See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/261180087 Revisión de las NTC (2004) para el diseño de columnas compuestas Conference Paper · November 2006 CITATION READS 1 909 2 authors: Tiziano Perea Roberto Leon Metropolitan Autonomous University Virginia Polytechnic Institute and State University 56 PUBLICATIONS 89 CITATIONS 199 PUBLICATIONS 1,976 CITATIONS SEE PROFILE SEE PROFILE Some of the authors of this publication are also working on these related projects: NEESRII - System Behavior Factors for Composite and Mixed Structural Systems View project Área de Estructuras View project All content following this page was uploaded by Tiziano Perea on 30 March 2014. The user has requested enhancement of the downloaded file. All in-text references underlined in blue are added to the original document and are linked to publications on ResearchGate, letting you access and read them immediately. las NTC representan la base de un gran porcentaje de los diseños de estructuras en el país (Ordaz y Meli. Enseguida se evalúan y discuten los resultados del cálculo de la resistencia de columnas compuestas. 2005. o incluso internacionales como la del Instituto Americano del Concreto (ACI.edu 1 . reconociendo así las grandes ventajas que ofrecen los elementos compuestos. Civil & Environmental Engineering. 2004. 2004) related to the composite column design. Tel: (404) 894-2201. result in more consistent values compatible with cross-sectional strength models. especialmente en sitios donde no existe un reglamento local (que por ley es de competencia municipal).edu 2 Profesor Titular. 2004. Los resultados muestran que. Tel: (404) 385-0778. incluso se evidencia una clara réplica de las NTC (no siempre de la versión más reciente) con solo cambios. E-mail: tperea@gatech. además se contrastan algunos de estos resultados con los obtenidos a partir de análisis de fibras. The strength obtained from these code provisions for both CFT & SRC composite columns are evaluated and discussed. 790 Atlantic Dr. ABSTRACT This paper presents a review of the provisions in the Mexico City code (NTC. EC-4.leon@gatech. INTRODUCCIÓN Es conocido en el gremio que en México. Atlanta. No obstante que estos documentos no tienen por sí mismos un carácter legal fuera de su jurisdicción. The results show that international code provisions. 2005. Se resume brevemente las disposiciones de las NTC (2004) en lo relativo al diseño de columnas compuestas. Atlanta. Georgia Institute of Technology. GA 30332-0355. contrastando dichas propuestas con las correspondientes a algunos códigos internacionales (AISC. 2004) o la del Instituto Americano de la Construcción en Acero (AISC. Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural REVISIÓN DE LAS NTC (2004) PARA EL DISEÑO DE COLUMNAS COMPUESTAS Tiziano Perea Olvera1 y Roberto T. as opposed to NTC (2004) ones. León2 RESUMEN En el presente artículo se hace una revisión de las Normas Técnicas Complementarias del Reglamento de Construcciones del Distrito Federal (NTC. The NTC (2004) provisions are discussed and compared with those given in similar codes (AISC. Se muestran tres casos de edificios altos construidos y diseñados en la ciudad de México utilizando marcos con columnas compuestas. en algunos parámetros estudiados sobre el sitio. The results obtained from fiber analysis are also shown and compared with those obtained from the codes. 2004). Three high-rise buildings designed and built in Mexico City with SRC composite columns are shown. el ingeniero estructurista base su diseño en normas nacionales como las de la ciudad de México (NTC. Civil & Environmental Engineering. Fax: (404) 894-2278. 790 Atlantic Dr. llegan a tenerlo cuando la autoridad municipal lo indica explícitamente en su legislación o cuando el estructurista los incorpora en los documentos del proyecto. 2004) en lo referente al diseño de columnas compuestas de acero estructural y concreto. En caso de diseño sísmico o eólico en el país. E-mail: roberto. cuando los hay. 2001). GA 30332-0355. giving proper recognition to the advantages of composite design. a diferencia de las NTC (2004). 2001). En algunos reglamentos municipales. 2005). AIJ. EC-4. AIJ. las especificaciones internacionales evaluadas producen valores confiables y compatibles con el análisis plástico de la sección transversal. en el mejor de los casos. 2004). considerando tanto columnas de acero encajonadas con concreto reforzado (SRC) como columnas tubulares de acero rellenas de concreto (CFT). Consecuentemente. 