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IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE
CONEXIÓNES VIGA-COLUMNA
El diseño de las conexiones (viga-columna) en el diseño sismo resistente
de un edificio de concreto armado es considerado el aspecto mas critico,
sobre todo en aquellas estructuras que carecen de aisladores sísmicos o
disipadores de energía.
Estas conexiones deben garantizar el exacto desempeño de ductilidad
ante las solicitaciones sometidas por efectos de sismo entre otros
fenómenos.
El deterioro de la rigidez en los nodos conducen a grandes
desplazamientos en la estructura que impide el desarrollo de los
mecanismos de disipación de energía poniendo vulnerable la integridad
de la misma y como consecuencia final, la integridad humana y de
accesorias materiales.
Normas técnicas complementarias para diseño
de elementos de concreto 2017, capitulo 9
Las conexiones entre los elementos estructurales que tienen la
función de resistir las fuerzas sísmicas son zonas críticas para
la estabilidad de la construcción. Se presentan en ellas con
frecuencia concentraciones elevadas y condiciones complejas
de esfuerzos, que han dado lugar a numerosos casos de falla.
Particularmente críticas son las conexiones entre muros y
losas en estructuras de paneles, y entre vigas y columnas en
estructuras de marcos. Enrique Bazán y Roberto Meli. (2010).
Introducción a la sismología y a la ingeniería sísmica. En
Diseño Sísmico de Edificios(34). México: Limusa.
Normas técnicas complementarias para diseño
de elementos de concreto 2017, capitulo 9
Los aspectos críticos en el comportamiento sísmico de las
uniones entre vigas y columnas de concreto reforzado son la
adherencia, el cortante y el confinamiento. Las condiciones de
adherencia para el acero longitudinal en las vigas son
desfavorables debido a que es necesario transferir esfuerzos
elevados al concreto en longitudes relativamente pequeñas.
Enrique Bazán y Meli. (2010). Comportamiento de los
principales elementos estructurales. En Diseño sísmico de
edificios(159). México: Limusa.
Normas técnicas complementarias para diseño
de elementos de concreto 2017, capitulo 9
Conexión: zona donde se unen
e interactúan los elementos
mecánicos de las vigas y las
columnas.
Nudo
DUCTILIDAD ALTA: CONEXIONES VIGA-COLUMNA
Conexión exterior vista en planta.
Normas técnicas complementarias para diseño
de elementos de concreto 2017, capitulo 9
INTERIOR EXTERIOR ESQUINERO
TIPOS DE CONEXIONES VIGA-COLUMNA.
ENTREPISO
EN CUBIERTA
CONEXIÓNES VIGA - COLUMNA RESPECTO
A LAS NORMAS TECNICAS
COMPLEMENTARIAS PARA DISEÑO Y
CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS DE
CONCRETO 2017
1. DUCTILIDAD BAJA
2. DUCTILIDAD MEDIA
3. DUCTILIDAD ALTA
DISEÑO DE CONEXIONES DE DUCTILIDAD
BAJA (CONEXIONES PREFABRICADAS DE
CONCRETO)
• Esta sección se aplica a intersecciones de vigas o losas con columnas que
forman parte de estructuras de ductilidad baja (Q=2).
• Las conexiones se diseñarán de modo que, el grado de restricción que
proporcionen, esté de acuerdo con lo supuesto en el análisis de la
estructura, y deberán ser capaces de transmitir todas las fuerzas y
momentos que se presentan en los extremos de cada una de las piezas que
unen. Cuando una conexión forme parte del sistema estructural de
soporte ante acciones laterales, deberá resistir no menos que 1.3 veces el
valor de diseño de las fuerzas y momentos internos que transmita y 1.4
para conexión columna con columna
Las conexiones deberán cumplir los requisitos siguientes:
• a) Cuando se diseñen conexiones usando materiales con diferentes propiedades
estructurales, se deberá de tomar en cuenta sus rigideces, resistencias y
ductilidades relativas.
• b) En conexiones que formen parte del sistema estructural de soporte ante
cargas laterales, la resistencia, f c ’, del concreto empleado en las conexiones
entre elementos prefabricados, requerido para transmitir esfuerzos de tensión o
compresión, deberá ser al menos igual a la mayor que tengan los elementos que
conectan.
• c) El acero de refuerzo localizado en las conexiones de elementos prefabricados,
requerido para transmitir esfuerzos de tensión o compresión, deberá tener un
esfuerzo especificado de fluencia no mayor que 420 MPa (4 200 kg/cm²) y
deberá de anclarse apropiadamente dentro de los miembros a conectar.
• d) Cuando se utilicen colados en sitio para garantizar la continuidad de una
conexión, donde quiera que ésta se encuentre, deberán realizarse por la
parte superior de ella obligando al uso de cimbras en caras laterales
(costados) e inferiores (fondo) de la conexión.
• e) Al detallar las conexiones deben especificarse las holguras para la
manufactura y el montaje. Los efectos acumulados de dichas holguras
deberán considerarse en el diseño de las conexiones. Cuando se diseñe la
conexión para trabajar monolíticamente, las holguras deberán rellenarse
con mortero con estabilizador de volumen de manera que se garantice la
transmisión de los esfuerzos de compresión y cortante.
