Diseño sísmico de conexiones trabe-columna en acero

Héctor Soto Rodríguez
hectorsotomor@gmail.com
México, D.F. 5 de Septiembre 2015

El autor frente a
una Escultura de Acero en el
Instituto Tecnológico de Estudios
Superiores de Monterrey

PENSAMIENTO 1
“El diseño de las conexiones estructurales de acero
es, al mismo tiempo, un arte y una ciencia”
Ing. Oscar de Buen López de Heredia”
Profesor Emérito UNAM, Director General Colinas de Buen y
Premio Nacional de Ingeniería Civil por el CICM

M.I. HECTOR SOTO RODRIGUEZ
Sentados: Ing Oscar de Buen Lopez
de Heredia y el autor. Detrás del
autor: el Ing. Alejandro González de
Pliego

“Las conexiones estructurales trabe columna de
edificios de acero deben diseñarse, detallarse y
construirse con gran cuidado, especialmente en zonas
sísmicas, para garantizar el comportamiento
satisfactorio y la economía de la estructura”
HSR

1. Comentar los factores que determinan las
diferencias en el diseño sísmico de
conexiones trabe-columna, en México, Estados
Unidos y Japón.
OBJETIVOS

PRÁCTICAS CONSTRUCTIVAS EN
MÉXICO

2. Ilustrar las conexiones típicas trabe -columna
comúnmente utilizadas en estos tres países.
OBJETIVOS

TENDENCIAS ACTUALES EN CONEXIONES
TRABE COLUMNA EN MÉXICO

3. Mostrar los puntos débiles y daños en las
conexiones trabe-columna tras sismos fuertes en
Northridge, California y Japón, del 17 de enero de
1994 y 1995, respectivamente.
OBJETIVOS

4. Presentar el uso de nuevas conexiones
trabe-columna en países de alta sismicidad.
OBJETIVOS

Se hará énfasis en los requisitos que deben
cumplirse en el diseño sísmico de conexiones
estructurales rígidas trabe columna.

CONEXIONES TRABE COLUMNA
ATORNILLADAS

El diseño de conexiones trabe columna cambia
significativamente de un país a otro, debido a
principalmente a diferencias en:
1. Disponibilidad y costo del acero estructural
(materia prima).
2. Costo y disponibilidad de la mano de obra
calificada.

SECCIONES ESTRUCTURALES PESADAS
(TIPO JUMBO)

MANO DE OBRA ESPECIALIZADA EN
ESTRUCTURAS DE ACERO

5. Existencia de talleres certificados de
estructuras de acero
6. Criterios del estructurista
7. Ubicación sísmica
FACTORES

(LA FABRICACIÓN DE ESTRUCTURAS DE ACERO EN LA ACTUALIDAD

CRITERIOS ESTRUCTURISTA
En una estructura de acero de un edificio urbano e industrial los
miembros que la componen están unidos por medio de conexiones de
diversos tipos, si éstas no se realizan con un diseño adecuado, pueden
representar los puntos débiles de la estructura.
Un buen diseño de las conexiones no solamente consiste en garantizar
seguridad sino que también representa un costo significativo en la
estructura, por lo que la mejor unión es aquella que resulta sencilla,
práctica, económica y segura; no siendo fácil satisfacer estos requisitos
simultáneamente, ya que el comportamiento de las conexiones
especialmente bajo cargas dinámicas resulta muy complejo.

CRITERIOS ESTRUCTURISTA

IMPORTANCIA
Es evidente que la seguridad de una estructura
depende, entre otros factores, de que el diseño de
las conexiones sea correcto.

