F.3.11 — Ensayos para calificación de conexiones

Precalificación de conexiones viga-columna y vínculo-columna, ensayos cíclicos con su historia de carga (θ, γtotal), ensayos de materiales, informes y criterios de aceptación, y ensayos de calificación de riostras de pandeo restringido.

Este numeral establece los requisitos para la calificación de conexiones mediante ensayos.

Se incluyen las siguientes secciones:

F.3.11.1 — Precalificación de conexiones viga-columna y vínculo-columna.
F.3.11.2 — Ensayos cíclicos de calificación de conexiones viga-columna y vínculo-columna.
F.3.11.3 — Ensayos cíclicos de calificación de riostras de pandeo restringido.

F.3.11.1 — Precalificación de conexiones viga-columna y vínculo-columna

F.3.11.1.1 — Alcance

Este numeral contiene los requisitos mínimos para la precalificación de las conexiones resistentes a momento viga- columna en pórticos resistentes a momento con capacidad especial y moderada de disipación de energía y de las conexiones vínculo-columna en pórticos arriostrados excéntricamente. Se permite utilizar conexiones precalificadas que estén dentro de los límites aplicados en los ensayos de precalificación, sin la necesidad de realizar pruebas cíclicas de calificación adicionales. Cuando los límites de precalificación o requisitos de diseño para conexiones precalificadas contradigan los requisitos de estas provisiones, gobernarán los requisitos de la conexión precalificada.

F.3.11.1.2 — Requisitos generales

F.3.11.1.2.1 — Bases para precalificación

La precalificación de la conexión se debe basar en los datos de los ensayos descritos en la sección F.3.10.1.3, soportadas mediante estudios analíticos y modelos de diseño. Las evidencias de los ensayos deben ser suficientes para garantizar que la conexión puede soportar el ángulo de deriva de entrepiso requerido para PRM-DES y PRM-DMO, o lo requerido para el ángulo de rotación del vínculo en sistemas PAE, sobre una base consistente y confiable, dentro de los límites especificados de precalificación. Deben ser identificados todos los estados límites aplicables a la conexión que afecten la rigidez, la resistencia y la capacidad de deformación de la conexión y el sistema de resistencia sísmica. Lo anterior incluye estados límite de fractura, de estabilidad y todos los otros estados límite pertinentes para la conexión bajo consideración. Los efectos de las variables de diseño se listan en la sección F.3.10.1.4.

F.3.11.1.2.2 — Autorización de la precalificación

Podrán utilizarse las conexiones precalificadas del Estándar ANSI/AISC 358 “Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications”, o más reciente. En su defecto, la Comisión Asesora Permanente para el Régimen de Construcciones Sismo Resistentes será la responsable de aprobar la precalificación de una conexión y sus límites asociados.

F.3.11.1.3 — Requisitos del ensayo

Los datos utilizados para sustentar la precalificación de la conexión se deben basar en ensayos realizados de acuerdo con F.3.10.2 Se debe realizar un suficiente número de ensayos en especímenes diferentes para demostrar que la conexión tiene la capacidad y confiabilidad suficientes para incursionar en la deriva de entrepiso requerida para pórticos resistentes a momentos con disipación de energía especial y moderada, o el ángulo de rotación del vínculo requerido para sistemas PAE, cuando el vínculo sea adyacente a las columnas. Los límites en las dimensiones de los miembros para precalificación no serán mayores que los especificados en F.3.10.2.5.2.

F.3.11.1.4 — Variables de precalificación

Para efectos de la precalificación deben ser considerados los efectos de las siguientes variables en las conexiones:

(1) Parámetros de la viga o del vínculo:
(a) Forma de la sección transversal: ancho de aleta, cajón u otro.
(b) Método de fabricación del miembro: perfil laminado, ensamblado u otro.
(c) Peralte.
(d) Peso por unidad de longitud.
(e) Espesor de la aleta.
(f) Especificación del material.
(g) Relación luz/peralte (para pórticos resistentes a momento con capacidad especial y moderada de disipación de energía) o longitud del vínculo (para pórticos arriostrados excéntricamente).
(h) Relación ancho-espesor de los elementos de la sección.
(i) Arriostramiento lateral.
(j) Otros parámetros pertinentes a la conexión específica considerada.
(2) Parámetros de la columna:
(a) Forma de la sección transversal: ancho de aleta, cajón u otro.
(b) Método de fabricación del miembro: perfil laminado, ensamblado u otro.
(c) Peralte.
(d) Peso por unidad de longitud.
(e) Espesor de aleta.
(f) Especificación del material.
(g) Relación luz/peralte (para pórticos resistentes a momento con capacidad especial y moderada de disipación de energía) o longitud del vínculo (para pórticos arriostrados excéntricamente).
(h) Relación ancho-espesor de los elementos de la sección.
(i) Arriostramiento lateral.
(j) Orientación de la columna con respecto a la viga ó el vínculo: conectada a la aleta, al alma, aleta y alma, etc.
(k) Otros parámetros pertinentes a la conexión específica considerada.
(3) Relaciones Viga (vinculo) – Columna
(a) Resistencia de la zona de panel
(b) Detalles de las placas de enchape.
(c) Relación de momentos Viga (vinculo) -Columna.
(4) Placas de continuidad:
(a) Identificación de las condiciones bajo las cuales se requieren las placas de continuidad.
(b) Espesores, anchos y longitudes.
(c) Detalles de unión al alma y a las aletas.
(5) Soldaduras:
(a) Localización, longitud (incluyendo retornos), tipo (soldadura de penetración completa, filete, tapón, penetración parcial u otra), y cualquier refuerzo o contorno requerido.
(b) Resistencia y tenacidad del metal de aporte.
(c) Detalles y tratamiento de las soldaduras o de las placas de respaldo y extensiones.
(d) Agujeros de acceso de soldaduras: dimensiones, geometría y acabado.
(e) Controles de calidad adicionales a los especificados en F.3.1.17.
(6) Pernos:
(a) Diámetro del perno.
(b) Grado del perno: ASTM A325, A490, otro.
(c) Requisitos de instalación: pretensionado, apriete normal, otro.
(d) Tipo de perforación: estándar, agrandadas, ranura corta, ranura larga, otra.
(e) Método de fabricación de la perforación: taladrado, punzonado, sub-punzonado y rimado, otro.
(f) Otros parámetros pertinentes a la conexión considerada
(7) Fabricación: todos los parámetros de fabricación pertinentes a la conexión considerada que excedan los requisitos del Título F o AWS, tales como:
(a) Rugosidad de la superficie en cortes por fusión o bordes pulidos.
(b) Tolerancias de corte.
(c) Refuerzo o perfil de la soldadura
(d) Presencia de agujeros, pernos o soldaduras para accesorios.
(8) Detalles adicionales de la conexión: todos los parámetros pertinentes a la conexión considerada.

F.3.11.1.5 — Procedimiento de diseño

Debe presentarse un procedimiento de diseño de la conexión, completo y detallado, aplicando todos los estados límite dentro de los parámetros de precalificación.

F.3.11.1.6 — Registro de precalificación

Una conexión precalificada debe suministrarse con un registro de calificación escrito que incluya la siguiente información:

(1) Descripción general de la conexión precalificada con gráficas que identifiquen claramente los aspectos relevantes y los componentes de la conexión.
(2) Descripción del comportamiento esperado de la conexión en el rango elástico e inelástico, localización de la zona inelástica y una descripción de los estados limites que controlen la resistencia y la capacidad de deformación de la conexión.
(3) Listado de los sistemas para los cuales la conexión está precalificada: pórticos resistentes a momento con capacidad especial o moderada de disipación de energía o pórticos arriostrados excéntricamente.
(4) Listado de los límites para todas las variables de calificación enunciadas en la sección F.3.10.1.4.
(5) Listado de las soldaduras de demanda crítica.
(6) Definición de la región de la conexión que debe ser considerada como zona protegida.
(7) Procedimiento detallado de diseño de la conexión, tal como se requiere en F.3.10.1.5.
(8) Listado de referencias o reportes de ensayos, reportes de investigación u otras publicaciones que presenten las bases para la precalificación.
(9) Resumen de procedimientos de control de calidad requeridos

F.3.11.2 — Ensayos cíclicos de calificación de conexiones viga-columna y vínculo-columna

F.3.11.2.1 — Alcance y propósito

Esta sección incluye los requisitos para ensayos cíclicos de calificación de conexiones viga-columna para PRM-DES y PRM-DMO, y conexiones vínculo-columna en PAE. El propósito del ensayo descrito en esta sección es proporcionar evidencia de que la conexión viga -columna o vinculo- columna cumple con los requisitos de resistencia y deriva de piso o ángulo de rotación del vínculo de este Capítulo.