1 Estudiante de Posgrado. Georgia Institute of Technology. es común también emplear el Manual de Diseño por Sismo y por Viento publicado por el Instituto de Investigaciones Eléctricas de la Comisión Federal de Electricidad en 1993. Edificio de 26 niveles para oficinas estructurado con columnas SRC (Martínez Romero. 2005). Con este procedimiento. Uno de los primeros edificios en México en construcción mixta está ubicado en la Av. el sistema de marcos en construcción compuesta empieza a ser en México una de las soluciones estructurales aplicadas a las obras civiles. sismo.XV Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Puerto Vallarta. Lo anterior es consecuencia de la escasa investigación que se ha desarrollado en el país relativo al comportamiento de columnas compuestas no obstante a que. las uniones entre estos elementos son conexiones a cortante diseñadas para proveer resistencia ante cargas de gravedad y servicio durante la etapa de construcción. 1999). El sistema estructural permitió tener un avance importante en los tiempos de construcción al utilizar las columnas metálicas como montaje para soportar cargas de gravedad durante la etapa de construcción. y el proceso es coordinado por diferentes comités técnicos integrados por académicos e ingenieros de la práctica profesional mexicana. Este sistema permite ahorros significativos en los tiempos de ejecución. 2006 El RCDF así como sus NTC han sido actualizadas aproximadamente cada diez años. 5. Las columnas compuestas. y proporcionando de resistencia y rigidez final después del colado de la sección en concreto (Martínez Romero. las cuales son conectadas generalmente a vigas metálicas. las columnas metálicas se encajonan con concreto reforzado para proveer de resistencia y rigidez final ante cargas laterales. viento. cimentaciones.7ksi. mampostería. así como en el detallado de las conexiones viga-columna. acero. En la actualización de estas normas se incorporaron asimismo provisiones para el diseño de columnas compuestas de acero estructural y concreto. madera y criterios. Martínez Romero. se han empleado dichos elementos híbridos en la construcción de edificios de mediana y gran altura en la ciudad de México. el cual fue diseñado a mediados de los 90’s por la empresa EMRSA (Figura 1. la mayoría de las disposiciones de las NTC (2004) para columnas compuestas tienen su base en las disposiciones de códigos afines y/o estudios realizados principalmente en los Estados Unidos. están formadas por perfiles I ahogadas en concreto reforzado de fc’=39.2MPa (400kg/cm2. ciudad de México. Las pocas aplicaciones han consistido en columna de acero I para montaje. Después del montaje de vigas y colado del sistema de piso en niveles superiores. como se comentará más adelante. en febrero de 2004 fueron actualizadas todas las Normas Técnicas Complementarias (NTC. Paseo de la Reforma. La actualización de las NTC (2004) incluye el estado actual de conocimiento en México en el diseño de estructuras de concreto. como se comenta a continuación. 2004) del Reglamento de Construcciones del Distrito Federal. Figura 1. 1999) 2 . El edificio de 26 niveles y 2 sótanos. A la fecha. Figuras 2 y 3). Jalisco. está estructurado con marcos resistentes a momento en ambas direcciones. de secciones circulares y rectangulares. TRES APLICACIONES EN MÉXICO DE EDIFICIOS CON COLUMNAS COMPUESTAS Al igual que en muchas partes del mundo. son solo algunos despachos de ingeniería en México que han estructurado edificios con columnas compuestas. sin embargo. 3 . sin embargo. 1999) Figura 3. Detallado de columnas compuestas encajonadas SRC (Martínez Romero. 2003). Dicho cambio se realizó sin detener el proceso constructivo. se decidió ahogar columnas metálicas de montaje en secciones de concreto a fin de agilizar el proceso constructivo de la estructura metálica. por supuesto. además que facilitó las conexiones de algunos volados de las fachadas que no se habían podido resolver en concreto y. redujo el costo de la construcción sin alterar el proyecto arquitectónico (Martínez Romero. Originalmente este edificio de oficinas de 19 niveles. Armado de columnas compuestas encajonadas SRC (Martínez Romero. 1999) Otro edificio en la ciudad de México con columnas compuestas es el que se muestra en la figura 4. Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural Figura 2. diseñado por la firma EMRSA. se estructuró en concreto. debido al retraso que llevaba el programa de construcción por problemas en la excavación. 