III.4.1 Procedimientos de Ensayo
El programa de ensayo, seguiría los requerimientos del Apéndice S de la AISC, con las excepciones y modificaciones a continuación discutidas. El programa debería incluir los ensayos de al menos dos especímenes, para obtener una combinación de las dimensiones de la viga y la columna. Los resultados de los ensayos, serían capaces de predecir el valor medio de la capacidad a deformación lateral (deriva), para los estados de comportamiento descritos en la Tabla III- J. El ángulo de deriva relativo (q), debe ser definido como lo indica en la Figura III-22. El criterio de aceptación es indicado en el apartado III.4.2.
Tabla III-J Límites del Angulo de Deriva Relativa entre Niveles, para varios Niveles de Comportamiento
Nivel de Comportamiento Símbolo Capacidad de Deriva
Degradación de Resistencia θSD Tomado como el valor de θ, el de la Fig. III-22, tal que ocurra la falla de la conexión, o que la resistencia de la conexión se degrade menos que la capacidad plástica nominal, cualquiera que sea menor. Último θU Tomado como el valor de θ, el de la Fig. III-22, tal que el daño en la
conexión sea tan severo, que es incierta la capacidad para permanecer estable bajo cargas gravitacionales.
Figura III-22 Ángulo de Rotación del Ensamblaje de ensayo (Fuente: FEMA-350)
∆
CLLas siguientes modificaciones y aclaratorias, aplican al Apéndice S de las Normas Provisionales Sísmicas de la AISC, 1997, como modificaciones Suplemenarias Nº1:
En lugar de los requerimientos de la Sección S5.2, la dimensión de la viga en el espécimen ensayado, debe ser al menos la del alma más alta, y la más pesada, usada en la estructura. La columna debe ser conectada para representar correctamente la acción inelástica anticipada de la columna en la estructura real, para la viga usada en la muestra de ensayo. Extrapolaciones más allá de los estados límites, en esta sección, no es recomendable.
Como una alternativa de la secuencia de carga especificada en la Sección S6.3, el protocolo de carga (Krawinkler et al., 2000) del FEMA/SAC, es considerado aceptable. En el historial básico de carga, los ciclos deben ser simétricos en deformaciones pico. El historial es dividido entre pasos, y la deformación pico de cada paso, j, es dada como
θ
j, un valor predeterminado del ángulo de deriva. El historial de carga mostrado en la Fig. III-23, es definido por los siguientes parámetros:θ
j : Deformación pico en el paso de carga j,n j : Número de ciclos realizados en el paso de carga j
Tabla III-K Valores Numéricos de
θ
j y n jNº Paso de Carga Deformación Pico,
θ
Número de ciclos, n1 0.00375 6 2 0.00500 6 3 0.00750 6 4 0.01000 4 5 0.01500 2 6 0.02000 2 7 0.03000 2
Se continúa incrementando θ, en pasos de 0.01 rad, y se realizan dos ciclos en cada paso, hasta que la falla en el ensamblaje ocurra. Se considera que la falla debe ocurrir cuando la carga pico, en un ciclo, decaiga hasta 20% de aquella obtenida como carga máxima, o, si el ensamblaje se ha degradado, hasta un estado tal que su estabilidad bajo carga gravitacional, se vuelve incierta.
Comentarios:
La Norma Provisional Sísmica de la AISC, 1997, ha sido adoptada como referencia dentro de las Recomendaciones Provisionales para Nuevas Edificaciones – NEHRP, 1997. La Norma AISC, incluye y requiere del uso del Apéndice S – Ensayos Cíclicos para Calificación de Conexiones Viga-Columna y Uniones a Columnas -, para la calificación de las conexiones que no son precalificadas. Este apéndice incluye un completo comentario de los requerimientos.
Bajo el Apéndice S, los ensayos deben representar las grandes vigas anunciadas en el proyecto. La columna debe ser seleccionada para proveer una resistencia a flexión consistente con los requerimientos de columna fuerte-viga débil, los de resistencia de la zona de panel. El peso permitido y las dimensiones límites, contenidas en la Sección S5.2 del apéndice S, han sido eliminados.
El historial de carga de la AISC y los criterios de aceptación, son descritos en términos de rotación plástica, mientras que los del protocolo de carga del FEMA/SAC, con sus recomendaciones de diseño,
son controlados por el ángulo de deriva total, como se definió previamente. El ingeniero debería asegurar, que los ajustes apropiados son realizados cuando se usa el historial de carga de la AISC con los Criterios Recomendados (Cap.2 – FEMA-350).
El cálculo de θ, ilustrado en la Fig. III-22, asume que el tope y la base de la columna están restringidos contra traslación lateral. La altura del espécimen de columna ensayado, debería ser similar a la altura de nivel actual, para prevenir el desarrollo de grandes contribuciones irreales de flexión de la columna a θ. En general, un ángulo total de deriva, es aproximadamente igual a la rotación plástica medida como se indica en la figura, más 0.01 radianes. Sin embargo, al ingeniero es advertido, que la demanda de rotación plástica es frecuentemente medida en diferentes formas, y puede requerir trasformaciopnes para ser consistentes con las mediciones indicadas en dicha figura.