• f) Las conexiones se detallarán para minimizar el agrietamiento potencial
debido a las restricciones por fuerzas de cambio volumétrico.
• g) Cada ducto que atraviesa un nudo deberá tener un diámetro de por lo
menos el doble del diámetro de la barra que contiene y se rellenará con
lechada a presión de modo que asegure la adherencia de las barras.
• h) Todas las superficies de los elementos prefabricados que forman parte
de una conexión deberán tener un acabado rugoso, de 5 mm de amplitud
aproximadamente; estas superficies se limpiarán y se saturarán de agua
cuando menos 24 horas antes de colar la conexión. En el colado de la
conexión se incluirá un aditivo estabilizador de volumen.
EJEMPLOS DE CONEXIONES DE ELEMENTOS
PREFABRICADOS
Conexión por Cálices
• La zapata con cáliz es la mas utilizada para hacer empotramientos de los
pilares prefabricados. Consiste en dejar un cubo de concreto en la
cimentación y empotramiento en el pilar; a este cubo se le denomina cáliz
Sistema Peikko
Este sistema se suele usar cuando el pilar
va colocado encima de un muro de
concreto, ara anclar el pilar al muro. Se
trata de anclajes atornillados para
pilares, vigas y cimentaciones, lo que
permite construir como si se tratara de
un mecano, solamente utilizando
tornillos.
Conexión tipo SEPSA
El objetivo de la conexión SEPSA radica
en la prefabricar las columnas de un
apieza para varios pisos, se irrumpe el
concreto en los niveles donde se
apoyaran las trabes de rigidez y
portantes.
Conexión entre las trabes y las columnas
Conexiones tipo ventana
consiste en prefabricar columnas de concreto
de varios niveles, dejando "ventanas" a la
altura de los niveles de trabes, con el objeto de
que en sitio éstas se conecten con las
columnas.
Conexiones trabe-columna
DISEÑO DE CONEXIONES DE DUCTILIDAD
MEDIA
Esta sección se aplica a intersecciones monolíticas de vigas y columnas que
forman parte de estructuras de ductilidad media (Q=3).
Detalles del refuerzo en intersecciones de columnas con vigas o losas
El refuerzo transversal de una columna en su intersección con una viga o losa
debe ser tal que su separación no sea mayor y su diámetro no sea menor que los
usados en la columna en las secciones próximas a dicha intersección. Si el nudo
está confinado por cuatro trabes que llegan a él y el ancho de cada una es al
menos igual a 0.75 veces el ancho respectivo de la columna, puede usarse la
mitad del refuerzo transversal horizontal mínimo. Al menos se colocarán dos
juegos de refuerzo transversal entre los lechos superior e inferior del refuerzo
longitudinal de vigas o losa.
Resistencia del concreto en las intersecciones
• Cuando el concreto de las columnas tenga una resistencia diferente a la del
concreto de las vigas o losas, se usará en la intersección el concreto que
tenga mayor resistencia. La zona en que se use el concreto de mayor
resistencia se deberá extender hasta una distancia igual a dos veces el
peralte total de la losa a partir del perímetro de la columna.
Anclaje del refuerzo longitudinal que termina en un nudo
Toda barra de refuerzo longitudinal de vigas que termine en un nudo debe
prolongarse hasta la cara lejana del núcleo de la columna y rematarse con un
doblez a 90 grados seguido de un tramo recto no menor de 12 diámetros. La
sección crítica para revisar el anclaje de estas barras será en el plano externo
del núcleo de la columna.
PRÁCTICA EN MÉXICO PARA LAS CONEXIONES
TRABE-COLUMNA EN EDIFICIOS
PREFABRICADOS DE CONCRETO
En la construcción de estructuras prefabricadas de concreto para edificios en
México, generalmente se emplean dos tipos de soluciones para la conexión entre
las trabes y columnas prefabricadas. La primera es la tipo "ventana", que
consiste en prefabricar columnas de concreto de varios niveles, dejando
"ventanas" a la altura de los niveles de trabes, con el objeto de que en sitio éstas
se conecten con las columnas.
El segundo tipo de solución de conexión de trabe a columna que se emplea en
México se basa en el empleo de conexiones soldadas en sitio. De acuerdo con
el Reglamento de Construcciones del Distrito Federal 2017, así como con
otras normas de construcción en el país, es posible esta práctica porque estas
normativas permiten que cuando se diseñe con Q igual a 2.
NOTA: Evitar el uso de
conexiones de poca ductilidad
(por ejemplo Q= 2) en zonas de
alta sismicidad.
ESTUDIO EXPERIMENTAL DE TRABE-COLUMNA
PREFABRICADA EMPLEANDO CONEXIONES
SOLDADAS
Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento
sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en
las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM.
Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento
sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en
las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM.
VISTA DE UN ENSAYE TÍPICO DE LA CONEXIÓN TRABE-
COLUMNA PREFABRICADA
DAÑO OBSERBADO EN EL MARCO LATERALAL FINAL
DEL ENSAYE
Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento
sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en
las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM.
Daño observado en la
conexión trabe-columna
en el edificio ensayado
Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento
sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en
las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM.