2) Daños en Conexiones trabe-
columna tras el sismo de
Northbridge, California, 17-enero-
1994

SISTEMAS ESTRUCTURALES EN
CALIFORNIA

SISTEMAS ESTRUCTURALES
MÉXICO Y JAPÓN

SISMO DE NORTHRIDGE, CAL
17 DE ENERO DE 1994
Ocasionó la muerte de 65 personas
Derrumbe de 9 puentes carreteros
Daños severos en más de 200 edificios
estructurados a base de marcos rígidos con
conexiones trabe columna soldadas.
Costo estimado de daños: $20 Billones de dólares

ACELERACIONES DEL SISMO DE
NORTHRIDGE
• Sylmar: 0.91g H 0.60g V
• Sherman Oaks: 0.46g H 0.18g V
• Granada Hills: 0.62g H 0.40g V
• Santa Monica: 0.93g H 0.25g V
• North Hollywood: 0.33g H 0.15g V

DAÑOS EN EDIFICIOS DE ACERO DURANTE
EL SISMO DE NORTHRIDGE DE 1994
Un buen número de edificios modernos de acero
tuvieron daños severos en las conexiones soldadas
trabe-columna rígidas.
Los daños principales fueron en, y alrededor de las
soldaduras de penetración completa en los patines
de la trabe
Los daños fueron totalmente inesperados por los
ingenieros de la profesión.

MARCOS RÍGIDOS
Un marco de acero a momento es un conjunto de
vigas y columnas conectadas rígidamente para
resistir fuerzas verticales y accidentales (sismo,
principalmente)

MARCO RÍGIDO TÍPICO NORTHRIDGE

MARCOS RÍGIDOS
En este tipo de estructura, la estabilidad lateral
depende exclusivamente de la rigidez a la
flexión de las trabes y columnas.

Construcción de un edificio de acero con marcos resistentes a momento, en
los que los extremos de las vigas se unen rígidamente a las columnas
mediante soldaduras de penetración completa.

CONEXIÓN TIPICA TRABE COLUMNA
SOLDADA NORTHRIDGE

10
30
o
T & B FLANG ES
E70T -4
Back i
ng Ba randW e l
d Tabs
ToR e
m a i
n I
n P l
ace
8
8
BO LTS :10 -22
mm A325 -
SC
HO LES :24mm
P 16 x127 x760
L
8 100
T & B o fP
L
8
T & B o fP
L
75
W 36x150 (
A36 )
W 14x257
(
A572G r.50 )
P 12 x150
L
(
Bo t
h S i
des )
JP -3 S i
des
TYP
CONEXIÓN TIPICA TRABE COLUMNA
SOLDADA NORTHRIDGE

DAÑOS CONEXIONES TRABE
COLUMNA SOLDADAS
Las conexiones trabe-columna soldadas debieron
haber sido capaces de desarrollar la capacidad a
flexión de las trabes con importantes rotaciones y
ciclos de histéresis estables.

DAÑOS CONEXIONES TRABE COLUMNA
La mayoría de los daños de las conexiones trabe-
columna soldadas durante los temblores de
Northdrige, Cal., 1994 y Kobe, Japón, 1995,
ocurrieron por un mecanismo de fractura frágil que
se inició en la raíz de la soldadura del patín inferior
de la trabe.

DAÑO SEVERO EN SOLDADURAS DE
PENETRACIÓN COMPLETA DEL PATÍN INFERIOR

Las soldaduras de las conexiones se fracturaron,
mientras que las vigas permanecían todavía en el
intervalo elástico, confirmando el comportamiento
no dúctil de las juntas soldadas.
La falla frágil produjo daños severos importantes en
las conexiones típicas.

-5000
-4000
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
-0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03
Plastic Rotation (rad)
Bending
Moment
(kN-m)
X
Brittle Fracture at Bottom
Flange Weld
Mp
Mp

Las fracturas se iniciaron en la junta soldada del patín inferior de la trabe y se
propagaron hacia el alma de la columna.
DAÑO SEVERO EN SOLDADURA DE PENETRACIÓN
COMPLETA DEL PATÍN INFERIOR

DAÑOS GENERALES
1. Fracturas en las conexiones rígidas soldadas
trabe-columna:
2. Fractura en el patín de la trabe en la zona
próxima a la soldadura
3. Ruptura en la parte media del patín de la
columna
4.Fractura del patín de la columna en la parte
inferior
5. Fractura del patín de la columna en la parte
superior de la soldadura
6. Fractura en la soldadura