2006 Figura 4.XV Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Puerto Vallarta. Jalisco. En la figura 6 se muestra esquemáticamente el proceso constructivo de este edificio. Figura 5. Edificio de 19 niveles para oficinas estructurado con columnas metálicas de montaje encajonadas con concreto reforzado (Martínez Romero. Edificio de 20 niveles para oficinas estructurado con armaduras Vierendeel y columnas metálicas de montaje encajonadas con concreto reforzado (Martínez Romero. se propuso Armaduras Vierendeel de un piso de altura y 30m de claro. Las columnas metálicas exteriores se utilizaron para el montaje y conexión con las vigas de los entrepisos. 2003) La figura 5 muestra un edificio de oficinas de 20 niveles. Para evitar vigas de secciones robustas que salvaran los 30m de claro. posteriormente quedando ahogadas en secciones de concreto reforzado (Martínez Romero. 4 . 2003). también ubicado en la ciudad de México y diseñado por la firma EMRSA en el 2003. 2003). El edificio tiene cuatro crujías en la dirección longitudinal y una crujía de 30m de claro en la dirección perpendicular. el cuatro por ciento del área de la sección transversal compuesta total. Algunos de ellos solo tienen aplicabilidad a cierto tipo de columnas compuestas. Evidentemente esta limitación únicamente aplica a columnas encajonadas SRC. Las actuales especificaciones AISC (2005) se basan en el método de resistencia última y. AISC Commentary. en este trabajo citada como NTC (2004). y estribos transversales. Esta limitación también era requerida por las normas del AISC (1986). otros. todas las disposiciones de diseño de elementos compuestos de acero y concreto son expuestas en el capítulo 3. Así. 2002. por lo tanto. barras longitudinales para restringir el concreto. se sustentan en límites sugeridos en la literatura especializada en función de los intervalos en los datos experimentales disponibles. para secciones compuestas con elementos de acero. la inclusión de acero de refuerzo es útil en caso de que se desee tener una reserva. se deberán de aplicar las Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras Metálicas. 2005). pero principalmente confinamiento al concreto. Etapas de montaje y construcción para los primeros 4 niveles del edificio de la figura 5 (Martínez Romero. y se justificaba por las diferencias en resistencia obtenidas con AISC y ACI para columnas con cuantías menores al cuatro por ciento. b) El concreto que recubre la sección de acero está reforzado con barras longitudinales de carga. Las actuales especificaciones AISC (2005) fijan este límite al uno por ciento. el acero de refuerzo no es tan esencial debido a que la sección de acero provee de resistencia y ductilidad a la sección de concreto.6 de la norma correspondiente a las estructuras de acero. suceso en el cual es segura la caída de resistencia de la sección metálica. 5 . en las cuales es indispensable acero de refuerzo para aportar resistencia. Las limitaciones citadas son: a) El área de la sección transversal del elemento de acero es. 2004) citan que. las NTC (2004) exigen que se satisfagan ciertos requisitos. sin embargo. como el de garantizar una resistencia mínima para resistir al menos las cargas de gravedad en caso de incendio. 2003) REQUISITOS DE LAS NTC (2004) PARA EL DISEÑO DE COLUMNAS COMPUESTAS Las Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Concreto (NTCEC. por ejemplo. Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural (i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) Figura 6. cuando menos. Para columnas rellenas CFT. las diferencias se reducen (León y Aho. LIMITACIONES Para que un miembro comprimido pueda considerarse compuesto. La metodología de estimar la resistencia de elementos compuestos con parámetros modificados fue propuesta inicialmente por Furlong en 1976. y después. Así. las NTC (2004) proponen ecuaciones similares a las que se utilizan para elementos de acero. sea estructural o de refuerzo. Las NTC de Estructuras de Concreto (NTCEC. con la variante de usar propiedades modificadas (o equivalentes) del esfuerzo de fluencia (Fym) y módulo de elasticidad (Em). limitan la resistencia máxima del concreto a valores de 70MPa (714kg/cm2). es mayor de 412MPa (4200kg/cm²). Jalisco. y concretos ligeros. fue aceptada en las especificaciones del AISC de 1986. Esta limitación tiene su base en el rango de ensayes experimentales disponibles con concretos de resistencia normal. para una sección ahogada en concreto. ni que 3mm en cualquier caso. Esta limitación tiene su base en el rango de ensayes experimentales disponibles con los aceros estructural y de refuerzo. si es ligero tendrá una resistencia no menor de 29MPa (300kg/cm²). en el cálculo de resistencia se tomará ese valor.3 veces la dimensión total de la sección compuesta en el plano en que se estudie el pandeo. El radio de giro mínimo está dado por su dimensión menor sobre √12 para secciones rectangulares (≈0.152 n ⎥⎦ Donde At es el área total de la sección transversal del elemento de acero estructural. 