ALTERNATIVA PARA LA CONSTRUCCIÓN DE
ESTRUCTURAS PREFABRICADAS EN MÉXICO
Existen soluciones alternativas a la práctica constructiva de soldar en sitio varillas
en estructuras prefabricadas. Este es el caso de estructuras prefabricadas de
concreto reforzado que emplean el concepto de emulación, el cual no utiliza
soldadura, y ha sido empleado en países sísmicos como Japón, Chile y Nueva
Zelandia. En los terremotos recientes del 23 de febrero de 2010 en Chile (Avila et
al., 2010), y 22 de febrero de 2011 en Christchurch, Nueva Zelandia, el
comportamiento observado de este tipo de estructuras ha sido satisfactorio. Este
tipo de estructura prefabricada ha sido estudiado en mesa vibradora en México por
el autor y colaboradores (Rodríguez et al. 2012), con resultados favorables.
CONCEPTO DE EMULACIÓN (NO SE EMPLEA SOLDADURA) EN UN
EDIFICIO DE CONCRETO PREFABRICADO PARA ENSAYE DE LA
MESA VIBRATORIA UNAM (2005 – 2006)
Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento
sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en
las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM.
COLADO EN ESPECIMEN PREFABRICADO
ENSAYADO EN MESA VIBRATORIA
Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento
sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en
las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM.
Nota:
El grout es una lechada de
cemento para relleno
compuesta por una mezcla de
material cementicio y agua
con o sin agregados
(aditivos).
Se utiliza para rellenar
espacios vacíos o cavidades
para garantizar la
continuidad entre los
elementos de la edificación.
COLADO DE GROUT EN DUCTOS Y
CONEXIÓN NUDO-COLUMNA DEL
ESPÉCIMEN PREFABRICADO
ENSAYADO EN MESA VIBRATORIA
Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento
sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en
las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM.
Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento
sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en
las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM.
Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento
sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en
las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM.
Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento
sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en
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Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento
sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en
las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM.
Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento
sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en
las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM.
INVESTIGACIONES EN NUEVA ZELANDIA EMPLEANDO EL
CONCEPTO DE EMULACIÓN EN LA PREFABRICACIÓN. (EMPLEO
DE VIGA-COLUMNA SIN SOLDADURA)
Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento
sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en
las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM.
• Las conexiones prefabricadas en las que se suelda las varillas de refuerzo
son frágiles. No tienen capacidad de deformación.
• Las estructuras prefabricadas construidas con este tipo de conexión
trabe-columna, estarían del lado de la inseguridad para el sismo de
diseño, y que el tipo de modo de falla de la estructura que se esperaría
sería del tipo frágil, lo que es indeseable en el diseño sísmico.
• Estas conexiones soldadas trabe-columna deben dejarse de emplear en el
país y más en zonas de alta sismicidad y emplear conexiones de otro tipo
como las que emplean el concepto de emulación.
Las disposiciones de esta sección se aplican a conexiones monolíticas de
miembros que forman parte de estructuras de alta ductilidad (Q=4).
Una conexión viga-columna o nudo se define como aquella parte de la
columna comprendida en la altura de la viga mas peraltada que llega a
ella.
A continuación se presentan las consideraciones mas
importantes de las NTC de concreto 2017.
Capitulo 9. Diseño de estructuras de ductilidad alta;
punto 9.7 Conexiones viga-columna.
Normas técnicas complementarias para diseño
de elementos de concreto 2017, capitulo 9
Se supondrá que la demanda de la fuera cortante en el nudo se debe a
las barras longitudinales de las vigas que llegan a la unión. Si la losa
esta colocada monolíticamente con las vigas, se considerará que el
refuerzo de la losa esta trabajando a tensión alojado en un ancho
efectivo, contribuye a aumentar la demanda de la fuerza cortante. En
secciones T, este ancho del patín de tensión a cada lado del alma será al
menos ocho veces el espesor del patín; en las secciones , el ancho del
patín será seis veces el espesor del patín. Las fuerzas que intervienen en
el dimensionamiento por fuerza cortante de la unión se determinarán
suponiendo que el esfuerzo de tensión de las barras es 1.25fy
El refuerzo longitudinal de las vigas que llegan a la unión debe pasar
dentro del núcleo de la columna.
En los planos estructurales deben inclinarse dibujos acotados y a escala
en las uniones de la viga-columna.
Normas técnicas complementarias para diseño
de elementos de concreto 2017, capitulo 9
9.7.1 Requisitos generales
Normas técnicas complementarias para diseño
de elementos de concreto 2017, capitulo 9
Se debe suministrar el refuerzo transversal horizontal mínimo
especificado en los incisos 9.3.4.3.c y e. Si el nudo está confinado
por cuatro trabes que llegan a él y el ancho de cada una es al
menos igual a 0.75 veces el ancho respectivo de la columna,
puede usarse la mitad del refuerzo transversal horizontal
mínimo. La separación será especificada en el inciso 9.3.4.3.d.
9.7.2. refuerzo transversal horizontal.
Normas técnicas complementarias para diseño
de elementos de concreto 2017, capitulo 9
9.7.3. refuerzo transversal vertical.