DAÑOS GENERALES
7. Fractura vertical en el patín de la
columna
8. Ruptura del tablero de la columna
9. Fractura de la placa de cortante
10. Pandeo fuera del plano de
contraventeos concéntricos HSS
11. Pandeo y fractura de contraventeos
fabricados con secciones HSS cuadrados
12. Fractura en las placas base de columnas

Fracture of weld near face of column.
Note improperly oriented weld tabs.

Example of type of fracture observed after
Northridge EQ: Fracture initiating at root of
weld and propagating through weld metal,
near face of column.

Example of type of fracture observed
after Northridge EQ: Fracture initiating
at root of weld and propagating into
column flange. Fracture ends inside of
column flange.

Example of type of fracture observed after
Northridge EQ: Fracture initiating at root of
weld and propagating into column flange.
Fracture emerges from column flange several
centimeters above weld, removing a “divot” of
steel from column flange.

Example of type of fracture
observed after Northridge EQ:
Fracture initiating at root of weld
and propagating across column
flange.

Example of type of fracture
observed after Northridge EQ:
Fracture initiating at root of weld
and propagating across column
flange and column web.

Las fracturas de las soldaduras del patín superior de la trabe y de la placa de
cortante propiciaron un mecanismo potencial de colapso.
FRACTURA DE LA SOLDADURA DE LA
PLACA DE CORTANTE

Fracture of weld near face of column. Note that
business card is placed through weld fracture.
The column is a box column. Rough looking
surface of steel is due to removal of fire-proofing
material.

FRACTURA SOLDADURA
PATÍN INFERIOR TRABE

DAÑOS GENERALES
Los daños en las conexiones trabe columna
incluyeron fisuras pequeñas, difíciles de observar
visualmente hasta grandes fracturas.
En la siguiente foto se muestra una fractura que se
inicio en la soldadura de penetración completa del
patín inferior de la trabe y que se propagó al alma de
la columna.

RUPTURA DEL ALMA DE LA COLUMNA

Example of fracture across column
flange and web.

Fractura de la soldadura y del alma de la columna

DAÑOS CONEXIONES TRABE
COLUMNA

FALLAS EN CONTRAVENTEOS
CONCÉNTRICOS

FALLAS CONTRAVENTEOS
CONCÉNTRICOS

FRACTURAS EN PLACAS BASE DE
COLUMNAS

CAUSAS DE LOS DAÑOS DURANTE EL
SISMO DE NORTHDRIDGE, CAL. 1994
1.Ejecución incorrecta de las soldaduras de
penetración completa en los patines de la trabe
contra el patín de la columna.
2.Grietas preexistentes en las soldaduras o en
el metal base adyacente

SISMO DE NORTHRIDGE, CAL., 1994
3.Esfuerzos residuales en las juntas, generados
durante la fabricación de la estructura, incluyendo la
ejecución de las soldaduras
4.Falla del patín de la columna, ocasionada por
tensiones en la dirección del grueso.

SISMO DE NORTHRIDGE, CAL., 1994
5. Incremento de los esfuerzos de tensión en el patín
inferior, debido a la presencia de la losa en el
patín superior, que levanta la posición del eje
neutro
6.Presencia de estados triaxiales de esfuerzos que
propician un comportamiento frágil

CAUSA DE DAÑOS DURANTE LOS
SISMOS DE NORTHRIDGE, CAL, 1994
7. Concentración en pocos lugares de las
conexiones rígidas para soportar las acciones
sísmicas

REFUERZO CONEXIONES TRABE
COLUMNA
En algunos casos resultó más apropiado remover
las soldaduras defectuosas y cambiarlas por
soldaduras sanas depositadas con mano de obra
calificada y electrodos apropiados.

