Las planchas dobles deben ser soldadas al alma de la columna para

desarrollar la resistencia disponible del espesor completo de la plancha

doble, usando soldadura de penetracin completa o soldadura de filete.

Cuando no se usan planchas de continuidad la plancha doble debe ser

soldada en la parte superior e inferior para desarrollar la proporcin de

la fuerza total que es transmitida a la plancha doble, a menos que la

plancha doble y el alma cumplan el numeral E3.6e(2)


19

ii. Planchas dobles espaciadas Las planchas dobles deben ser soldadas a las alas de las columnas para

desarrollar la resistencia disponible de todo el espesor de las planchas

dobles usando soldadura acanalada de penetracin total. Las planchas

deben ser colocadas simtricamente en pares y ubicadas entre 1/3 y 2/3

de la distancia entre el extremo del ala de la viga y el eje de la columna.

iii. Planchas dobles usadas con planchas de continuidad Cada plancha doble debe ser soldada a la plancha de continuidad para

desarrollar la proporcin de la fuerza total que es trasmitida a la plancha

doble.

iv. Planchas dobles usadas sin planchas de continuidad Cuando no se usen planchas de continuidad las planchas dobles deben

ser extendidas un mnimo de 150 mm arriba y debajo de la parte

superior e inferior de la viga ms peraltada del prtico de momento.

h. Planchas de continuidad

1) Requerimiento de planchas de continuidad

Siempre se debe proveer planchas de continuidad en el alma de la columna,

a la altura del ala superior e inferior de la viga.

2) Espesor de las planchas de continuidad El espesor de las planchas de continuidad se determinar como sigue:

i. Para conexiones de un solo lado, el espesor de la plancha de continuidad deber ser mayor o igual a la mitad del espesor del ala de la viga.

ii. Para conexiones de dos lados, el espesor de la plancha de continuidad deber ser mayor o igual al mayor espesor de las alas de las vigas en

cualquier lado de la columna.

3) Soldadura de planchas de continuidad Las planchas de continuidad deben ser soldadas a las alas de la columna

usando soldaduras acanaladas de penetracin total. Las planchas de continuidad deben ser soldadas a las almas de la columna

usando soldaduras acanaladas o de filete.

i. Empalmes de columna

Los empalmes de columna deben cumplir los requerimientos del numeral

10.6.2

13.7 PRTICOS ARRIOSTRADOS (BMF) En este numeral se presentan las recomendaciones para el diseo de elementos

de prticos arriostrados, de los cuales sern tratados los siguientes.

1) Prticos ordinarios con arriostres concntricos (OCBF) 2) Prticos especiales con arriostres concntricos (SCBF) 3) Prticos con Arriostres Excntricos (EBF)


20

13.7.1 Prticos Ordinarios con Arriostres Concntricos (OCBF)

Los prticos OCBF, en caso de estructuras ssmicamente aisladas, se disearan

por encima de los sistemas de aislamiento cumpliendo los requisitos de los

numerales F1.4b, F1.5, F1.6 y F1.7 y no necesitan cumplir los requisitos del

numeral 13.6.1 a).

Este numeral es aplicable a prticos arriostrados consistentes en elementos

conectados con arriostres concntricos. En este tipo de prtico se permite

excentricidades menores al peralte de la viga, si son tomados en cuenta en el

diseo del elemento y en la determinacin de momentos usando las

combinaciones de carga que incluyen sismo. Los OCBF diseados de acuerdo a

estas recomendacin tendran un limitada capacidad inelstica de deformacin

en sus elementos y conexiones.

13.7.1.1 Requerimientos del Sistema

a. Prticos con Arriostres en V y en V invertida Las vigas en prticos OCBF con arriostres en V y V invertida deben ser

continuas en la conexin con el arriostre, la que debe estar fuera de la

conexin viga-columna. Estas vigas deben satisfacer lo siguiente:

1) La resistencia requerida en la viga debe ser determinada basada en las combinaciones de carga de esta norma, asumiendo que los arriostres no

proveen soporte a las cargas muertas y vivas. Para las combinaciones que

incluyan carga de sismo, el efecto ssmico en la viga debe ser calculado

considerando el aporte de los arriostres como sigue:

i. Las fuerzas en los arriostres en traccin deben ser asumidas como el menor valor de los siguientes:

o La fuerza esperada de fluencia en el arriostre en traccin, Ry Fy Ag. o La reaccin en el elemento debido al efecto de cargas ssmicas. o La mxima fuerza que pueda ser desarrollada por el sistema.

ii. Las fuerzas de compresin en los arriostres deben ser asumida como 0,3 Pn (Pn, resistencia nominal en compresin del arriostre).