Cuando el signo de los momentos flexionantes de diseño se
invierta a causa del sismo, se deberá suministrar el esfuerzo
transversal vertical a lo largo de la dimensión horizontal del
nudo en las uniones de esquina (figura 9.7.1)
La cuantía y separación del refuerzo transversal vertical
deberá cumplir con lo especificado en los incisos 9.3.4.3.c y
9.3.4.3.d.
Se aceptará el uso de estribos abiertos en forma de U
invertida y sin dobleces siempre que la longitud de las ramas
cumpla con la longitud de desarrollo en la sección 6.1.2,
medida a partir del eje del refuerzo longitudinal adyacente a
la cara libre del nudo (figura 9.7.1).
9.7.4 Resistencia a fuerza cortante
Se admitirá revisar la resistencia del nudo a la fuerza
cortante en cada dirección principal de la sección en
forma independiente la fuerza cortante se calculará en un
plano horizontal a media altura del nudo (figura 9.7.2).
Para calcular la resistencia de diseño a fuerza cortante el
nudo se deberá clasificarlos según el número de caras
verticales compiladas por los miembros horizontales Y si
la columna es continua o discontinua. Se considerará que
la cara vertical está confinada si la viga cubre al menos
0.75 veces el ancho respectivo de la columna y si el
peralte del elemento confinante es al menos 0.75 veces al
el ancho respectivo de la columna, y si el peralte del
elemento confinante es al menos 0.75 veces a la altura de
la viga mas peraltada que llega al nudo.
Normas técnicas complementarias para diseño
de elementos de concreto 2017, capitulo 9
En nudos con tramos de Viga o columna sin cargar se
admite considerará la cara desnudo como confinadas y
los tramos satisfacen las especificaciones geométricas del
párrafo anterior y se extienden al menos un peralte
efectivo a partir de la cara de la unión la resistencia de
diseño a fuerza cortante de nudos con columnas
continuas se tomará igual a (ecuaciones 9.7.1 a 9.7.3)
a) Nudos confinados en sus cuatro caras verticales.
b) Nudos confinados en tres caras verticales o en caras
verticales opuestas.
(9.7.1)
(9.7.2)
c) Otros casos.
(9.7.2)
En nudos con columnas discontinuas, la resistencia de
diseño a fuerza cortante será 0.75 veces la obtenida de
las ecuaciones 9.7.1 a 9.7.3.
Normas técnicas complementarias para diseño
de elementos de concreto 2017, capitulo 9
El ancho b se calculará promediando el ancho medio de
las vigas consideradas y la dimensión transversal de la
columna normal a la fuerza. Este ancho b no será mayor
que el ancho de las vigas más el peralte de la columna, h,
o que la dimensión transversal de la columna normal a
la fuerza, b (figura 9.7.3).
Cuando el peralte de la columna en dirección de la
fuerza cambia en el nudo y las barras longitudinales se
doblan según la sección 7.7.1. se usará el menor valor en
las ecuaciones 9.7.1 a 9.7.3.
Normas técnicas complementarias para diseño
de elementos de concreto 2017, capitulo 9
9.7.5 Anclaje del refuerzo longitudinal.
9.7.5.1 Barras que terminan en el nudo.
Toda barra de refuerzo longitudinal de vigas que
terminen el nudo debe prolongarse hasta la cara lejana
del núcleo de la columna y rematarse con doblez a 90
grados seguidos de un tramo recto no menor de 12
diámetros. La sección crítica para revisar el anclaje de
estas barras será en el plano externo del núcleo de la
columna.
La revisión se efectuará de acuerdo con la sección
6.1.2.2, dónde será suficiente usar una longitud de
desarrollo del 80 por ciento de la allí determinada. Este
porcentaje no afectan a los valores mínimos 150 mm 8 ,
ni el tramo recto de 12 que sigue al doblez.
𝑑𝑏
𝑑𝑏
Normas técnicas complementarias para diseño
de elementos de concreto 2017, capitulo 9
9.7.5.2 Barras continuas a través del nudo
Los diámetros de las barras de vigas y columnas que
pasen rectas a través de un nudo deben seleccionarse de
modo que se cumplan las relaciones siguientes:
𝒉(𝒄𝒐𝒍𝒖𝒎𝒏𝒂)/𝒅𝒃(𝒃𝒂𝒓𝒓𝒂 𝒅𝒆 𝒗𝒊𝒈𝒂)
≥ 𝟐𝟎
𝒉(𝒗𝒊𝒈𝒂)/𝒅𝒃(𝒃𝒂𝒓𝒓𝒂 𝒅𝒆 𝒗𝒊𝒈𝒂)
≥ 𝟐𝟎
𝒉(𝒄𝒐𝒍𝒖𝒎𝒏𝒂)
Donde es la dimensión transversal de la columna
en dirección de las barras de viga consideradas.
Normas técnicas complementarias para diseño
de elementos de concreto 2017, capitulo 9
Si en la columna superior del nudo se cumple que
𝑷𝒖
𝑨𝒈𝒇𝒄´
≥ 𝟎. 𝟑, la
relación del peralte total de la viga al diámetro de las barras de
columna se puede reducir a 15. También es suficiente esta
relación cuando en la estructura los muros de concreto
reforzado resisten más del 50 por ciento de la fuerza total
inducida por el sismo.