Esta sección proporcionas las recomendaciones mínimas para condiciones simplificadas de ensayo.

F.3.11.2.2 — Símbolos

Símbolo	Significado
θ	= ángulo de deriva
γtotal	= ángulo total de rotación del vínculo

F.3.11.2.3 — Requisitos del conjunto de prueba

El conjunto de prueba debe reproducir lo más cercanamente posible las condiciones que ocurrirán en el prototipo cuando se someta a las solicitaciones sísmicas. El conjunto de prueba debe incluir los siguientes aspectos:

(1) El espécimen de prueba consistirá por lo menos de una sola columna con vigas o vínculos conectados a uno o ambos lados de la columna.
(2) Los puntos de inflexión en el conjunto de prueba deben coincidir aproximadamente con los puntos de inflexión previstos en el prototipo cuando se vea sometido a la acción sísmica.
(3) Se permite el arriostramiento lateral del conjunto de prueba cerca de los puntos de aplicación de carga o reacciones, cuando se requiera para proporcionar estabilidad lateral al conjunto de prueba. No se permite el uso de arriostramientos adicionales, a menos que reproduzcan las condiciones que sean usadas en el prototipo.

F.3.11.2.4 — Variables esenciales del ensayo

El espécimen de prueba debe reproducir lo más cercanamente posible, el diseño, detallado, aspectos constructivos y propiedades de las materiales del prototipo. Las siguientes variables deben reproducirse en el espécimen de prueba.

F.3.11.2.4.1 — Fuentes de rotación inelástica

La rotación inelástica en el espécimen de prueba se debe desarrollar mediante la acción inelástica de los mismos miembros y elementos de conexión que se utilicen para el prototipo, es decir, en la viga o el vínculo, en la zona de panel de la columna, en la columna fuera de la zona de panel, o entre los elementos de conexión, bajo los límites descritos más adelante. La porción de rotación inelástica total desarrollada en el espécimen de prueba por cada miembro o elemento de conexión, debe estar dentro del 25% de la porción de rotación inelástica total prevista, que se desarrolle en el correspondiente miembro o elemento de conexión del prototipo.

F.3.11.2.4.2 — Tamaño de los miembros

El tamaño de la viga o del vínculo usado en el espécimen de prueba debe estar dentro de los siguientes límites:

(1) El peralte de la viga o del vínculo del ensayo no debe ser menor del 90% del peralte de la viga o el vínculo del prototipo.
(2) El peso por unidad de longitud de la viga o del vínculo ensayado no debe ser menor del 75% del peso por unidad de longitud de la viga o del vínculo del prototipo.

El tamaño de la columna usada en el espécimen de prueba debe representar apropiadamente la acción inelástica en la columna, como lo requiere la sección F.3.11.2.5.1. Adicionalmente el peralte de la columna de prueba no debe ser menor del 90% del peralte de la columna del prototipo.

Se permite la extrapolación por fuera de los límites de esta sección siempre y cuando así lo considere el ingeniero estructural y apruebe la Comisión Permanente del Régimen de Construcciones Sismo Resistentes.

F.3.11.2.4.3 — Detalles de la conexión

Los detalles de la conexión usada en los especímenes de prueba deben representar lo más cercanamente posible los detalles de la conexión del prototipo. Los elementos de conexión usados en el espécimen de prueba deben ser una representación a escala real de los elementos de conexión usados en el prototipo, para los tamaños de miembros ensayados.

F.3.11.2.4.4 — Placas de continuidad

Los tamaños y detalles de conexión de las placas de continuidad usadas en el espécimen de prueba se deben proporcionar para representar, lo más cercanamente posible, los tamaños y detalles de conexión de las placas de continuidad usadas en el prototipo.