REFUERZO DE CONEXIONES TRABE
COLUMNA

“Lo que ocurrió hace poco más de 19 años
no debe olvidarse”

El Dr Egor P.Popov (qepd) ,
entonces Profesor Emérito de la
Universidad de Berkeley, California
con el autor.

DAÑOS CONEXIONES SISMO DE
NORTHRIDGE
“Reforzar las conexiones trabe columna de un
edificio de acero dañadas severamente por sismos
de magnitud moderada es corregir, tarde y a mayor
costo, lo que debió hacerse antes y durante de cada
una de las etapas de diseño y ejecución de dichas
uniones”.
HSR
•

NUEVAS CONEXIONES TRAS EL SISMO
DE NORTHRIDGE, CAL.
17 DE ENERO DE 1994

NUEVAS CONEXIONES
EL AISC ha publicado, desde 199
recomendaciones especiales para el diseño de
estructuras de acero en zonas sísmicas, que se
emplean como un complemento de sus
especificaciones generales.

NUEVAS CONEXIONES
La tercera versión, de 1997, incluye
modificaciones importantes, debidas al mal
comportamiento, no esperado, de muchas
conexiones soldadas de marcos rígidos, durante
el temblor de Northridge de 1994, e incorpora los
resultados de los estudios para entender, y
mejorar, ese comportamiento.

CONEXIONES POSTERIORES SISMO
NORTHRIDGE

CONEXIONES POSTERIORES SISMO
NORTRIDGE

ENSAYE DE NUEVAS CONEXIONES
TRABE COLUMNA EN LABORATORIO

CONEXIÓN HUESO DE PERRO
“DOG BONE”

NUEVAS CONEXIONES
Conviene que la configuración de las
conexiones haga que las articulaciones
plásticas aparezcan lejos de la cara de la
columna, donde la respuesta depende
menos del material y de la mano de obra.

CONEXIÓN HUESO DE PERRO (“DOG BONE”)
REQUISITOS GEOMETRÍCOS
Vigas a Sección Reducida (RBS)
(“Dogbone” o “Hueso de Perro”)
a  (0.50 -0.75 ) bf
b  (0.65 - 0.85) d
c  0.25 bf
4C2 + B2
8 C
A B
C
R =
bf

CONEXIÓN HUESO
DE PERRO (DOG BONE)

CONEXIONES
La conexión “Hueso de Perro” o de Sección de Viga
Reducida (“Reduced Beam Section”) es una unión
precalificada que se usa ampliamente en Estados
Unidos tras el sismo de Northridge, Cal., .
Se basa en extensas pruebas de laboratorio a
escala natural y en numerosos estudios analíticos
que han demostrado que tienen un comportamiento
satisfactorio ante cargas cíclicas.

CONEXIÓN HUESO
DE PERRO (DOG BONE)
30
o
L
45o
30
o
G r i
nd P a ra ll
e l t
o F l
ang e
G r i
nd Sm oo t
h
10
6
6
5
8
B o lt
s :25mm A 325 225mm c -c
H o l
es :27
mm D I
A .
P 9 .
5 x 152 x 762
10
8
8
8
1015mm R ad i
us
230 685
60
60
190
B .
U .B a r t
o R e
m a i
n
W e l
d B .
U .B a r t
o C o l
u
m n
A ft
e rR oo t i
s
C l
eaned and I
nspec t
ed
R e
m ove B .
U .B a r
W 36x194 (
A 36 )
W 14x426
A 572G r .50
L
P 25 x 125
G roove w e l
ds :
E 71T -8
R e
m oveW e l
d T abs

RESPUESTA EXPERIMENTAL CONEXIÓN HUESO
DE PERRO (DOG BONE)
-5000
-4000
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
-0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04
Plastic Rotation (rad)
Bending
Moment
(kN-m)
Mp
Mp

CONEXIÓN TRABE COLUMNA CON PLACA
EXTREMA
Esta conexión fue desarrollada por el Prof. Thomas
M. Murray después del sismo de 17 de enero de
1994 de Northridge, Cal. y ha sido ampliamente
utilizada en los Estados Unidos, especialmente en
zonas sísmicas.
La conexión también se usa en empalmes de tramos
de trabes.