III.4.1.2 Criterios de Aceptación
Para elementos de configuración típica, de conformidad con todas las consideraciones para la aplicación de los requerimientos del FEMA-302, y el capítulo 2 –FEMA-350, el valor medio de la capacidad del ángulo de deriva relativa con degradación de resistencia,
θ
SD, y la falla de la conexión,θ
U, obtenida del ensayo de calificación, no deben ser menores que los indicados en la Tabla III-L. El coeficiente de variación de estos dos parámetros, no deben exceder el 10%, a menos que el valor promedio, menos una desviación estándar, sea también no menor que el valor indicado en la Tabla.Tabla III-L Capacidades Mínimas del Ángulo Total de Deriva Relativo,
θ
SD,y
θ
U para Sistemas OMF y SMFSistema Estructural
θ
SD (radianes)θ
U (radianes)OMF 0.02 0.03
SMF 0.04 0.06
Nota: ver definiciones de θSD y θU, en Secc. 4.6.2.2.2 – FEMA-350
Esta sección fija el criterio para el uso de especificaciones de calificación de conexiones, de acuerdo con la Secc. 3.9 – FEMA-350, y para el diseño de nuevas conexiones precalificadas en relación con la Secc. 3.10 – FEMA-350. Dos capacidades de ángulo de deriva relativo son tratadas. Los valores indicados en la Tabla III-L, formaron las bases para numerosas evaluaciones probabilísticas de la capacidad de varios sistemas estructurales, reportados en el FEMA-355F. Esta evaluación probabilística, indica una elevada confianza, en el orden del 90%, de que estructuras regulares y bien configuradas, reúnen los requerimientos del FEMA-302, y construidas con conexiones que tiene estas capacidades, puede reunir los objetivos de comportamiento propuestos con respecto a la protección contra el colapso global, y de seguridad moderada, en el orden del 50%, que las conexiones pueden resistir las máximas demandas sísmicas consideradas, sin daños de amenaza de vida.
Detalles de conexiones con capacidades menores que aquellas indicadas en esta sección, no deberían ser incorporadas en las estructuras, a menos que un específico análisis probabilístico usando los procedimientos de evaluación de comportamiento, contenidos en el Capítulo 4 y el Apéndice A – FEMA-350, indique que puede ser obtenido un nivel aceptable de confianza, de comportamiento adecuado.
Las conexiones en las estructuras donde las relaciones de alma-luz de la viga son menores que aquellas usadas para los ensayos de precalificación, experimentarán mayores esfuerzos en las alas que aquellos ensayados, en las rótulas plásticas y en la deriva de la estructura. Por esta razón, las conexiones usadas en tales estructuras, necesitan ser calificadas para derivas mayores como por la formulación de esta
sección, a menos que las estructuras sean diseñadas para experimentar derivas proporcionalmente menores que las permitidas por el FEMA-302.
III.4.1.3 Predicción Analítica del Comportamiento
La calificación de la conexión debería incluir el desarrollo de un procedimiento analítico para predecir los estados límites del ensamblaje de conexión, como se demostró por el ensayo de calificación. Este procedimiento, permitiría la identificación de las demandas de resistencia y deformación, y los estados límites sobre varios elementos del ensamblaje, en varios estados de comportamiento. Además, debería ser lo suficientemente detallado para permitir el diseño de conexiones empleando miembros similares a aquellos ensayados, dentro de los límites establecidos en la Sección S5.2 de la AISC Seismic.
Es importante para el diseñador, tener una comprensión de los comportamientos límites de cualquier detalle de conexión, ya que los detalles pueden ser diseñados y especificados sobre una base racional para ensamblajes que varían, dentro de los límites especificados de estos ensayos.
III.4.14 Criterio de Ensayo de Precalificación
Esta sección provee los lineamientos para la precalificación de las conexiones, para las cuales no están actualmente precalificadas, o para extender las limitaciones paramétricas para la precalificación listada en el apartado III-3. La precalificación incluye un programa de ensamblaje de conexión, prototipo de ensayo, suplementada por un procedimiento analítico apto que permite la predicción de los comportamientos identificados en el programa de ensayo.
El propósito de esta sección es proveer los procedimientos recomendados para la precalificación de una conexión que no está actualmente precalificadas en el FEMA-350, o para extender el rango de dimensiones de los miembros, que pueden ser usadas con las conexiones precalificadas en la actualidad, para aplicaciones generales. Estos criterios, se entiende, requieren significativamente más ensayos que los requeridos un programa de calificación de proyecto específico, donde ya la conexión está precalificada, este puede tener una amplia aplicación. La precalificación de una conexión puede incorporar los ensayos descritos en la sección, también como las debidas consideraciones del cuarto criterio descrito en el comentario de la Sección 3.4 – FEMA-350.
La capacidad de los estados límites para conducen al colapso local (es decir, pérdida de la capacidad de carga gravitacional), es una importante consideración en la evaluación del comportamiento de una conexión prototipo. Estableciendo este estado límite requerido por la Sección III.4.1, necesitará imponerse grandes deformaciones sobre la conexión. Esto requerirá establecer cargas capaces de liberar grandes golpes (pulsos) mientras resiste grandes deformaciones torsionales o fuera de su plano. Muchos ensayos son finalizados antes de la falla última de la conexión, para proteger los aparatos de carga. Estas tempranas terminaciones, limitarán los rangos sobre los cuales una conexión puede ser calificada.
III.4.2 Ensayos de Precalificación
Los criterios de aceptación podrían seguir las recomendaciones del apartado III.4.1, excepto que al menos cinco diferentes especimenes de ensayo fueran usados. El rango resultante de miembros que serían precalificados, estarían limitados al rango presentado por las muestras ensayadas.
III.4.2.1 Extendiendo los Límites sobre las Conexiones Precalificadas
Los criterios de ensayo y aceptación podrían seguir las recomendaciones del apartado III.4.1, excepto que al menos dos diferentes especimenes de ensayo fueran usados. El rango resultante de miembros que serían precalificados, estarían limitados para aquellos contenidos en la base de datos de los ensayos para este tipo de conexiones.
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