F.3.11.2.4.5 — Resistencia del material

Cada miembro o elemento de conexión del espécimen de prueba que suministre rotación inelástica por fluencia, debe cumplir con los siguientes requisitos adicionales:

(1) El esfuerzo de fluencia se debe determinar mediante ensayos de los materiales reales usados en el espécimen de prueba, como se especifica en la sección F.3.11.2.8. El uso de valores de esfuerzos de fluencia reportados en los certificados de calidad de la acería no se permite para los propósitos de ésta sección.
(2) El esfuerzo de fluencia de la viga no debe estar más del 15% por debajo de RyFy para el grado de acero a ser usado para el elemento correspondiente al prototipo. Los esfuerzos de fluencia de las columnas y los elementos de conexión no deben estar más del 15% por encima ni por debajo de RyFy para el grado de acero a ser usado para el elemento correspondiente en el prototipo. RyFy se debe determinar de acuerdo con la sección F.3.1.5.2.

F.3.11.2.4.6 — Soldaduras

Las soldaduras del espécimen de prueba deben satisfacer los requisitos siguientes:

(1) Las soldaduras deben ejecutarse siguiendo estrictamente los procedimientos de soldadura tal como lo requiere AWS D1.1. Las variables esenciales del procedimiento de soldadura deben cumplir con los requisitos de AWS D1.1 y deben estar dentro de los parámetros establecidos por el fabricante del metal de aporte. La resistencia a tensión de las soldaduras y la tenacidad mínima en prueba Charpy con ranura en V usadas en el conjunto de prueba, se deben determinar en ensayos de materiales como se especifica en la sección F.3.11.2.8.3. La resistencia de la soldadura y la tenacidad mínima en prueba Charpy con ranura en V, reportadas en el certificado de calidad del fabricante de la soldadura no se deben usar, a menos que los resultados reportados cumplan con los requisitos de F.3.1.17.
(2) La resistencia mínima a tensión especificada para el metal de aporte que se utilice en el espécimen de prueba debe ser la misma que la utilizada para las correspondientes soldaduras en el prototipo. La resistencia a tensión ensayada en la soldadura del ensayo de prueba no debe estar más de 125 Mpa por encima de la resistencia a tensión del metal de aporte especificada para el prototipo.
(3) La tenacidad mínima Charpy especificada para el metal de aporte usado en el espécimen de prueba no debe exceder la tenacidad mínima Charpy especificada del metal de aporte a usar en las soldaduras correspondientes del prototipo. La tenacidad Charpy usada en el espécimen de prueba no debe ser más del 50%, ni 34 kJ, el que sea mayor, por encima de la tenacidad mínima Charpy que se usará en el prototipo.
(4) Las posiciones en que se ejecuten las soldaduras del espécimen de prueba deben ser las mismas que se requieran en las soldaduras del prototipo.
(5) Los detalles de las platinas de respaldo, las de extensión de la soldadura, los agujeros de acceso, y similares usados para ejecutar las soldaduras del espécimen de prueba deben ser los mismos usados en las soldaduras correspondientes del prototipo. Las platinas de respaldo y las de extensión no se deben remover del espécimen de prueba, a menos que las correspondientes platinas se remuevan del prototipo.
(6) Los métodos de inspección, las pruebas no destructivas y los estándares de aceptación de las soldaduras del espécimen de prueba deben ser los mismos a usar en el prototipo.

F.3.11.2.4.7 — Pernos

Las partes empernadas del espécimen de prueba deben reproducir las partes empernadas del prototipo lo más estrechamente posible. Adicionalmente, las partes empernadas del espécimen de prueba deben satisfacer los siguientes requisitos:

(1) El grado de los pernos (e.g., ASTM A325, ASTM A325M, ASTM A490, ASTM A490M, ASTM F1852) usado en el espécimen de ensayo debe ser el mismo que se usará en el prototipo, excepto que los pernos ASTM A325 podrán ser reemplazados por ASTM F1852, y viceversa. No se permite reemplazar pernos A325 por Sae Gr 5, ni A490 por SAE Gr 8.
(2) El tipo y la orientación de los agujeros para pernos (estándar, agrandados, ranura corta, ranura larga, u otros) usados en el espécimen de prueba, deben ser los mismos que se usarán en los correspondientes agujeros empernados del prototipo.
(3) Cuando deba desarrollarse rotación inelástica por fluencia o por deslizamiento en la parte empernada de la conexión, el método usado para realizar los agujeros (taladrado, punzonado y rimado, u otro) en el espécimen de prueba, debe ser el mismo que se usará en los correspondientes agujeros del prototipo.
(4) Los pernos en el espécimen de prueba deben tener el mismo grado de apriete (pretensionado u otro) y preparación de la superficie de contacto (resistencia al deslizamiento no especificada, resistencia al deslizamiento clase A o B, u otra) que la que se usará para los correspondientes pernos del prototipo.

F.3.11.2.5 — Historia de carga

F.3.11.2.5.1 — Requisitos generales

El espécimen de prueba debe estar sujeto a cargas cíclicas acordes con los requisitos prescritos en la sección F.3.11.2.5.2 para conexiones viga-columna en PRM, y en la sección F.3.11.2.5.3 para conexiones vínculo-columna en PAE.

Las secuencias de carga diferentes a las especificadas en las secciones F.3.11.2.5.2 y F.3.11.2.5.3 pueden usarse cuando se demuestre que son equivalentes o más severas.

F.3.11.2.5.2 — Secuencia de carga para conexiones viga-columna resistentes a momento

Los ensayos cíclicos de calificación de conexiones a momento viga-columna en PRM deben llevarse a cabo controlando el ángulo de deriva, θ, impuesto al espécimen de prueba, como se indica a continuación:

(1) 6 ciclos a θ = 0.00375 rad
(2) 6 ciclos a θ = 0.005 rad
(3) 6 ciclos a θ = 0.0075 rad
(4) 4 ciclos a θ = 0.01 rad
(5) 2 ciclos a θ = 0.015 rad
(6) 2 ciclos a θ = 0.02 rad
(7) 2 ciclos a θ = 0.03 rad
(8) 2 ciclos a θ = 0.04 rad

Continuar cargando a incrementos de θ = 0.01 rad., con dos ciclos de carga en cada paso.

F.3.11.2.5.3 — Secuencia de carga para conexiones vínculo-columna

Los ensayos cíclicos de calificación de conexiones vínculo-columna en PAE deben llevarse a cabo controlando el ángulo de rotación del vínculo, γtotal, impuesto al espécimen de prueba, como se indica a continuación:

(1) 6 ciclos a γtotal = 0.00375 rad.
(2) 6 ciclos a γtotal = 0.005 rad.
(3) 6 ciclos a γtotal = 0.0075 rad.
(4) 6 ciclos a γtotal = 0.01 rad.
(5) 4 ciclos a γtotal = 0.015 rad.
(6) 4 ciclos a γtotal = 0.02 rad.
(7) 2 ciclos a γtotal = 0.03 rad.
(8) 1 ciclo a γtotal = 0.04 rad.
(9) 1 ciclo a γtotal = 0.05 rad.
(10) 1 ciclo a γtotal = 0.07 rad.
(11) 1 ciclo a γtotal = 0.09 rad.

Continuar cargando con incrementos de γtotal = 0.02 rad., con un ciclo de carga en cada paso.

F.3.11.2.6 — Instrumentación

Se debe proporcionar la instrumentación suficiente en el espécimen de prueba para permitir la medición o el cálculo de las cantidades listadas en la sección F.3.11.2.8.

F.3.11.2.7 — Requisitos para el ensayo de los materiales

F.3.11.2.7.1 — Requisitos para ensayos de tensión del acero

Los ensayos de tensión deben llevarse a cabo sobre muestras de acero tomadas del material adyacente a cada espécimen de prueba. Los resultados de los ensayos de tensión de los certificados de calidad de la acería deben ser reportados pero no pueden ser usados en lugar de los ensayos del espécimen para los propósitos de esta sección. Los resultados de los ensayos de tensión deben basarse en pruebas que se realicen de acuerdo con la sección F.3.11.2.7.2. Los ensayos de tensión deben realizarse y reportarse para las siguientes partes del espécimen de prueba:

(1) Las aleta(s) y las alma(s) de las vigas y las columnas en lugares estándar.
(2) Cualquier elemento de la conexión que desarrolle rotación inelástica mediante fluencia.