2004). y además. ni que D√(Fy/8E) en secciones circulares de diámetro exterior D. Las ecuaciones adaptadas de esta metodología en las NTC (2004) para la estimación de los parámetros modificados quedan definidas como: Ar * A Fmy = Fy + C1 Fyr + C2 f c c (3) At At A Em = E + C3 Ec c (4) At 6 . tener un adecuado retraso del pandeo local. concretos de alta resistencia. e) El grueso t de las paredes de las secciones tubulares de acero estructural rellenas de concreto no es menor que b√(Fy/3E) para cada cara de ancho b en secciones rectangulares o cuadradas. El parámetro de esbeltez λc está definido como: KL Fmy λc = (2) rπ Em Donde r es el radio de giro del elemento de acero estructural. la resistencia a compresión de un miembro compuesto queda definida en como: ⎡ Fmy ⎤ Rc = FR ⎢ 1/ n ⎥ t A ≤ FR ⋅ Fmy ⋅ At ( ) (1) ⎢⎣ 1 + λc 2 n − 0. RESISTENCIA A COMPRESIÓN Para la determinación de la resistencia a compresión de un miembro compuesto. su resistencia especificada en comprensión no es menor de 20MPa (200kg/cm²) ni mayor de 54MPa (550kg/cm²). 2006 c) Si el concreto es de peso volumétrico normal.3b) y el diámetro sobre √16 para secciones circulares (0. por su parte. Esta limitación intenta garantizar un adecuado confinamiento en secciones rellenas CFT. las NTC (2004) sugieren que no debe ser menor que 0. d) Si el límite de fluencia del acero.XV Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Puerto Vallarta.25D). 1997). En el caso particular del coeficiente relacionado con el concreto (C2).85=0.. Debido al mayor confinamiento que desarrollan secciones circulares CFT. La resistencia a compresión pura RC de la columna compuesta se calcula con la ecuación 1. y fc* es la resistencia nominal del concreto en compresión.85 y C3=0. Debido a que el porcentaje de acero estructural se redujo del 4% al 1%. mientras que el momento resistente Mm de la columna compuesta se obtiene con la ecuación 7. Por su parte. 7 . dicha contribución está íntimamente relacionada con el acortamiento del concreto y el nivel de agrietamiento. Fy y Fyr son los esfuerzos de fluencia del perfil de acero y del refuerzo longitudinal. Pu 0. y M*uox y M*uoy son los momentos últimos máximos en toda la columna.0 (6) RC Mm F R⋅M py Donde Pu es la demanda última en carga axial.. las actuales especificaciones del AISC (2005) proponen una variación lineal en función de la cuantía del acero estructural. Ec es igual a 2500√fc’ (MPa).595≈0.70x0. respectivamente) en la resistencia del elemento compuesto. At y Ar son las áreas de concreto. presentan los siguientes valores: C1=1. y éstos controlados a su vez por la cantidad de acero y el grado de confinamiento presente en el elemento de concreto. para los de clase 2. el coeficiente C2 para secciones SRC se aproximó a 60% (C2=0. valor originalmente fue propuesto por el ACI para columnas de concreto reforzado (Viest et al. acero estructural y refuerzo longitudinal.6 y C3=0. 2002. La ecuación 5 se emplea para la revisión de las secciones extremas.7. E y Ec son los módulos de elasticidad del acero y del concreto. Estos valores fueron propuestos por el comité SSRC Task Group 20. 1997). Ec se asume igual a 4400√fc’ (MPa) para concretos con agregado grueso calizo. se determinará de acuerdo con lo prescrito en las NTCEC (2004).40 para secciones CFT y de 0. AISC Commentary. las actuales especificaciones del AISC (2005) aceptan un esfuerzo efectivo del 95% de la resistencia fc’ (León y Aho.6 a 0. se adoptó además un esfuerzo efectivo del 85% de la resistencia fc’. Muox y Muoy son los momentos últimos en la sección extrema a analizar.85M uox 0.0. Los coeficientes adoptados en las NTC (2004). C2=0. presentados inicialmente en las especificaciones del AISC (1986). Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural Donde Ac.20 para secciones SRC fueron originalmente adoptados por el AISC (1986). mientras que la ecuación 6 se aplica para la revisión de la columna completa. y 3500√fc’ (MPa) si el agregado grueso es basáltico. Una justificación de los valores asumidos en las especificaciones del AISC (1986) se mencionan a continuación: Los coeficientes C1 y C2 están relacionados con la contribución del concreto reforzado (acero longitudinal y concreto.4 para secciones tubulares rellenas de concreto o CFT. y estimados estadísticamente a partir de los ensayes experimentales encabezados por Galambos durante los años 70’s en los Estados Unidos (Viest et al. el coeficiente C3 está relacionado con la contribución del concreto en la resistencia al pandeo de la sección compuesta.9 para secciones CFT y de 0. Valores de 0. Para concreto ligeros. y C1=0.60M uoy + + ≤ 1. Los valores de estos coeficientes en las especificaciones del AISC (1986) asumieron. La resistencia plástica a compresión es Py=A*Fmy. igual a 0. 