2) Como mnimo, un juego de arriostres laterales es requerido en los puntos de interseccin de los arriostres, a menos que el elemento tenga suficiente

capacidad y rigidez fuera de su plano que asegure la estabilidad entre los

puntos de arriostre adyacentes.

b. Prticos con Arriostres en K

Los prticos con arriostre en K no son permitidos para OCBF.


21

13.7.1.2 Elementos

Los arriostres deben satisfacer los requerimientos de elementos de moderada

ductilidad especificados en el numeral 13.5.1.

La esbeltez de los arriostres en V o V invertida debe ser KL/r 4 E/.

13.7.1.3 Conexiones

Conexin de arriostre diagonal: deber considerarse que existe una fuerza

requerida basada en la amplificacin ssmica y considerando efectos de segundo

orden.

13.7.2 Prticos Especiales con Arriostres Concntricos (SCBF)

Los prticos especiales con arriostres concntricos (SCBF) de acero estructural

debern ser diseados conforme a este numeral.

Este numeral es aplicable a prticos arriostrados que consisten en elementos

conectados concntricamente. Excentricidades menores al peralte de la viga son

permitidas si las fuerzas en los elementos y sus conexiones no cambian el

comportamiento esperado ni la capacidad de deformacin inelstica.

Se espera que los SCBF diseados con este captulo, desarrollen una

significativa deformacin inelstica a travs del pandeo del arriostre y la fluencia

del arriostre en traccin.

13.7.2.1 Anlisis

La resistencia requerida en las columnas, vigas y conexiones de los prticos

SCBF, se deben basar en las combinaciones de carga de esta norma. Las cargas

ssmicas debern ser amplificadas por un factor de sobrerresistencia, Emh, que

ser el mayor valor obtenido de:

a. Un anlisis en donde se asume que todos los arriostres resisten fuerzas correspondientes a su resistencia esperada en compresin o en traccin.

b. Un anlisis en donde se asume que todos los arriostres en traccin resisten las fuerzas correspondientes a su resistencia esperada, y que todos los arriostres

en compresin resistan su capacidad esperada post-pandeo.

Deber determinarse si los arriostres estn en compresin o traccin

despreciando los efectos de la carga de gravedad. El anlisis debe ser

considerado en ambas direcciones.

La resistencia requerida del arriostre en traccin es Ry Fy Ag

La resistencia esperada del arriostre en compresin es determinada por el menor

valor entre RyFyAg y 1,14FcreAg donde Fcre es el esfuerzo crtico de pandeo

determinado de acuerdo al Captulo 5 usando la ecuacin para Fcr, con la

excepcin que se usar la resistencia esperada en fluencia RyFy en vez de Fy. La


22

longitud del arriostre usada en la determinacin de Fcre no debe exceder la

longitud del elemento.

La resistencia esperada post-pandeo de los arriostres ser tomada como un

mximo de 0,3 veces la resistencia esperada en compresin.

Excepciones:

(1)Se permite despreciar los efectos de flexin debido a la deriva ssmica en la

determinacin de Emh . Los momentos que resulten de las cargas aplicadas a

columnas entre puntos de soporte lateral deben ser considerados.

(2)La resistencia requerida en columnas no deber exceder el menor valor

determinado como sigue:

(a) Las fuerzas determinadas usando las combinaciones de carga de la norma, incluida la carga de sismo, en un modelo de edificio donde los arriostres

en compresin han sido removidos.

(b) Las fuerzas correspondientes a la resistencia por volteo de la cimentacin. (c) Las fuerzas determinadas mediante un anlisis no lineal.