F.3.11.2.7.2 — Métodos para ensayos de tensión en el acero

Los ensayos de tensión deben llevarse a cabo de acuerdo con ASTM A6/A6M, ASTM A370 y ASTM E8, con las siguientes excepciones:

(1) El esfuerzo de fluencia Fy obtenido del ensayo debe basarse en la definición de resistencia a la fluencia en ASTM A370, usando el método de la paralela a una deformación unitaria de 0.002.
(2) La velocidad de aplicación de la carga para el ensayo de tensión debe reproducir, tan cerca como sea posible, la velocidad de aplicación de la carga que será usada para el espécimen de prueba.

F.3.11.2.7.3 — Requisitos para ensayos del metal de soldadura

La resistencia a la tensión de las soldaduras y la tenacidad mínima en prueba Charpy con ranura en V, usadas en el conjunto de prueba se deben determinar por medio de ensayos de materiales como se especifica en F.2.3.17. La resistencia a la tensión de las soldaduras y la tenacidad mínima en prueba Charpy con ranura en V, reportadas por el certificado de calidad del fabricante de la soldadura no se deben usar, a menos que estas especificaciones cumplan con los requisitos de F.2.3.17.

Si el procedimiento de soldadura del espécimen de prueba está dentro de ± 0.8kJ / mm del procedimiento de soldadura de la placa de ensayo, se debe utilizar un solo ensayo

F.3.11.2.8 — Requisitos para el informe del ensayo

Para cada espécimen de prueba debe prepararse un informe escrito que cumpla los requisitos de esta sección. El informe debe documentar completamente todas las características clave y los resultados del ensayo. El informe debe incluir la siguiente información:

(1) Un dibujo o una descripción clara del conjunto del ensayo, incluyendo dimensiones esenciales, condiciones de borde en los puntos de carga y reacción, así como la localización de las riostras laterales.
(2) Un dibujo del detalle de la conexión mostrando los tamaños de los miembros, los grados del acero, los tamaños de todos los elementos de conexión, los detalles de la soldadura incluyendo el metal de aporte, el tamaño y la localización de los agujeros para pernos, el tamaño y el grado de los pernos, y cualquier otro detalle pertinente de la conexión.
(3) Un listado de todas las otras variables esenciales para el espécimen de prueba, tal como se listan en la sección F.3.11.2.4.
(4) Un listado o una gráfica que muestre la carga aplicada o la historia de desplazamientos del espécimen de prueba.
(5) Un listado de todas las soldaduras de demanda crítica.
(6) La definición de las regiones de la conexión que comprenden las zonas protegidas.
(7) Una gráfica de la carga aplicada contra el desplazamiento del espécimen de prueba. El desplazamiento en esta gráfica debe ser medido en el punto de la aplicación de la carga o en un punto cercano a éste. Deben identificarse claramente las cargas y desplazamientos medidos en el espécimen de prueba.
(8) Una gráfica del momento de la viga en función de la deriva para conexiones viga- columna resistentes a momento; o una gráfica de la fuerza cortante del vínculo contra el ángulo de rotación del mismo para conexiones vínculo-columna. Para conexiones viga-columna, el momento de la viga y la deriva deben calcularse con respecto al eje de la columna.
(9) El ángulo de deriva y la rotación inelástica total desarrollada por el espécimen de prueba. Deben identificarse los componentes del espécimen de prueba que contribuyen a la rotación inelástica total debido a la fluencia o el deslizamiento. La parte de la rotación inelástica total que desarrolla cada componente del espécimen de prueba debe aparecer en el informe. El método usado para calcular las rotaciones inelásticas debe ser mostrado claramente.
(10) Un listado cronológico de las observaciones significativas del ensayo, incluyendo observaciones sobre fluencia, deslizamiento, inestabilidad, y fractura de cualquier parte del espécimen de ensayo.
(11) El modo que controla la falla del espécimen de prueba. Si el ensayo se finalizó antes de la falla, la razón debe indicarse claramente.
(12) Los resultados de los ensayos del material especificados en la sección F.3.11.2.7.
(13) Los procedimientos de soldadura y reportes de la inspección de la misma.