9.7.6 Resistencia del concreto en las intercesiones
Se deberá cumplir con lo especificado en el punto 7.7.2
Normas técnicas complementarias para diseño
de elementos de concreto 2017, capitulo 9

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MUROS Y CONEXIONES NTC 2017 CONCRETO REFORZADO.pptx

  • 1.
  • 2. IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE CONEXIÓNES VIGA-COLUMNA El diseño de las conexiones (viga-columna) en el diseño sismo resistente de un edificio de concreto armado es considerado el aspecto mas critico, sobre todo en aquellas estructuras que carecen de aisladores sísmicos o disipadores de energía. Estas conexiones deben garantizar el exacto desempeño de ductilidad ante las solicitaciones sometidas por efectos de sismo entre otros fenómenos. El deterioro de la rigidez en los nodos conducen a grandes desplazamientos en la estructura que impide el desarrollo de los mecanismos de disipación de energía poniendo vulnerable la integridad de la misma y como consecuencia final, la integridad humana y de accesorias materiales. Normas técnicas complementarias para diseño de elementos de concreto 2017, capitulo 9
  • 3. Las conexiones entre los elementos estructurales que tienen la función de resistir las fuerzas sísmicas son zonas críticas para la estabilidad de la construcción. Se presentan en ellas con frecuencia concentraciones elevadas y condiciones complejas de esfuerzos, que han dado lugar a numerosos casos de falla. Particularmente críticas son las conexiones entre muros y losas en estructuras de paneles, y entre vigas y columnas en estructuras de marcos. Enrique Bazán y Roberto Meli. (2010). Introducción a la sismología y a la ingeniería sísmica. En Diseño Sísmico de Edificios(34). México: Limusa. Normas técnicas complementarias para diseño de elementos de concreto 2017, capitulo 9
  • 4. Los aspectos críticos en el comportamiento sísmico de las uniones entre vigas y columnas de concreto reforzado son la adherencia, el cortante y el confinamiento. Las condiciones de adherencia para el acero longitudinal en las vigas son desfavorables debido a que es necesario transferir esfuerzos elevados al concreto en longitudes relativamente pequeñas. Enrique Bazán y Meli. (2010). Comportamiento de los principales elementos estructurales. En Diseño sísmico de edificios(159). México: Limusa. Normas técnicas complementarias para diseño de elementos de concreto 2017, capitulo 9
  • 5. Conexión: zona donde se unen e interactúan los elementos mecánicos de las vigas y las columnas. Nudo DUCTILIDAD ALTA: CONEXIONES VIGA-COLUMNA Conexión exterior vista en planta. Normas técnicas complementarias para diseño de elementos de concreto 2017, capitulo 9
  • 6. INTERIOR EXTERIOR ESQUINERO TIPOS DE CONEXIONES VIGA-COLUMNA. ENTREPISO EN CUBIERTA
  • 7. CONEXIÓNES VIGA - COLUMNA RESPECTO A LAS NORMAS TECNICAS COMPLEMENTARIAS PARA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO 2017 1. DUCTILIDAD BAJA 2. DUCTILIDAD MEDIA 3. DUCTILIDAD ALTA
  • 8. DISEÑO DE CONEXIONES DE DUCTILIDAD BAJA (CONEXIONES PREFABRICADAS DE CONCRETO) • Esta sección se aplica a intersecciones de vigas o losas con columnas que forman parte de estructuras de ductilidad baja (Q=2). • Las conexiones se diseñarán de modo que, el grado de restricción que proporcionen, esté de acuerdo con lo supuesto en el análisis de la estructura, y deberán ser capaces de transmitir todas las fuerzas y momentos que se presentan en los extremos de cada una de las piezas que unen. Cuando una conexión forme parte del sistema estructural de soporte ante acciones laterales, deberá resistir no menos que 1.3 veces el valor de diseño de las fuerzas y momentos internos que transmita y 1.4 para conexión columna con columna
  • 9. Las conexiones deberán cumplir los requisitos siguientes: • a) Cuando se diseñen conexiones usando materiales con diferentes propiedades estructurales, se deberá de tomar en cuenta sus rigideces, resistencias y ductilidades relativas. • b) En conexiones que formen parte del sistema estructural de soporte ante cargas laterales, la resistencia, f c ’, del concreto empleado en las conexiones entre elementos prefabricados, requerido para transmitir esfuerzos de tensión o compresión, deberá ser al menos igual a la mayor que tengan los elementos que conectan. • c) El acero de refuerzo localizado en las conexiones de elementos prefabricados, requerido para transmitir esfuerzos de tensión o compresión, deberá tener un esfuerzo especificado de fluencia no mayor que 420 MPa (4 200 kg/cm²) y deberá de anclarse apropiadamente dentro de los miembros a conectar.
  • 10. • d) Cuando se utilicen colados en sitio para garantizar la continuidad de una conexión, donde quiera que ésta se encuentre, deberán realizarse por la parte superior de ella obligando al uso de cimbras en caras laterales (costados) e inferiores (fondo) de la conexión. • e) Al detallar las conexiones deben especificarse las holguras para la manufactura y el montaje. Los efectos acumulados de dichas holguras deberán considerarse en el diseño de las conexiones. Cuando se diseñe la conexión para trabajar monolíticamente, las holguras deberán rellenarse con mortero con estabilizador de volumen de manera que se garantice la transmisión de los esfuerzos de compresión y cortante.