13.7.2.2 Requerimientos del Sistema Estructural

a. Distribucin de Fuerzas laterales

A lo largo de cualquier lnea de arriostres, los arriostres se debern disponer

en direcciones alternas tal que, para una direccin de fuerza horizontal

paralela a los arriostres, el 30% pero no ms del 70% de esta fuerza horizontal

en esta lnea es resistida por los arriostres en traccin, a menos que la

resistencia disponible por cada arriostre en compresin sea mayor que la

resistencia requerida. Se entiende una lnea de arriostres como una lnea

simple o lneas paralelas, con un desfase en planta no mayor al 10% de la

dimensin del edificio perpendicular a la lnea de arriostres.

b. Prticos con arriostres en V y V invertida

Las vigas que son intersectadas por los arriostres lejos de la conexin viga-

columna, debern satisfacer los siguientes requerimientos:

(1) Las vigas deben ser continuas entre las columnas. (2) Las vigas deben ser arriostradas para satisfacer los requerimientos de

elementos de ductilidad moderada.

En la viga se tendr como mnimo un par de arriostres laterales en el punto de

interseccin con los arriostres tipo V (o tipo V invertida), a menos que la viga

asegure suficiente rigidez y resistencia fuera de su plano.

c. Prticos con arriostres en K

Los prticos con arriostres en K no son permitidos en los SCBF.


23

d. Prticos con arriostres en traccin solamente

Los prticos con arriostres en traccin solamente no son permitidos en los

SCBF.

13.7.2.3 Elementos

a. Requerimientos bsicos Las columnas y arriostres deben satisfacer los requerimientos del numeral

13.5 para elementos de ductilidad alta. Las vigas deben satisfacer los

requerimientos del numeral 13.5 para elementos de ductilidad moderada.

b. Arriostres en diagonal Los arriostres deben cumplir los siguientes requerimientos:

(1) Esbeltez: Los arriostres deben tener relacin de esbeltez KL/r < 200 (2) Los arriostres armados: El espaciamiento entre conectores debe ser tal que

su relacin de esbeltez a/ri de los elementos individuales entre conectores

no debe exceder 0,4 veces la relacin de esbeltez del elemento armado.

La suma de la resistencia disponible al corte de los conectores debe ser

mayor o igual a la resistencia disponible en traccin de cada elemento. El

espaciamiento entre conectores debe ser uniforme. No debe de usarse

menos de dos conectores en un elemento armado. Los conectores no deben

ubicarse en el cuarto central de la longitud libre del arriostre.

(3) El rea neta efectiva del arriostre no debe ser menor al rea bruta del arriostre. Cuando se refuerce los arriostres, se deben cumplir los siguientes

requisitos:

i. El esfuerzo mnimo especificado por fluencia del refuerzo debe ser al menos el esfuerzo mnimo especificado por fluencia del arriostre.

ii. Las conexiones del refuerzo a los arriostres deben tener la suficiente resistencia para desarrollar la resistencia esperada del refuerzo a cada

lado de la seccin reducida.

c. Zonas Protegidas Las zonas protegidas de los SCBF deben satisfacer los requerimientos del

numeral 13.6.d. e incluir las siguientes:

1) Para arriostres, se considera zona protegida el cuarto central de la longitud del arriostre y las zonas adyacentes a cada lado de las conexiones en una

longitud igual al peralte del arriostre en el plano de pandeo.

2) Elementos que conectan arriostres a vigas y columnas.

13.7.2.4 Conexiones

a. Soldaduras de Demanda Crtica Las siguientes soldaduras son consideradas de demanda crtica, y debern

satisfacer los requerimientos del numeral 13.3.b y las recomendaciones de

fabricacin (seccin I2.3):


24

1) Soldaduras acanaladas en empalmes de columnas. 2) Soldaduras en las conexiones columnas planchas de base. 3) Soldaduras en las conexiones viga columna de acuerdo al numeral

13.7.2.4.b.2.

b. Conexiones Viga Columna Cuando un arriostre o cartela se conecta a ambos elementos en una conexin

viga - columna, la conexin deber ajustarse a uno de los siguientes casos:

1) La conexin ser una conexin simple que cumpla los requisitos del numeral B3.6a donde la rotacin requerida ser tomada como 0,025 rad.