CONEXIÓN CON PLACA DE EXTREMO
EXTENDIDA
.La trabe se conecta a la columna con mucha
precisión con una placa soldada que viene de
taller, y con un número de tornillos adecuados que
trabajan a tensión. La placa extremo puede
disponer de placas rigidizadoras que reducen la
flexión y el grueso de la placa extrema.

CONEXIÓN PLACA EXTREMA
Aprovecha las ventajas de sencillez para hacerla
más competitiva respecto a otros tipos de
conexiones trabe columna de estructuras
localizadas en zonas de alta sismicidad.

RESPUESTA DE CONEXIONES PLACA EXTREMA
PLACAS DELGADAS

CONEXIONES CON PLACA EXTREMA
El problema es complejo ya que este tipo de
conexión es altamente indeterminada y se
requiere hacer estudios empleando el método
de elemento finito para determinar la
distribución de esfuerzos internos.

Conexión a):
Cuatro tornillos sin atiesadores (4E)
Conexión b):
Cuatro tornillos atiesada (4ES)
Conexión c):
Ocho tornillos atiesada (8ES)

ATIESADA Y NO ATIESADA

RESISTENCIA REQUERIDA EN
CONEXIONES
La resistencia requerida de una conexión se
determina utilizando el esfuerzo de fluencia
esperado, Fye, del miembro conectado:
Fye = Ry Fy

RESISTENCIA REQUERIDA EN
CONEXIONES
Ry = factor que tiene en cuenta que la resistencia
de fluencia de los perfiles laminados reales suele
ser mayor que la mínima especificada.
En la tabla siguiente se indican los valores de Ry

CARACTERÍSTICAS ACERO
Los aceros que deben utilizarse tienen las
características siguientes:
Relación entre las resistencias de iniciación del flujo
plástico y de ruptura en tensión no mayor de 0.85
Diagrama esfuerzo alargamiento con una meseta
pronunciada en el nivel de fluencia.
Gran capacidad de deformación inelástica (por
ejemplo, una elongación a la ruptura en tensión no
menor de 20 por ciento, en una longitud de 50 mm).

CARACTERÍSTICAS ACERO
Relación entre las resistencias de iniciación del flujo
plástico y de ruptura en tensión no mayor de 0.85
Diagrama esfuerzo alargamiento con una meseta
pronunciada en el nivel de fluencia.

DISEÑO SÍSMICO CONEXIONES
Cuando el diseño de una estructura de acero queda
regido por una condición de carga que incluye sismo,
la resistencia de la conexión de cada viga será
suficiente para transmitir el menor de los momentos
siguientes:

Mu ≥ 1.1RyMpv
Donde:
MPv = momento plástico nominal de la trabe
Ry = corresponde al acero de la trabe

DISEÑO SÍSMICO
Se exigen requisitos semejantes a las de las
Especificaciones AISC-LRFD-99, incluyendo el
uso del esfuerzo de fluencia esperado
Fye = Ry Fy

Muc = Mpe + Vu Lp
Mpe = momento máximo probable en la
articulación plástica
Vu = fuerza cortante de diseño en el
extremo de la trabe
L = distancia de la cara de la columna a la
sección donde se forma la articulación
plástica.

Muc = Mpe + Vu Lp
Mpe = 1.1 RyFyZx
L pmín = Menor valor de d/2 o 3bf
d = peralte de la trabe
bf = ancho del patín de la trabe

DISEÑO SÍSMICO
En Estados Unidos los requisitos de diseño, en
marcos rígidos en los que se pretende obtener
una ductilidad alta, son ahora muy estrictos y
exigentes.

DISEÑO SÍSMICO
En las Especificaciones AISC 2010 (LRFD-ASD)
se han aumentado los requisitos que han de
cumplirse, sobre todo cuando disminuye la
hiperestaticidad de la estructura.