1997).60). 2005). C2=0. 1997). respectivamente (Viest et al. RESISTENCIA A FLEXOCOMPRESIÓN Las NTC (2004) sugieren para el caso de flexocompresión la revisión de dos ecuaciones de interacción. oscilando entre 0.0 (5) F R⋅P y F R⋅M px F R⋅M py Pu M *uox M *uoy + + ≤ 1. respectivamente. respectivamente. debido al nivel de confinamiento que se pueden desarrollar.2 para perfiles metálicos ahogados en concreto reforzado o SRC.3 para secciones SRC..8fc’. Para concretos clase 1. contribuciones del 70% en secciones SRC y 100% en secciones CFT (Viest et al.1 a 0.. fc’ es la resistencia especificada del concreto en compresión. además. 2006 ⎛ ⎜ (L ry ) Fmy E m ⎞⎟ M m = FR 1. dejando al ingeniero el cálculo de la resistencias plástica de la sección compuesta. si se colocan los conectores de cortante necesarios y la sección está debidamente reforzada y confinada.55 ⎟ px ⎝ ⎠ El factor de reducción de resistencia (FR) para compresión se propone con un valor de 0.6. apartado más ad hoc que el citado en el cuerpo de estas normas.07 − M ≤ FR ⋅ M px (7) ⎜ 18.5 menciona también que. si se desprecia la contribución del concreto) y de 0. menor al factor de 0.90). El inciso 3.5 indica al final que. resistencias calculadas con estas expresiones también son congruentes con los resultados experimentales (Nishiyama et al. para determinar la resistencia nominal a flexión (Mpx). Liu.6. dejando a la interpretación el asumir dicho valor. estas resistencias no pueden ser capturadas por las ecuaciones de interacción propuestas en las NTC (2004. cada uno proponiendo diferentes valores de FR (con intervalo de 0.85.85 a 0. Las ecuaciones propuestas en estas especificaciones son consistentes con el análisis plástico y comptabilidad en deformaciones de la sección transversal.90. El inciso 3. 8 . Chung y Matsui.90 si sólo se considera la plastificación de la sección de acero (es decir. Los comentarios a las especificaciones del AISC (1986) presentaban una ecuación aproximada para la estimación del momento plástico para secciones encajonadas SRC y doblemente simétricas (Ecuación 9). se refiere a la resistencia de diseño de vigas ahogadas en concreto.6. no se presenta ninguna ecuación o recomendación adicional para su determinación.3. se puede suponer que la sección de acero está completamente plastificada (Ecuación 8). dicha expresión es la suma algebraica del momento plástico del perfil metálico. de la capacidad a momento del concreto reforzado en compresión. Dicha resistencia. respectivamente. Esta última sección tiene tres incisos. del momento debido a la fluencia del acero de refuerzo (asumiendo que tres de ocho varillas están en las caras opuestas).2. Varma et al. mientras que para flexión se cita la sección 3.7 f c h1 ⎠ En las actuales especificaciones del AISC (2005) se presentan expresiones con mayor aproximación para calcular las resistencias de puntos característicos del diagrama de interacción para diferentes tipos de columnas compuestas (AISC Design Examples. El inciso 3. ecuaciones 5 y 6). 2006). Jalisco. M px = Z x ⋅ Fy (8) Las resistencias calculadas con la ecuación anterior.. como se percibe.85. 2002.5. sin considerar ninguna resistencia adicional por la contribución del concreto.XV Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Puerto Vallarta. 2004. que corresponde al diseño de vigas compuestas con conectores de cortante.2. del acero de refuerzo. y finalmente. las cuales solo proyectan una linea recta entre los casos de compresión y flexión pura (puntos A y B de la figura 7). Es quizás debido a las posibles imprecisiones al calcular dicha resistencia que las NTC requieren usar un factor de reducción de resistencia de 0.6. 2005). De este modo. La Figura 7 muestra el caso de columnas encajonadas SRC con flexión alrededor del eje fuerte de le sección metálica. aun considerando factores de reducción de resistencia de 0. Sin embargo.90 que se pide cuando se desprecia la contribución del concreto al usar la ecuación 8.2. no reconoce las ventajas de la construcción compuesta al anular enteramente la contribución del concreto a flexión. las resistencias calculadas para los puntos característicos D y C (Figura 7) destacan los valores correspondientes a la fallas balanceada y de cero esfuerzo en tensión.2.85 si se considera la plastificación de la sección compuesta. la resistencia de diseño en flexión es la que corresponde a la plastificación completa de la sección compuesta. 