2) La conexin estar diseada para resistir un momento igual al menor valor entre los siguientes:

i. Un momento correspondiente a la resistencia esperada de la viga en flexin multiplicada por 1,1. La resistencia esperada de la viga en

flexin debe ser igual a RyMp.

ii. Un momento correspondiente a la suma de las resistencias esperadas de la columna en flexin multiplicado por 1,1. La suma de las resistencias

esperadas de las columnas en flexin debe ser igual a (RyFyZ).

Este momento se considerar en combinacin con la resistencia requerida en

la conexin con el arriostre y conexin con la viga, incluyendo las fuerzas

provenientes del diafragma.

c. Resistencia Requerida de Conexiones de Arriostre La resistencia requerida en traccin, compresin y flexin de las conexiones

de arriostres (incluyendo las conexiones viga - columna si son parte del

sistema del prtico arriostrado) ser determinado como se muestra a

continuacin. Estas resistencias requeridas se permiten que se consideren

independientemente sin la interaccin.

1) Resistencia Requerida en Traccin Se considera el menor valor de los siguientes:

a) La fluencia esperada en traccin del arriostre, determinada como RyFyAg

Los arriostramientos no necesitan cumplir con los requisitos de la

ecuacin 10.4-1 y 10.4-2 para este tipo de carga.

b) El valor mximo proveniente del anlisis de carga, que pueda ser transferida al arriostre por el sistema estructural.

2) Resistencia Requerida en Compresin Las conexiones de los arriostres estarn diseadas para una resistencia

requerida en compresin basada en los estados lmite de pandeo, que al

menos ser igual a 1,1 veces la resistencia esperada en compresin, donde

la resistencia esperada del arriostramiento en compresin es determinada

de acuerdo al requerimiento de anlisis del numeral 13.7.2.1.


25

3) Reacomodo de los arriostres debido al pandeo Las conexiones de los arriostres se disearn para resistir las fuerzas de

flexin o rotaciones impuestas por el pandeo de los arriostres. Las

conexiones que satisfagan cualquiera de las siguientes disposiciones se

consideran que cumplen este requisito:

i. Resistencia requerida en flexin: las conexiones de los arriostres diseadas para soportar las fuerzas de flexin impuestas por el pandeo

de los arriostres tendrn una resistencia disponible en flexin de al

menos la resistencia esperada en flexin del arriostre multiplicada por

1,1. La resistencia esperada en flexin del arriostre se determina como

RyMp respecto al eje crtico de pandeo.

ii. Capacidad de Rotacin: las conexiones de los arriostres diseadas para soportar las rotaciones impuestas por el pandeo del arriostre tendrn la

capacidad de rotacin suficiente para acomodarse a la rotacin

requerida debido a la deriva mxima del piso. Se permite la rotacin

inelstica de la conexin.

d. Empalmes de columna Los empalmes de columnas deben cumplir los requerimientos del numeral

13.5.3.6.

13.7.3 Prticos con Arriostres Excntricos (EBF)

13.5.1.1 Alcances Los prticos con arriostres excntricos (EBF) de acero estructural debern ser

diseados de acuerdo a los requerimientos de este numeral.

13.5.1.2 Bases del Diseo Este numeral es aplicable a prticos arriostrados en donde un extremo de cada

arriostre intersecta una viga con una excentricidad desde el eje de la seccin de

la viga al arriostre o columna adyacente, formando un enlace que est sujeto a

corte y flexin. Excentricidades menores que el peralte de la viga son permitidas

en la conexin del arriostre alejada del enlace, si las fuerzas resultantes del

elemento y las fuerzas de la conexin son consideradas en el diseo y no existiera

cambio en la capacidad esperada de la fuente de deformacin inelstica.

Los EBF diseados de acuerdo a estas recomendaciones se espera que proveern

una significativa capacidad de deformacin inelstica principalmente a travs

del corte o la fluencia por flexin del enlace.

En donde los enlaces se conecten directamente a las columnas, el diseo de sus

conexiones a las columnas debe asegurar una performance como la especificada

por el numeral F3.6e(1) y demostrar su conformidad como lo exige el numeral

F3.6e(2).