  • 11. • f) Las conexiones se detallarán para minimizar el agrietamiento potencial debido a las restricciones por fuerzas de cambio volumétrico. • g) Cada ducto que atraviesa un nudo deberá tener un diámetro de por lo menos el doble del diámetro de la barra que contiene y se rellenará con lechada a presión de modo que asegure la adherencia de las barras. • h) Todas las superficies de los elementos prefabricados que forman parte de una conexión deberán tener un acabado rugoso, de 5 mm de amplitud aproximadamente; estas superficies se limpiarán y se saturarán de agua cuando menos 24 horas antes de colar la conexión. En el colado de la conexión se incluirá un aditivo estabilizador de volumen.
  • 12. EJEMPLOS DE CONEXIONES DE ELEMENTOS PREFABRICADOS Conexión por Cálices • La zapata con cáliz es la mas utilizada para hacer empotramientos de los pilares prefabricados. Consiste en dejar un cubo de concreto en la cimentación y empotramiento en el pilar; a este cubo se le denomina cáliz
  • 13. Sistema Peikko Este sistema se suele usar cuando el pilar va colocado encima de un muro de concreto, ara anclar el pilar al muro. Se trata de anclajes atornillados para pilares, vigas y cimentaciones, lo que permite construir como si se tratara de un mecano, solamente utilizando tornillos. Conexión tipo SEPSA El objetivo de la conexión SEPSA radica en la prefabricar las columnas de un apieza para varios pisos, se irrumpe el concreto en los niveles donde se apoyaran las trabes de rigidez y portantes.
  • 14. Conexión entre las trabes y las columnas Conexiones tipo ventana consiste en prefabricar columnas de concreto de varios niveles, dejando "ventanas" a la altura de los niveles de trabes, con el objeto de que en sitio éstas se conecten con las columnas. Conexiones trabe-columna
  • 15. DISEÑO DE CONEXIONES DE DUCTILIDAD MEDIA Esta sección se aplica a intersecciones monolíticas de vigas y columnas que forman parte de estructuras de ductilidad media (Q=3). Detalles del refuerzo en intersecciones de columnas con vigas o losas El refuerzo transversal de una columna en su intersección con una viga o losa debe ser tal que su separación no sea mayor y su diámetro no sea menor que los usados en la columna en las secciones próximas a dicha intersección. Si el nudo está confinado por cuatro trabes que llegan a él y el ancho de cada una es al menos igual a 0.75 veces el ancho respectivo de la columna, puede usarse la mitad del refuerzo transversal horizontal mínimo. Al menos se colocarán dos juegos de refuerzo transversal entre los lechos superior e inferior del refuerzo longitudinal de vigas o losa.
  • 16. Resistencia del concreto en las intersecciones • Cuando el concreto de las columnas tenga una resistencia diferente a la del concreto de las vigas o losas, se usará en la intersección el concreto que tenga mayor resistencia. La zona en que se use el concreto de mayor resistencia se deberá extender hasta una distancia igual a dos veces el peralte total de la losa a partir del perímetro de la columna.
  • 17. Anclaje del refuerzo longitudinal que termina en un nudo Toda barra de refuerzo longitudinal de vigas que termine en un nudo debe prolongarse hasta la cara lejana del núcleo de la columna y rematarse con un doblez a 90 grados seguido de un tramo recto no menor de 12 diámetros. La sección crítica para revisar el anclaje de estas barras será en el plano externo del núcleo de la columna.
  • 18. PRÁCTICA EN MÉXICO PARA LAS CONEXIONES TRABE-COLUMNA EN EDIFICIOS PREFABRICADOS DE CONCRETO En la construcción de estructuras prefabricadas de concreto para edificios en México, generalmente se emplean dos tipos de soluciones para la conexión entre las trabes y columnas prefabricadas. La primera es la tipo "ventana", que consiste en prefabricar columnas de concreto de varios niveles, dejando "ventanas" a la altura de los niveles de trabes, con el objeto de que en sitio éstas se conecten con las columnas.
  • 19. El segundo tipo de solución de conexión de trabe a columna que se emplea en México se basa en el empleo de conexiones soldadas en sitio. De acuerdo con el Reglamento de Construcciones del Distrito Federal 2017, así como con otras normas de construcción en el país, es posible esta práctica porque estas normativas permiten que cuando se diseñe con Q igual a 2. NOTA: Evitar el uso de conexiones de poca ductilidad (por ejemplo Q= 2) en zonas de alta sismicidad.
  • 20.
  • 21. ESTUDIO EXPERIMENTAL DE TRABE-COLUMNA PREFABRICADA EMPLEANDO CONEXIONES SOLDADAS Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM.
  • 22. Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM. VISTA DE UN ENSAYE TÍPICO DE LA CONEXIÓN TRABE- COLUMNA PREFABRICADA
  • 23. DAÑO OBSERBADO EN EL MARCO LATERALAL FINAL DEL ENSAYE Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM.
  • 24. Daño observado en la conexión trabe-columna en el edificio ensayado Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM.