2005. ⎛ A F ⎞ M px = ⋅Z x ⋅ Fy + 1 (h2 − 2cr )Ar Fyr + ⎜⎜ h2 − w 'y ⎟⎟ Aw Fy (9) 3 ⎝ 2 1. y en su caso. son muy conservadoras. Por el contrario. éste sugiere tomar un valor de 0.. 9 . Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural Figura 7. y para columnas de sección compuestas por perfiles I encajonas con concreto reforzado (AISC Design Examples. Ecuaciones para calcular puntos del polígono que aproxima al diagrama de interacción con flexión alrededor del eje fuerte. 2005). AISC (2005). La distribución del acero longitudinal y transversal facilita la conexión con las vigas que llegasen al nodo. EC-4 (2004) y AIJ (2004). • La columna CCFT20x0. 5ksi).2 o W14x90.XV Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Puerto Vallarta. es una sección formada por 4 placas de 508x19mm (20x3/4in) de Acero NOM B234 (Fy=248MPa.b). y rellena de concreto con resistencia de 34.375 de Acero ASTM A500 grado B (Fy=290MPa. 2530kg/cm2) o ASTM A36 (Fy=50ksi).5x63.5MPa (350kg/cm2.375 (Figura 8. los diagramas de interacción para las columnas que se describen a continuación. 42ksi) y rellena de concreto con resistencia de 34.5MPa (350kg/cm2. 4218kg/cm2. Secciones de columnas compuestas • La columna 25x25SRC14x90 (Figura 8. con una sección IR356x134. 2006 APLICACIÓN DE LAS NTC (2004) Y DE OTRAS NORMAS AFINES PARA EL CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE COLUMNAS COMPUESTAS En los siguientes ejemplos se determinan. y estribos del #4@15 de acero transversal. 2953kg/cm2. el acero de refuerzo (Fy=414MPa. 368 W14x90 IR356x134 305 HSS20x0. 60ksi) de esta columna consta de 12 varillas del #10 de acero longitudinal.375 305 635 368 9 φ508 40 40 508 635 12 # 10 ESTR. • La columna RCFT20x20x3/4 (Figura 8. encajonada por una sección de concreto de 63.#4@15 a) Columna 25x25SRC14x90 b) Columna CCFT20x0.5cm (25x25in).375 19 19 15 19 508 584 508 15 19 508 305 c) Columna RCFT20x20x3/4 d) Columna RCFT20x12x5/8 Figura 8.c). es una sección circular compuesta de un perfil tubular circular OR508x9. 5ksi). 10 .a) consta de un perfil de acero NOM B234 (Fy=248MPa.5 o HSS20x0. Jalisco. de acuerdo con NTC (2004). y cuyas secciones se muestran en la figura 8. 2530kg/cm2) o ASTM A36 (Fy=36ksi). 5ksi). 3234kg/cm2. Pn (kN) Pn (kN) 20000 12000 NTC (2004) NTC (2004) 10000 AISC (2005) 16000 AISC (2005) EC-4 (2004) EC-4 (2004) 8000 12000 6000 8000 4000 4000 2000 0 0 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 KL (m) KL (m) a) Columna 25x25SRC14x90 b) Columna CCFT20x0.375 Pn (kN) Pn (kN) 17000 12000 NTC (2004) NTC (2004) 15000 AISC (2005) 10000 AISC (2005) EC-4 (2004) 13000 EC-4 (2004) 8000 11000 6000 9000 4000 7000 5000 2000 3000 0 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 KL (m) KL (m) c) Columna RCFT20x20x3/4 d) Columna RCFT20x12x5/8 Figura 9. 29000ksi). a la consideración en la resistencia del concreto con el valor de fc* (igual a 0. debido también a diferencias con los factores de reducción de resistencia. la variación de la resistencia nominal a compresión pura en función de la longitud efectiva del elemento (KL). las diferencias en resistencia se a acortan al evaluar la capacidad última.8fc’). 5ksi). En la figura 9 se muestran. Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural • La columna RCFT20x12x5/8 (Figura 8. mientras que para el concreto fue calculado de acuerdo a la norma correspondiente. sobre todo en columnas cortas encajonadas (SRC). En estas figuras se observa que las NTC (2004) presentan una menor estimación de la resistencia nominal a la que se obtiene con los otros documentos de referencia.5MPa (350kg/cm2.d). Variación de la resistencia a compresión nominal con la altura efectiva 11 . sin embargo. En todas las columnas propuestas se asume una altura efectiva de 4m (13ft) y una resistencia del concreto de 34.5MPa (350kg/cm2. para las columna propuestas. 46ksi) y rellena de concreto con resistencia de 34. es una sección formada por un perfil tubular rectangular OR508x305x15. pero además. Estas diferencias se deben a variaciones en los coeficientes y ecuaciones propuestas.9 o HSS20x12x5/8 de Acero ASTM A500 grado B (Fy=317MPa.04x106kg/cm2. El módulo de elasticidad considerado para todo el acero estructural y de refuerzo es de 200GPa (2. Todas las columnas propuestas satisfacen las limitantes de las normas consideradas para calificar como columnas compuestas. las especificaciones del AISC (2005). 