13.5.1.3 Anlisis La resistencia requerida de los arriostres diagonales y sus conexiones, vigas

fuera de las zonas de los enlaces y columnas se basarn en las combinaciones de

carga de esta norma. En la determinacin de la carga ssmica, el efecto de las


26

fuerzas horizontales incluyendo la sobre resistencia, Emh, se tomar como las

fuerzas desarrolladas en el elemento suponiendo que las fuerzas en los extremos

de los enlaces corresponden a la resistencia ajustada al corte del enlace. La

resistencia ajustada al corte del enlace ser tomado como Ry veces la resistencia

nominal al corte del enlace, Vn, dada en el numeral F3.5b (2) multiplicado por

1,25 para los enlaces en forma de I y 1,4 para los enlaces de seccin cajn.

Excepciones

a. El efecto de las fuerzas horizontales incluyendo las sobre resistencia Emh, se permite que se tome para el diseo como 0,88 veces el valor de las fuerzas

determinadas en el prrafo anterior, para el diseo de los elementos

siguientes:

1) Las porciones de viga fuera de los enlaces. 2) Columnas en prticos de tres o ms pisos arriostrados.

b. Se permite despreciar las fuerzas de flexin resultantes de la distorsin por sismo en esta determinacin. Los momentos resultantes a partir de una carga

aplicada en la columna entre dos puntos lateralmente soportados, deber ser

considerada.

c. La resistencia requerida de las columnas no deber exceder el menor de los siguientes valores:

1) Fuerzas correspondientes a la resistencia de arranque por volteo de la cimentacin.

2) Las fuerzas determinadas a partir de un anlisis no lineal, como se define en el numeral 13.4.4.

El ngulo de rotacin inelstica del enlace deber ser determinado a partir de la

porcin inelstica de la distorsin de entrepiso de diseo. Alternativamente, el

ngulo de rotacin inelstica del enlace se permite que se determine a partir de

un anlisis no lineal como se define en el numeral 13.4.4.

13.5.1.4 Requerimientos del Sistema

a. Angulo de rotacin del enlace El ngulo de rotacin del enlace es el ngulo inelstico entre el enlace y la

viga fuera de la zona del enlace cuando la distorsin de entrepiso es igual a la

distorsin de diseo del entrepiso, . Este ngulo de rotacin no deber exceder los siguientes valores:

1) Para enlaces con longitud menor o igual a 1,6 Mp/Vp: 0,08 rad.

2) Para enlaces con longitud mayor o igual a 2,6 Mp/Vp: 0,02 rad.

donde: Mp = Resistencia nominal plstica en flexin

Vp = Resistencia nominal en corte en el enlace activo.

Para enlaces cuyas longitudes se encuentre entre 1,6 Mp/Vp y 2,6 Mp/Vp,

podr emplearse una interpolacin lineal entre los valores anteriores para

determinar el ngulo de rotacin del enlace.


27

b. Arrostramiento del enlace Cuando se utilice secciones en forma de H, deber arriostrarse ambas alas del

enlace (superior e inferior). El arriostre deber tener una rigidez y resistencia

disponible como la requerida en las zonas de ubicacin de rotulas plsticas,

tal como se especifica en el numeral 13.5.3.3.

13.5.1.5 Elementos

a. Requerimientos bsicos Los elementos de arriostre deben satisfacer las limitaciones de relacin

ancho - espesor del numeral 13.5.1 para miembros de ductilidad moderada.

Las columnas deben satisfacer las limitaciones de relacin ancho - espesor

del numeral 13.5.1 para miembros de ductilidad alta.

En el caso de que la viga fuera de la zona del enlace sea una seccin diferente

a la del enlace, la viga debe satisfacer las limitaciones de relacin ancho -

espesor del numeral 13.5.1 para miembros de ductilidad moderada.

El arriostre diagonal y el segmento de viga fuera del enlace se trata de que

permanezcan esencialmente elsticos bajo las fuerzas generadas por la

fluencia total y deformaciones del enlace que ha incursionado en la zona de

endurecimiento del material. Ambos, el arriostre diagonal y el segmento de

viga fuera del enlace suelen estar sometidos a una combinacin de una gran

fuerza axial y un momento de flexin, y por lo tanto deben ser tratados como

vigas - columnas en el diseo, donde su fuerza disponible es definida por el

Captulo 8 de esta norma.