CONEXIONES PLACA EXTREMA
ESTADOS LÍMITE PERTINENTES:
1.Revisión de la resistencia a la ruptura por
cortante de los tornillos de alta resistencia
2. Falla por aplastamiento-desgarramiento de
los tornillos, en la placa extrema y en la
columna.
3. Resistencia del patín de la columna al flujo
plástico en flexión.
4. Resistencia al flujo plástico local del alma
no atiesada de la columna.

CONEXIONES PLACA EXTREMA
Estados límite pertinentes:
5. Resistencia al pandeo del alma de la
columna no atiesada frente al patín
comprimido de la trabe.
6. Resistencia al aplastamiento del alma
no atiesada de la columna frente al
patín comprimido de la trabe.

CONEXIÓN TIPO “ÁRBOL”
(JAPÓN)

CONEXIÓN TÍPICA JAPÓN
Se basa en el concepto de columna tipo árbol, que ha
sido ampliamente usada en Japón, en la que un tramo
corto de la trabe que se denomina “muñón o brazo”,
se fabrica y se suelda en taller directamente a los
patines de la columna HSS o en cajón.

Los muñones o brazos de la trabe se fabrican en
taller con patines de ancho variables para obligar que
las articulaciones plásticas se formen fuera de la cara
de la columna.

Las columna se envían de taller en tramos de uno o
dos niveles con muñones.
La conexión se termina en campo, 100 por ciento
atornillada con tornillos de alta resistencia, de
características similares a los ASTM A 325(NOM-H-
124).

Esta conexión requiere ocho placas para el empalme
de campo del muñón con la trabe: seis y dos más,
adosadas al alma de la trabe para resistir la fuerza
cortante.

Como el diseño de la conexión queda regido por una
condición de carga que incluye sismo, la columna en
cajón requiere atiesadores horizontales o placas de
continuidad en su interior, a nivel de los patines del
muñón.

Se proveen atiesadores en la zona donde se forma
las articulaciones plásticas, el primero colocado a una
distancia igual al peralte de la trabe medida del paño
de la columna y dos más, separados a una distancia
igual al ancho del patín de la trabe o a la mitad de su
peralte.

Los atiesadores tienen varios propósitos:
1. Retardar el pandeo local de los patines de la
trabe.
2. Evitar el pandeo del alma de la viga.

REQUISITOS DE CONEXIONES TRABE
COLUMNA EN ZONAS DE ALTA
SISIMICIDAD

REQUISITOS CONEXIONES ZONAS
SÍSMICAS
Se recomienda elegir conexiones cuyo diseño
se basa en los resultados de ensayes de
laboratorio bajo cargas cíclicas, como es el caso
de la unión trabe columna con placa extremo.

SÍSMICAS
Las conexiones trabe columna que se propongan
en zonas sísmicas deben demostrar una
capacidad de rotación adecuada no menor de
0.03 radianes al ser sometidas a varios ciclos de
cargas reversibles.

SÍSMICAS
Pueden utilizarse también conexiones
documentadas en la literatura, que hayan
demostrado poseer la capacidad de rotación
mencionada anteriormente.

SÍSMICAS
Deben ser capaz de desarrollar la resistencia a
flexión de la trabe, sin que se presente ningún
modo de pandeo.

REQUISITOS FUNDAMENTALES
DISEÑO SÍSMICO
Los requisitos fundamentales que deben cumplirse
en el diseño sísmico de las conexiones trabe
columna tienen por objeto que las articulaciones
plásticas que puedan desarrollarse en ellas durante
la respuesta a sismos intensos no tendrán lugar en
la cara de la columna, sino en alguna de las dos
zonas adyacentes, la viga o la junta.

COLUMNA FUERTE-TRABE DÉBIL
Las columnas soportan el peso del edificio; un
daño severo en ellas puede conducir directamente
al colapso del edificio o de una parte de él; por lo
tanto, se pretende que se eviten las articulaciones
plásticas, de ahí el concepto de vigas débiles-
columnas fuertes.