  • 25. ALTERNATIVA PARA LA CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS PREFABRICADAS EN MÉXICO Existen soluciones alternativas a la práctica constructiva de soldar en sitio varillas en estructuras prefabricadas. Este es el caso de estructuras prefabricadas de concreto reforzado que emplean el concepto de emulación, el cual no utiliza soldadura, y ha sido empleado en países sísmicos como Japón, Chile y Nueva Zelandia. En los terremotos recientes del 23 de febrero de 2010 en Chile (Avila et al., 2010), y 22 de febrero de 2011 en Christchurch, Nueva Zelandia, el comportamiento observado de este tipo de estructuras ha sido satisfactorio. Este tipo de estructura prefabricada ha sido estudiado en mesa vibradora en México por el autor y colaboradores (Rodríguez et al. 2012), con resultados favorables.
  • 26. CONCEPTO DE EMULACIÓN (NO SE EMPLEA SOLDADURA) EN UN EDIFICIO DE CONCRETO PREFABRICADO PARA ENSAYE DE LA MESA VIBRATORIA UNAM (2005 – 2006) Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM.
  • 27. COLADO EN ESPECIMEN PREFABRICADO ENSAYADO EN MESA VIBRATORIA Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM.
  • 28. Nota: El grout es una lechada de cemento para relleno compuesta por una mezcla de material cementicio y agua con o sin agregados (aditivos). Se utiliza para rellenar espacios vacíos o cavidades para garantizar la continuidad entre los elementos de la edificación. COLADO DE GROUT EN DUCTOS Y CONEXIÓN NUDO-COLUMNA DEL ESPÉCIMEN PREFABRICADO ENSAYADO EN MESA VIBRATORIA Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM.
  • 29. Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM.
  • 30. Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM.
  • 31. Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM.
  • 32. Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM.
  • 33. Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM.
  • 34. INVESTIGACIONES EN NUEVA ZELANDIA EMPLEANDO EL CONCEPTO DE EMULACIÓN EN LA PREFABRICACIÓN. (EMPLEO DE VIGA-COLUMNA SIN SOLDADURA) Rodríguez M., G. León y H. Cabrera (2012), "Estudio en mesa vibradora del comportamiento sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles", entregado para ser publicado en las Series del Instituto de Ingeniería, UNAM.
  • 35. • Las conexiones prefabricadas en las que se suelda las varillas de refuerzo son frágiles. No tienen capacidad de deformación. • Las estructuras prefabricadas construidas con este tipo de conexión trabe-columna, estarían del lado de la inseguridad para el sismo de diseño, y que el tipo de modo de falla de la estructura que se esperaría sería del tipo frágil, lo que es indeseable en el diseño sísmico. • Estas conexiones soldadas trabe-columna deben dejarse de emplear en el país y más en zonas de alta sismicidad y emplear conexiones de otro tipo como las que emplean el concepto de emulación.
  • 36. Las disposiciones de esta sección se aplican a conexiones monolíticas de miembros que forman parte de estructuras de alta ductilidad (Q=4). Una conexión viga-columna o nudo se define como aquella parte de la columna comprendida en la altura de la viga mas peraltada que llega a ella. A continuación se presentan las consideraciones mas importantes de las NTC de concreto 2017. Capitulo 9. Diseño de estructuras de ductilidad alta; punto 9.7 Conexiones viga-columna. Normas técnicas complementarias para diseño de elementos de concreto 2017, capitulo 9
  • 37. Se supondrá que la demanda de la fuera cortante en el nudo se debe a las barras longitudinales de las vigas que llegan a la unión. Si la losa esta colocada monolíticamente con las vigas, se considerará que el refuerzo de la losa esta trabajando a tensión alojado en un ancho efectivo, contribuye a aumentar la demanda de la fuerza cortante. En secciones T, este ancho del patín de tensión a cada lado del alma será al menos ocho veces el espesor del patín; en las secciones , el ancho del patín será seis veces el espesor del patín. Las fuerzas que intervienen en el dimensionamiento por fuerza cortante de la unión se determinarán suponiendo que el esfuerzo de tensión de las barras es 1.25fy El refuerzo longitudinal de las vigas que llegan a la unión debe pasar dentro del núcleo de la columna. En los planos estructurales deben inclinarse dibujos acotados y a escala en las uniones de la viga-columna. Normas técnicas complementarias para diseño de elementos de concreto 2017, capitulo 9 9.7.1 Requisitos generales
  • 38. Normas técnicas complementarias para diseño de elementos de concreto 2017, capitulo 9 Se debe suministrar el refuerzo transversal horizontal mínimo especificado en los incisos 9.3.4.3.c y e. Si el nudo está confinado por cuatro trabes que llegan a él y el ancho de cada una es al menos igual a 0.75 veces el ancho respectivo de la columna, puede usarse la mitad del refuerzo transversal horizontal mínimo. La separación será especificada en el inciso 9.3.4.3.d. 9.7.2. refuerzo transversal horizontal.