En el caso de que la viga fuera de la zona del enlace sea la misma seccin a

la del enlace, su resistencia puede ser determinada utilizando las propiedades

esperadas del material segn lo permitido por el numeral 13.2.

b. Enlaces Deben proveerse enlaces sujetos a corte y flexin, debido a la excentricidad

existente entre las intersecciones de los ejes de los arriostres y el eje de la viga

(o entre la interseccin del arriostre y el eje de la viga y el eje de la columna,

para enlaces unidos a las columnas). El enlace se considerar que se extiende

desde la conexin del arriostre a la conexin del arriostre para enlaces

centrados o de la conexin del arriostre a la cara del enlace con la columna

para enlaces unidos a las columnas con excepcin de lo permitido por el

numeral 15.5.3.6.e.

1) Limitaciones Los enlaces deben ser perfiles H, I o cajn (laminados o soldados). Las

secciones HSS no deben usarse como enlaces.

Los enlaces deben satisfacer los requerimientos del numeral 13.5.1 para

miembros de ductilidad alta.


28

Excepciones: Para el caso de alas de enlaces de seccin H con longitud del

enlace, e 1,6 Mp/Vp, se permite que satisfagan los requerimientos de miembros de ductilidad moderada.

El alma o almas de un enlace debern tener un solo espesor. No se permite

el uso de doble plancha o penetraciones en el alma.

Para los enlaces hechos de secciones armadas se deber usar soldadura

acanalada de penetracin total para la conexin entre alas y almas.

Los enlaces hechos de secciones cajn armadas, deben tener un momento

de inercia alrededor del eje dbil Iy en el plano del EBF limitado a

Iy > 0,67 Ix, donde Ix es el momento de inercia perpendicular al plano del

EBF.

2) Resistencia al corte

La resistencia de diseo al corte, Vn, debe ser el menor valor obtenido de acuerdo al estado lmite de fluencia por corte en el alma y fluencia por

flexin en la seccin bruta. En ambos lmites se considera = 0,9.

i. Para fluencia por corte en el alma

Vn = Vp (13.7.3.5-1)

donde:

Vp = 0,6 Fy Alw para Pu/Py 0,15

Vp = 0,6 Fy Alw 1 (Pu Py )2

para Pu/Py > 0,15

Alw = (d - 2tf) tw para secciones en H

= 2(d - 2tf) para secciones cajn

Pu = carga axial requerida

Py = carga axial de fluencia = Fy Ag

ii. Para fluencia por flexin en la seccin bruta

Vn = 2Mp/e (13.7.3.5-2)

donde: Mp = Fy Z para Pu/Py 0,15 Mp = Fy Z(1- Pu/Py)/0,85 para Pu/Py > 0,15

e = longitud del enlace, definido como la distancia libre entre dos

arriostres diagonales o entre el arriostre diagonal y la cara de

la columna.

3) Longitud del enlace Si Pr/Pc >0,15 la longitud del enlace debe ser limitada como sigue:

cuando 0,5 e 1,6 Mp/Vp (13.7.3.5-1)

cuando > 0,5 e 1,6 Mp/Vp(1,15 0,3) (13.7.3.5-1)


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donde:

= (Pu/Py)/( Vu/Vy) Vu= corte requerido

Vy= corte nominal de fluencia

Para enlaces con una carga axial pequea no se considera un lmite

superior para la longitud del enlace. La limitacin en el ngulo de rotacin

del enlace del numeral 13.7.3.4 da como resultado prctico el lmite

inferior para la longitud del enlace.

4) Rigidizadores del enlace en secciones H El alma del enlace debe ser rigidizada en toda su altura con planchas

rigidizadoras en ambos lados del alma en los extremos de los arriostres

diagonales en los extremos del enlace. Estos rigidizadores deben tener un

ancho no menor a (bf - 2tw) y un espesor no menor a 0,75 tw o 10 mm,

donde bf es el ancho del ala y tw el espesor del alma del enlace.