COLUMNA FUERTE TRABE DÉBIL
Si los daños se presentan en las trabes no se atenta
contra la estabilidad general de la estructura, ya que
este tipo de daños son generalmente locales.

RECOMENDACIONES
No convienen las articulaciones plásticas en las
columnas porque pueden formarse mecanismos de
entrepiso, con pocas articulaciones, y fallas con
muy poca disipación de energía, esto ocurre en los
llamados entrepisos débiles.

COLUMNA FUERTE TRABE DÉBIL
Los códigos y reglamentos de construcción
internacionales propician lograr una columna fuerte
y una trabe débil mediante la siguiente ecuación.

¿COLUMNA FUERTE -TRABE DÉBIL?

NUEVAS CONEXIONES
Los agujeros de acceso para las soldaduras
tendrán una geometría adecuada; sus
bordes serán lisos, y libres de muescas.

3) Daños en Conexiones Trabe-Columna
como consecuencia del sismo de Kobe,
Japón : 17-enero-1995

SISMO DE KOBE, JAPÓN
Ocurrió el 17 de enero de 1995, a las 5:46 am (hora local), tuvo
una magnitud de 6.8 en la escala de Ritchter y una duración de
20 seg.
• Gran lección para los japoneses y el mundo, por
considerarse Japón uno de los países mejor preparados
para enfrentar sismos
• La Ciudad de Kobe es el segundo puerto comercial de Japón
y el sexto más grande del mundo
• Causó la muerte de más de 5500 personas
• 26 000 heridos
• 300 000 personas quedaron sin hogar
• 106 000 edificios sufrieron daños severos

• Las pérdidas económicas se estimaron en 200
000 millones de dólares
• Causó daños en obras de infraestructura,
principalmente al transporte carretero e
instalaciones portuarias

Durante el sismo de Kobe, Japón, se dañaron
severamente muchos edificios de acero
estructurados con marcos rígidos.
Muchos edificios presentaron colapsos parciales.

Colapso típico de casa habitación con estructura de madera.
Falta de elementos estructurales resistentes a la acción
sísmica en planta baja.

Colapso lateral de un tramo del Viaducto Hanshin, Kobe, Japón
Estructuración poco redundante a base de péndulo invertido de
concreto reforzado

Pandeo local y fractura de diagonales de contraventeos
en X

Reparación local de columnas mediante placas de 25
mm de grueso. Condominio de Ashiya

Falla de la cimentación de las grúas carril

Daño en las vías del sistema de transporte ferroviario de
Kobe. Línea Hanshin

4) Daños en Estructuras de acero como
Consecuencia del sismo
de la Ciudad de México
-19 de septiembre de 1985

Sismos fuertes ocurridos en la Ciudad de México

DAÑOS EN ESTRUCTURAS DE ACERO
SISMOS DE 1985
El comportamiento de las conexiones trabe-columna
fue satisfactorio.
No hubo evidencias de fallas frágiles.

Pandeo local en placas de columnas en cajón

Daño en conexión soldada armaduras

PUNTOS DÉBILES CONEXIONES
TRABE COLUMNA

PUNTOS CRÍTICOS
CONEXIÓN TIPO ÁRBOL

PUNTOS CRÍTICOS CONEXIONES
TRABE COLUMNA

Las conexiones reales se construirán utilizando
materiales, configuraciones, procesos y métodos de
control de calidad que se acerquen, tanto como sea
posible, a los empleados en las juntas ensayadas.

Si se construye inadecuadamente, sin un
estricto control de calidad en las soldaduras,
puede haber puntos débiles en una estructura
de acero.

El FEMA 350 recomienda especial control de
calidad en los materiales, mano de obra, procesos
para efectuar las soldaduras y ensayes para
verificar que las soldaduras sean adecuadas.