2006 Las figuras 10 a 13 presentan los resultados del cálculo de las resistencias nominales y últimas siguiendo los requisitos de las normas previamente mencionadas. Las anteriores diferencias son resultado de la aplicación de las ecuaciones de interacción propuestas en las vigentes NTC (2004. Diagramas de interacción de la columna CCFT20x0. las cuales no reflejan los incrementos en resistencia debidos a combinaciones de esfuerzos en el concreto y acero estructural. Resultados analíticos basados en estos conceptos han sido comparados con resistencias obtenidas de ensayes experimentales. Diagramas de interacción de la columna 25x25SRC14x90 Pn (kN) Pu (kN) 12000 9000 NTC (2004) NTC (2004) AISC (2005) 8000 10000 AISC (2005) EC-4 (2004) 7000 AIJ (2001) EC-4 (2004) 8000 6000 5000 6000 4000 4000 3000 2000 2000 1000 0 0 0 200 400 600 800 1000 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Mn (kN-m) Mu (kN-m) a) Resistencia nominal b) Resistencia última Figura 11.. y reconociendo con mayor transparencia las grandes ventajas que ofrecen las columnas compuestas. 2004. en el acero de refuerzo. 2002. Liu. no capturan los puntos correspondientes a las fallas balanceada y de cero esfuerzos en tensión.375 12 . mostrando una buena relación entre ellos (Nishiyama et al. En estas figuras se observa que. 2006). y en su caso. EC4 (2004) y AIJ (2001). con las NTC (2004). Chung y Matsui. puntos característicos de un diagrama de interacción en elementos de concreto reforzado y compuestos con acero sujeto a flexocompresión. En otras palabras. 2005. se obtienen resistencias menores a las que se obtendrían con las especificaciones del AISC (2005). Pn (kN) Pu (kN) 20000 15000 NTC (2004) NTC (2004) 16000 AISC (2005) 12000 AISC (2005) EC-4 (2004) EC-4 (2004) 12000 9000 8000 6000 4000 3000 0 0 0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 Mn (kN-m) Mu (kN-m) a) Resistencia nominal b) Resistencia última Figura 10. Jalisco.XV Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Puerto Vallarta. considerando así una mayor contribución en resistencia debida al concreto.. Varma et al. En contraste. EC4 (2004) y AIJ (2001) se basan en métodos de análisis de la sección transversal en los que se asume cierta distribución de los esfuerzos en los materiales componentes y compatibilidad de deformaciones de las secciones planas. ecuaciones 5 y 6). en la figura 14 se muestran los resultados del análisis de fibras para la sección CCFT20x0.0006) para el concreto y de (fy. con un límite elástico en el punto (0. Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural Pn (kN) Pu (kN) 18000 14000 AISC AISC 15000 NTC 12000 NTC EC-4 EC-4 10000 12000 8000 9000 6000 6000 4000 3000 2000 0 0 0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 0 400 800 1200 1600 2000 Mn (kN-m) Mu (kN-m) a) Resistencia nominal b) Resistencia última Figura 12. 2003. Nishiyama et al. Hajjar. 2004. León 2001. El-Tawil y Deierlein. Morino y Tsuda. se puede consultar: Roik y Bergmann. Spacone y El-Tawil.375. el efecto del confinamiento en secciones rellenas CFT y el retraso de los efectos del pandeo local en el acero estructural. Para considerar los efectos de no linealidad geométrica se consideró en una imperfección inicial de L/1000. 2000. 1999. Diagramas de interacción de la columna RCFT20x20x3/4 Pn (kN) Pu (kN) 12000 10000 NTC (2004) NTC (2004) 10000 AISC (2005) 8000 AISC (2005) EC-4 (2004) 8000 EC-4 (2004) 6000 6000 4000 4000 2000 2000 0 0 0 300 600 900 1200 1500 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Mn (kN-m) Mu (kN-m) a) Resistencia nominal b) Resistencia última Figura 13. Para el análisis se supuso que tanto el concreto como el acero tienen un comportamiento elastoplástico perfecto. entre otros. 1997.. 2002. no solo la contribución del concreto y del acero estructural y de refuerzo. sino además. 13 ..85fc’. 2002. León y Aho. Diagramas de interacción de la columna RCFT20x12x5/8 A juicio de los autores. Las propuestas de dichos documentos internaciones se sustentan en estudios analíticos y experimentales publicados en la literatura especializada. 0. 1992. 