Los enlaces deben tener rigidizadores intermedios de alma, como sigue:

i. Enlaces con longitudes de 1,6 Mp/Vp menos, deben tener rigidizadores intermedios espaciados con un intervalo no mayor a (30tw - d/5) para un

ngulo de rotacin del enlace de 0,08 rad (52tw - d/5) para un ngulo

de rotacin del enlace de 0,02 rad menos. Debe realizarse una

interpolacin lineal para valores de ngulos de rotacin entre 0,08 a

0,02 rad.

ii. Enlaces con longitudes mayores a 2,6 Mp/Vp y menores a 5Mp/Vp, deben tener rigidizadores intermedios espaciados una distancia de

1,5 bf de cada extremo del enlace.

iii. Enlaces con longitudes entre 1,6 Mp/Vp y 2,6 Mp/Vp , deben tener rigidizadores intermedios que cumplan los requerimientos de (i) y (ii)

anteriores.

No es necesario colocar rigidizadores de alma, cuando la longitud del

enlace es mayor a 5Mp/Vp.

Los rigidizadores intermedios deben tener toda la altura del alma. Para

enlaces con peralte de alma menor a 635 mm, se requieren rigidizadores

solo a un lado del alma del enlace. El espesor en este caso no deber ser

menor a tw 10 mm, el que sea mayor, y el ancho del rigidizador no ser

menor que (bf/2 - tw). Para enlaces de peralte mayor o igual a 635 mm,

debe colocarse rigidizadores intermedios similares en ambos lados del

alma del enlace.

5) Rigidizadores del enlace en secciones cajn Se colocaran rigidizadores de una altura igual a todo el peralte del alma,

en un lado de cada alma, en la conexin con el arriostre diagonal. Se

permite que estos rigidizadores sean soldados a la cara exterior o interior

de las almas del enlace. El ancho de estos rigidizadores no debe ser menor

a b/2 donde b es el ancho interior de la seccin cajn. Estos rigidizadores

no tendrn un espesor menor que el mayor valor entre 0,75 tw o 13 mm.


30

Los enlaces en secciones cajn deben poseer rigidizadores de alma

intermedios segn lo siguiente:

i. Para enlaces de longitud 1,6Mp/Vp o menores y con relacin altura del

alma a espesor, h/tw, mayor o igual a 0,64(E Fy ), deber proveerse

de rigidizadores de toda la altura del alma, en un lado de cada alma del

enlace, espaciado a intervalos que no excedan 20tw - (d - 2tf)/8.

ii. Para enlaces de longitud 1,6Mp/Vp o menores y con relacin altura del

alma a espesor, h/tw, menor que 0,64 (E Fy ), no es necesario el uso

de rigidizadores intermedios del alma.

iii. Para enlaces con longitud mayor a 1,6Mp/Vp, no se requiere el uso de rigidizadores intermedios del alma.

Se permite que los rigidizadores intermedios sean soldados a la cara

exterior o interior de las almas del enlace.

La resistencia requerida de las soldaduras de filete conectando el

rigidizador al alma del enlace es FyAst, donde Ast es el rea de la seccin

transversal horizontal del rigidizador del enlace.

Los rigidizadores en enlaces de secciones cajn no necesitan soldarse a las

alas del enlace.

c. Zonas Protegidas Los enlaces en EBF son considerados zonas protegidas que deben satisfacer

el requerimiento del numeral 13.5.3.4.

13.5.1.6 Conexiones

a. Soldaduras de Demanda critica Las siguientes soldaduras son consideradas de demanda crtica y deben

satisfacer los requerimientos de los numerales 13.3.2 y I2.3.

1) Soldaduras de penetracin en empalmes de columnas. 2) Soldaduras en la conexin columna a plancha de base.

Excepcin: donde se pueda demostrar que la rotulacin de la columna en

o cerca a la plancha de base puede evitarse por condiciones de restriccin,

y en ausencia de una traccin neta bajo las combinaciones de carga que

incluyan el efecto ssmico, las soldaduras de demanda crtica no son

requeridas.

3) Soldaduras de conexiones viga a columna de conformidad con el numeral 13.7.3.6b.

4) Soldaduras uniendo las alas del enlace y las almas del enlace a la columna cuando el enlace se conecta a la columna.

5) Soldaduras conectando las almas a las alas en vigas armadas dentro del enlace.