  • 39. Normas técnicas complementarias para diseño de elementos de concreto 2017, capitulo 9
  • 40. 9.7.3. refuerzo transversal vertical. Cuando el signo de los momentos flexionantes de diseño se invierta a causa del sismo, se deberá suministrar el esfuerzo transversal vertical a lo largo de la dimensión horizontal del nudo en las uniones de esquina (figura 9.7.1) La cuantía y separación del refuerzo transversal vertical deberá cumplir con lo especificado en los incisos 9.3.4.3.c y 9.3.4.3.d. Se aceptará el uso de estribos abiertos en forma de U invertida y sin dobleces siempre que la longitud de las ramas cumpla con la longitud de desarrollo en la sección 6.1.2, medida a partir del eje del refuerzo longitudinal adyacente a la cara libre del nudo (figura 9.7.1).
  • 41. 9.7.4 Resistencia a fuerza cortante Se admitirá revisar la resistencia del nudo a la fuerza cortante en cada dirección principal de la sección en forma independiente la fuerza cortante se calculará en un plano horizontal a media altura del nudo (figura 9.7.2). Para calcular la resistencia de diseño a fuerza cortante el nudo se deberá clasificarlos según el número de caras verticales compiladas por los miembros horizontales Y si la columna es continua o discontinua. Se considerará que la cara vertical está confinada si la viga cubre al menos 0.75 veces el ancho respectivo de la columna y si el peralte del elemento confinante es al menos 0.75 veces al el ancho respectivo de la columna, y si el peralte del elemento confinante es al menos 0.75 veces a la altura de la viga mas peraltada que llega al nudo. Normas técnicas complementarias para diseño de elementos de concreto 2017, capitulo 9
  • 42.
  • 43. En nudos con tramos de Viga o columna sin cargar se admite considerará la cara desnudo como confinadas y los tramos satisfacen las especificaciones geométricas del párrafo anterior y se extienden al menos un peralte efectivo a partir de la cara de la unión la resistencia de diseño a fuerza cortante de nudos con columnas continuas se tomará igual a (ecuaciones 9.7.1 a 9.7.3) a) Nudos confinados en sus cuatro caras verticales. b) Nudos confinados en tres caras verticales o en caras verticales opuestas. (9.7.1) (9.7.2)
  • 44. c) Otros casos. (9.7.2) En nudos con columnas discontinuas, la resistencia de diseño a fuerza cortante será 0.75 veces la obtenida de las ecuaciones 9.7.1 a 9.7.3. Normas técnicas complementarias para diseño de elementos de concreto 2017, capitulo 9
  • 45.
  • 46. El ancho b se calculará promediando el ancho medio de las vigas consideradas y la dimensión transversal de la columna normal a la fuerza. Este ancho b no será mayor que el ancho de las vigas más el peralte de la columna, h, o que la dimensión transversal de la columna normal a la fuerza, b (figura 9.7.3). Cuando el peralte de la columna en dirección de la fuerza cambia en el nudo y las barras longitudinales se doblan según la sección 7.7.1. se usará el menor valor en las ecuaciones 9.7.1 a 9.7.3. Normas técnicas complementarias para diseño de elementos de concreto 2017, capitulo 9
  • 47. 9.7.5 Anclaje del refuerzo longitudinal. 9.7.5.1 Barras que terminan en el nudo. Toda barra de refuerzo longitudinal de vigas que terminen el nudo debe prolongarse hasta la cara lejana del núcleo de la columna y rematarse con doblez a 90 grados seguidos de un tramo recto no menor de 12 diámetros. La sección crítica para revisar el anclaje de estas barras será en el plano externo del núcleo de la columna. La revisión se efectuará de acuerdo con la sección 6.1.2.2, dónde será suficiente usar una longitud de desarrollo del 80 por ciento de la allí determinada. Este porcentaje no afectan a los valores mínimos 150 mm 8 , ni el tramo recto de 12 que sigue al doblez. 𝑑𝑏 𝑑𝑏 Normas técnicas complementarias para diseño de elementos de concreto 2017, capitulo 9
  • 48. 9.7.5.2 Barras continuas a través del nudo Los diámetros de las barras de vigas y columnas que pasen rectas a través de un nudo deben seleccionarse de modo que se cumplan las relaciones siguientes: 𝒉(𝒄𝒐𝒍𝒖𝒎𝒏𝒂)/𝒅𝒃(𝒃𝒂𝒓𝒓𝒂 𝒅𝒆 𝒗𝒊𝒈𝒂) ≥ 𝟐𝟎 𝒉(𝒗𝒊𝒈𝒂)/𝒅𝒃(𝒃𝒂𝒓𝒓𝒂 𝒅𝒆 𝒗𝒊𝒈𝒂) ≥ 𝟐𝟎 𝒉(𝒄𝒐𝒍𝒖𝒎𝒏𝒂) Donde es la dimensión transversal de la columna en dirección de las barras de viga consideradas. Normas técnicas complementarias para diseño de elementos de concreto 2017, capitulo 9
  • 49.
  • 50. Si en la columna superior del nudo se cumple que 𝑷𝒖 𝑨𝒈𝒇𝒄´ ≥ 𝟎. 𝟑, la relación del peralte total de la viga al diámetro de las barras de columna se puede reducir a 15. También es suficiente esta relación cuando en la estructura los muros de concreto reforzado resisten más del 50 por ciento de la fuerza total inducida por el sismo. 9.7.6 Resistencia del concreto en las intercesiones Se deberá cumplir con lo especificado en el punto 7.7.2 Normas técnicas complementarias para diseño de elementos de concreto 2017, capitulo 9