CONSULTA #4 UNIONES VIGAS COLUMNAS
El diseño de las conexiones viga- columna es considerado el aspecto más crítico dentro del diseño de un edificio de hormigón armado situado en zonas de alto riesgo sísmico, sobre todo en aquellas estructuras que carecen de diafragmas u elementos similares capaces de disipar la fuerza sísmica. En las estructuras aporticadas de concreto reforzado los nodos viga columna deben garantizar el cabal desempeño global ante las solicitaciones a las que sean sometidas. !eben asegurar la continuidad de la estructura, lo que se traduce fundamentalmente en estar capacitados para resistir tensiones de origen gravitacional, eólico, sísmico " de cualquier otra índole " transmitir estas mismas tensiones adecuadamente de la losa a las vigas, de vigas a columnas, " de columnas hasta la infraestructura o sistema de fundación.
#a ocurrencia de sismos recientes evidenció que muchas de las estructuras que colapsaron durante estos eventos lo hicieron por problemas constructivos o por deficiencias en el detallado de los nodos viga-columna. El deterioro de la rigidez en los nodos vigacolumna condu con duce cenn a grand grandes es despl desplaza azami mient entos os en la estruc estructu tura ra impi impide denn que se desar desarrol rolle lenn mecanismos de disipación de energía, poniendo en peligro la integridad de la misma. En estructuras estructuras no colapsadas colapsadas pero que presentaban presentaban fallas en los nodos, $stas son mu" difíciles difíciles de reparar, lo que en la práctica podría considerarse equivalente al colapso, en las siguientes imágenes se presentan algunos e%emplos reales de fallas en los nodos.
TIPOS DE CONEXIONES Existe una gran variedad de tipos de nudos, interiores, exteriores, esquineros, exteriores con voladizo, interiores con solo dos vigas que llegan al nudo, los que tengan losa monolíticamente construida, nudos de cubierta, de entrepiso. &ara el desarrollo de este artículo " por las investigaciones del '() se considerará *nicamente nudos interiores, exteriores " esquineros de entrepiso, de concreto de peso normal.
CONTROLES EN LA CONEXIÓN VIGA-COLUMNA CONTROL DE LA RESISTENCIA AL CORTE . RESISTENCIA AL CORTANTE HORIZONTAL APLICADO AL NUDO +ea
Donde: Vn es el cortante resistido por el nudo; Vj es el cortante aplicado al nudo; es el factor de reducción de capacidad.
#a resistencia del nudo debe regirse por los factores para estructuras que resisten los efectos sísmicos, E, por medio de pórticos especiales resistentes a momento, para cortante debe ser 0.85. +e calcula los momentos que se generan el nudo
#a determinación de las fuerzas que act*an en el nudo depende de la dirección de análisis que se considere, de esta manera se tiene para los tres diferentes tipos de nudos la sig uiente consideración
+e recuerda que para cualquier caso el peralte de la columna hc será paralelo al sentido de análisis. En nudos interiores independientemente de la dirección de análisis, o , se diseña para los momentos /0/1 En nudos exteriores en el sentido de análisis perpendicular al borde, *nicamente existe /0 siendo /123 " en el sentido de análisis paralelo al borde existen los dos momentos /0 " /1. En nudos esquineros se diseña para las dos direcciones " perpendicular al borde, es decir, *nicamente existe /0 siendo /123. 4col (ortante en la columna superior, si no existe carga axial en las vigas, tambi$n será igual al cortante en la columna inferior. &or lo tanto el cortante para nudos interiores " nudos exteriores en el sentido de análisis paralelo al borde es
&ara nudos exteriores " esquineros, sentido de análisis perpendicular al borde el 4col se expresa
!onde !istancia entre puntos de inflexión de las columnas. El punto de inflexión de una columna puede ser supuesto a media altura, esto se cumple para pisos intermedio
+e puede definir entonces que la fuerza cortante aplicada al nudo 4%, en nudos interiores " nudos exteriores en el sentido de análisis paralelo al borde es igual
&ara nudos exteriores " esquineros, sentido de análisis perpendicular al borde se expresa
#a ma"or parte de estas fuerzas 50 " (1 son transmitidas al nudo a trav$s de la adherencia de los aceros 's0 " 's1 dentro del nudo
RESISTENCIA AL CORTANTE HORIZONTAL RESISTIDO POR EL NUDO, VN
Donde f´c está expresado en 6g-cm1 7 '% es el área efectiva de la sección transversal dentro
del nudo calculada como el producto de la profundidad h% del nudo por su ancho efectivo b%
. ancho efectivo del nudo b% debe ser el ancho total de la columna bv , excepto que cuando la viga llega a una columna más ancha, el ancho efectivo del nudo debe ser el menor de 8a9 El ancho de la viga más la profundidad del nudo
8b9 El ancho de la viga más dos veces la distancia perpendicular más pequeña del e%e longitudinal de la viga al lado de la columna.
En la Figura. 13 se presenta el detalle del área efectiva , es la misma considerada tanto para nudos interiores como para exteriores " esquineros.
RESISTENCIA AL CORTANTE VERTICAL APLICADO AL NUDO, VJV 'plicable para nudos interiores, exteriores " esquineros. +ea
En donde 4% es el cortante horizontal aplicado al nudo 4%v " es el cortante vertical aplicado al nudo. +i 4%v : 4% no se tendrá problema de corte vertical. +e debe comprobar que el peralte de las vigas hv sea menor al peralte de la columna hc . +i es menor, la conexión viga columna no tendrá problema de cortante vertical.
hv:hc
RESISTENCIA AL CORTANTE VERTICAL RESISTIDO POR EL NUDO, +i la condición anterior 4%v : 4% se cumple, no es necesario revisar 4nv , resistencia nominal al cortante vertical resistida por el nudo, pues esta tambi$n cumplirá. +in embargo se analiza el cortante vertical resistido 4nv verificando que las columnas tengan por lo menos un hierro en la parte central, en cada uno de las caras. !e tal manera que la armadura longitudinal mínima de una columna debe estar compuesta por ; varillas, < de ellas ubicadas en los extremos " < en a parte central.
F!"$ %4. 'rmadura mínima en columna C&'(&) *+ *+(+&& *+ $*++'$ (uando la estructura ingresa en el rango no lineal, la adherencia puede deteriorarse notablemente durante el sismo. #os esfuerzos de adherencia en las barras que atraviesan la conexión viga- columna pueden ser mu" altos, para reducir el deslizamiento de las barras durante la formación de rótulas plásticas en las vigas ad"acentes " el deterioro de adherencia en el nudo el '() propone el siguiente control 03
$ #as fuerzas en el refuerzo longitudinal de vigas en la cara del nudo deben determinarse suponiendo que la resistencia en el refuerzo de tracción por flexión es 0.1= f" " la resistencia del nudo debe regirse por el factor > apropiado >2 3.;=
/ El refuerzo longitudinal de una viga que termine en una columna, debe prolongarse hasta la cara más distante del n*cleo confinado de la columna " anclarse, en tracción, como se verá en la longitud de ancla%e más adelante, esto es para nudos exteriores " esquineros.
!onde el refuerzo longitudinal de una viga atraviesa una unión viga-columna 8nudo interior9, la dimensión de la columna paralela al refuerzo de la viga no debe ser menor que 13 veces el diámetro de la barra longitudinal de viga de ma"or diámetro, lo propio para la dimensión de la viga.
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