31

b. Conexiones viga a columna Cuando el arriostre o plancha de conexin a ambos elementos en la unin de

viga a la columna, la conexin debe estar de acuerdo a una de los siguientes

tems:

1) La conexin deber ser una conexin simple que cumpla los requerimientos del numeral 10.1.2 donde el requerimiento de rotacin

deber ser 0,025

2) La conexin deber ser diseada para resistir un momento igual al menor de los siguientes:

i. Un momento correspondiente a la resistencia de flexin esperada en la viga, multiplicada por 1,1. La resistencia esperada se determina como

RyMp.

ii. El momento correspondiente a la suma de las resistencias esperadas en flexin de las columnas, multiplicadas por 1,1. La suma de las

resistencias esperadas en flexin de las columnas se calcula como

(RyFyZ).

Este momento debe estar considerado en combinacin con la resistencia

requerida de la conexin del arriostre y la conexin de la viga, incluyendo

las fuerzas amplificadas provenientes del diafragma.

c. Conexiones del arriostre diagonal Cuando se usan agujeros agrandados, la resistencia requerida para el estado

lmite del perno por deslizamiento, no debe exceder el efecto de la carga

calculada en base a las combinaciones estipuladas por esta norma, que incluya

la carga ssmica.

Las conexiones del arriostre diseadas para resistir una porcin del momento

en el extremo del enlace, deben disearse como conexiones rgidas.

d. Empalmes de columna Los empalmes de columna deben cumplir los requerimientos del numeral

10.6.2. Cuando se usan soldaduras acanaladas para hacer el empalme stas

deben ser de penetracin total. Los empalmes de columna deben ser diseados

para desarrollar como mnimo el 50% de la menor resistencia en flexin

disponible de los elementos conectados.

La resistencia requerida en corte debe ser Mpc/Hc, donde:

Hc= La altura libre de la columna entre vigas, incluyendo la losa si

corresponde.

Mpc = Suma de los momentos nominales plsticos FycZc de la columna, arriba y debajo del empalme.

e. Conexin enlace - columna

1) Requerimientos La conexin enlace - columna debe ser una conexin rgida (FR) de

momento que satisfaga lo siguiente:


32

i. La conexin debe ser capaz de desarrollar el ngulo de rotacin especificado en el numeral 13.7.3.4a.

ii. La resistencia al corte de la conexin, medida para el ngulo de rotacin que requiere el enlace, debe ser al menos igual a la resistencia al corte

especificada para el enlace, RyVn como se define en el numeral

13.7.3.5b.

iii. La resistencia a flexin de la conexin, medida para la rotacin requerida del enlace, debe ser como mnimo igual al momento

correspondiente a la resistencia nominal de corte del enlace, Vn, como

se define en el numeral 13.7.3.5b.

2) Demostracin de conformidad Las conexiones de enlace - columna deben satisfacer los requerimientos

arriba expuestos por alguno de los siguientes tems:

i. Usar una conexin precalificada para EBF de acuerdo con la seccin K1 de la norma AISC 341,

ii. Proveer los resultados de calificacin de un ensayo cclico de acuerdo a la seccin K2 de la norma AISC 341. Se debern proveer resultados

de ensayos con al menos dos ciclos y que estn basados en uno de los

siguientes criterios:

Ensayos reportados in la literatura o documentacin de la ejecucin del ensayo, desarrollados por otros proyectos que represente las

condiciones del proyecto actual entre los lmites especificados por

K2 de la norma AISC 341.

Ensayos que son ejecutados especialmente para el proyecto y son representativos de los miembros usados en el proyecto en tamao,

resistencia del material, configuracin de la conexin y que se ajuste

a las propiedades del material entre los limites especificaos por la

seccin K2 de la norma AISC 341.

Excepcin: Los ensayos cclicos de la conexin no son requeridos si se

cumplen las condiciones siguientes:

El refuerzo de la conexin viga - columna en el extremo del enlace evita la fluencia de la viga sobre la longitud reforzada.

La resistencia disponible de la seccin reforzada y la conexin es igual o excede la resistencia requerida calculada basada en la

resistencia en corte descrita en 13.7.3.5b.

La longitud del enlace (tomada como el segmento de viga desde el extremo del refuerzo hasta la conexin del arriostre) no exceda

1,6 Mp/Vp,

Rigidizadores en todo el peralte son requeridos de acuerdo a la seccin 13.7.3.5b y colocados en la interface reforzada.

proyectonte090-cap13-dise+¦osismico

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