2004. los documentos internacionales citados en este trabajo reconocen con mayor transparencia en la resistencia. Viest et al. Solo por mencionar algunos. Para ejemplificar lo anterior.. fy/Es) para el acero. Sakino et al. la cual se sustenta en una distribución de esfuerzos plásticos con compatibilidad de deformaciones en la sección transversal. Las diferencias en resistencia con respecto al EC-4 y AIJ se deben a que éstos últimos consideran. una resistencia superior en el concreto debido al efecto del confinamiento que provee la sección tubular metálica al concreto. Pn (kN) 12000 NTC (2004) AISC (2005) 10000 EC-4 (2004) AIJ (2001) Análisis de Fibras 8000 6000 4000 2000 0 0 200 400 600 800 1000 Mn (kN-m) Figura 14. en particular para el caso de columnas cortas con secciones circulares CFT. Jalisco. 2006 Los resultados del análisis de fibras muestran una mayor similitud con la propuesta del AISC. Comparación de la resistencia nominal para la columna CCFT20x0. Dicho incremento de resistencia por confinamiento no se considera en los resultados del análisis de fibras que se muestran en la figura 14.XV Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Puerto Vallarta.375 14 . como la contribución a momento del concreto. La metodología que adopta las NTC (2004) de estimar la resistencia de elementos compuestos con parámetros modificados. permite aceptables resultados a compresión y flexión pura. 2005. A diferencia de las NTC (2004). 2004. Sin embargo. las ecuaciones de interacción propuestas en las NTC (2004) no reflejan la resistencia real de los elementos compuestos. el efecto del confinamiento en el concreto y el retraso del pandeo local en el acero estructural. se incluyan recomendaciones para el diseño de las columnas compuestas. etc. las especificaciones internacionales evaluadas se basan en métodos de análisis plástico de la sección transversal asumiendo cierta distribución de los esfuerzos en los materiales componentes y compatibilidad de deformaciones de las secciones planas. se elabore una Norma Complementaria para el Diseño y Construcción de Estructuras con Elementos Compuestos. encajonándolas en diferentes etapas durante la construcción con una sección de mayores dimensiones en concreto reforzado a fin de proveer de resistencia y rigidez final a la estructura. Asimismo. puntos característicos del diagrama de interacción de los elementos compuestos. Evidentemente. éstas deberán sugerir el empleo del análisis plástico de la sección transversal compuesta para el cálculo de la resistencia última. 2001) para el diseño de columnas compuestas de acero encajonadas con concreto reforzado (SRC) y columnas tubulares de acero rellenas de concreto (CFT). y en estas. se hace referencia a tres edificios altos construidos en la ciudad de México y estructurados con columnas compuestas encajonadas SRC. AIJ. Asimismo. La estructuración con columnas compuestas permitió. sin embargo. A juicio de los autores. Se evaluaron y discutieron los resultados del cálculo de la resistencia con base en los requerimientos de las NTC (2004) y de otros documentos afines internaciones (AISC. en estos proyectos se utilizaron las columnas metálicas como columnas de montaje. los efectos del confinamiento. EC-4. los resultados obtenidos con estas normas no capturan los puntos correspondientes a las fallas balanceada y de cero esfuerzos en tensión. expuesta inicialmente en las especificaciones del AISC de 1986. las propuestas analíticas deberán tener un fuerte sustento en los estudios experimentales. deberá incluir el estado del conocimiento en el tema que incluya la contribución de los materiales componentes. Los autores sugieren que. puede ser obtenida con la superposición de los esfuerzos plásticos en los materiales componentes asumiendo que existe compatibilidad en las deformaciones de la sección transversal. Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural CONCLUSIONES En el presente trabajo se hizo una revisión de las NTC (2004) en lo referente al diseño de columnas compuestas de acero estructural y concreto. Esta metodología reconoce con transparencia las grandes ventajas que ofrecen las columnas compuestas. 15 . en particular. en una futura evaluación del Reglamento de Construcciones del Distrito Federal. de acuerdo a los diseñadores. Está resistencia. por esta razón. conexiones más sencillas y ahorros económicos y en tiempo de ejecución. pandeo local. “Specifications for structural steel buildings”. USA. pp. Martínez Romero E. 5. Memorias del Annual Technical Session Stability Research Council. Martínez Romero E. AISC (2005). (2005). Memorias del congreso Composite Construction in Steel and Concrete IV. USA. Illinois. “Design examples. Jalisco. Korean Society of Steel Construction. USA. 1. “Towards new design provisions for composite columns”. pp. International Journal of Steel Structures. Documento incluido en el CD-ROM de las especificaciones del AISC.). 16 . 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