CONTROL DE CALIDAD
SOLDADURAS DE CAMPO

FALLA FRÁGIL
En los casos pocos frecuentes, en que las
condiciones de trabajo puedan provocar fallas de tipo
frágil, deben evitarse todas las condiciones que
puedan propiciarla:
1.Uso de aceros con altos contenidos de
carbono
2.Operación de la estructura a muy bajas
temperaturas
3. Aplicación de cargas que produzcan
impacto importante

FALLA FRÁGIL
4.Presencia excesiva de discontinuidades
en forma de muescas en la estructura.
5. Condiciones de carga que produzcan un
estado triaxial de esfuerzos en el que la
relación entre el cortante máximo y la
tensión máxima sea muy pequeña
Especialmente deberá evitarse la presencia
simultánea de varias de estas condiciones. (Sismo
del 17 de enero de 1994, Northridge, Cal.).

Conexión Descripción Comentario Desventajas de diseño y
fabricación
CTC-1
Placas de conexión soldadas a
patines de la trabe y placa de
cortante soldada al patín de la
columna en taller y soldada en
campo al alma de la trabe.
En México, a diferencia de
otros países
industrializados, es común
y muy frecuente diseñar
conexiones soldadas de
este tipo.
Presenta varios puntos críticos de
falla, correspondientes a las
soldaduras de penetración
completa y de filete que deben
depositarse en campo en la placa
de conexión superior y en la de
cortante.
CTC-2
Placas de conexión atornilladas a los
patines de la trabe y placa de
cortante soldada al patín de la
columna y atornillada al alma de la
trabe
Conexión común, de uso
frecuente en México
Conexión rápida de hacer en
campo y que requiere de una
precisión geométrica muy
rigurosa para garantizar la
coincidencia de los agujeros en
patines y placas para colocar los
tornillos de alta resistencia ASTM
A325(NOM-H-124)..
CTC-3
Conexión tipo árbol, típica de Japón,
cien por ciento atornillada en campo
De uso moderado en
México, ha sido remplazada
por la conexión con placa
extrema.
Muy eficiente, ya que se reducen
los puntos críticos de la conexión,
que son las soldaduras que se
depositan en taller.
Requiere el uso de muchas
placas, por lo que la fabricación
resulta cara.
Los muñones o brazos reducen la
capacidad de transporte de las
columnas

CTC-4
Conexión con placa extrema,
unión precalificada por el AISC
Muy popular en
Estados Unidos y de
uso normal y cada vez
más frecuente en
México.
Los tornillos trabajan a
tensión, lo que
ocasiona la acción de
palanca (“prying
actions”) que deben
tomarse en cuenta en
el diseño.
Conexión sencilla y
económica, ya que no
requiere de muchos
elementos de unión y por lo
tanto se reducen los puntos
críticos de falla.
Toda la soldadura se
deposita en taller, por lo que
se elimina la soldadura de
campo que requiere mayor
supervisión y control de
calidad.
La fabricación debe ser muy
precisa para asegurar su
alineado y plomeado en
obra.
CTC-5
Hueso de perro(“dog bone”) De uso escaso en
México.
Los patines de la trabe
se reducen
intencionalmente para
obligar que en estas
zonas se formen las
articulaciones plásticas
asociadas al
mecanismo de falla.
Unión sencilla y económica,
que carece de elementos de
unión ya que los patines se
sueldan directamente a los
patines de la columna con
soldadura de penetración
completa. La placa de
cortante se atornilla en
campo.

CONEXIÓN TRABE COLUMNA
SOLDADA CT-1

CONEXIÓN SOLDADA CON REFUERZO
EXTERIOR

SOLDADA

ATORNILLADA CT-2

CONEXIÓN ATORNILLADA

CONEXIÓN TIPO ÁRBOL CT-3

CONEXIÓN HUESO DE PERRO
DOG BONE

CONEXION ATORNILLADA COLUMNA OC
CON PLACAS EXTREMAS

CONEXIÓN TRABE COLUMNA TIPO
ÁRBOL CON PLACAS EXTREMAS

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