Se pueden incluir en el informe dibujos adicionales, datos y discusión acerca del espécimen de prueba o resultados de los ensayos.

F.3.11.2.9 — Criterio de aceptación

El espécimen de prueba debe satisfacer la resistencia y el ángulo de deriva de piso o el ángulo de rotación del vínculo. El espécimen de prueba debe sostener el ángulo de deriva o el ángulo de rotación del vínculo para un mínimo de un ciclo completo de carga.

F.3.11.3 — Ensayos cíclicos de calificación para arriostramientos restringidos al pandeo

F.3.11.3.1 — Alcance

Esta sección incluye los requisitos para ensayos cíclicos de calificación de riostras restringidas al pandeo individuales o en su conjunto. El propósito del ensayo de riostras solas es proporcionar evidencia de que el arriostramiento restringido al pandeo satisface los requisitos de resistencia y deformación inelástica de este Capítulo F.3; también permite la determinación de las fuerzas máximas en la riostra para efectos del diseño de los elementos adyacentes. El propósito del ensayo del conjunto de la riostra es proporcionar evidencia de que el diseño de la riostra puede soportar satisfactoriamente las demandas de deformación y rotación asociadas con el diseño. Además, el ensayo del conjunto procura demostrar que el comportamiento histerético de la riostra dentro del conjunto es consistente con el de los elementos individuales de la riostra con ensayo uniaxial.

F.3.11.3.2 — Símbolos

Símbolo	Significado
Δb	= cantidad de deformación usada para el control de cargas del espécimen (rotación total del extremo de la riostra para el espécimen del conjunto: deformación axial total de la riostra para el espécimen de la riostra)
Δbm	= valor de la cantidad de deformación Δb, correspondiente a la deriva de piso de diseño
Δby	= valor de la cantidad de deformación Δb, en la primera fluencia significativa del espécimen de prueba

F.3.11.3.3 — Espécimen de ensayo del conjunto

El espécimen de ensayo del conjunto debe satisfacer los siguientes requisitos:

(1) El mecanismo para soportar las rotaciones inelásticas del espécimen del conjunto de la riostra debe ser el mismo que para el prototipo. Las demandas rotacionales y de deformación en el conjunto deben ser iguales o mayores que en el prototipo.
(2) La resistencia axial de fluencia del núcleo de acero, Pysc de la riostra en el espécimen del conjunto no debe ser menor que la del prototipo, donde ambas resistencias se basan en el área del núcleo Asc, multiplicada por la resistencia a la fluencia determinada en un cupón de ensayo.
(3) La sección transversal y la orientación de la proyección del núcleo de acero del espécimen del conjunto de la riostra debe ser la misma que en la riostra del prototipo.
(4) Debe usarse la misma metodología de diseño documentada para el diseño del conjunto y para el prototipo, con el objeto de permitir la comparación de las demandas de rotación y de deformación. En el cálculo de la estabilidad, las vigas, las columnas y las placas que conectan el núcleo serán consideradas como parte de este sistema.
(5) Los márgenes de seguridad calculados para el diseño de la conexión del prototipo, la estabilidad de la proyección del núcleo de acero, el pandeo general, y otros detalles constructivos relevantes del conjunto del ensayo, excluyendo la placa de unión para el prototipo, deben ser iguales o mayores que los del espécimen de ensayo del conjunto.
(6) El arriostramiento lateral del ensayo del conjunto debe replicar el arriostramiento lateral en el prototipo.
(7) El espécimen de ensayo del conjunto y el prototipo deben ser fabricados de acuerdo con los mismos procesos y procedimientos de calidad.

F.3.11.3.4 — Espécimen de ensayo de la riostra

El espécimen de ensayo de la riostra debe reproducir tan cercanamente como sea posible el diseño, el detallado, los aspectos constructivos, y las propiedades del material del prototipo.

F.3.11.3.4.1 — Diseño del espécimen de ensayo de la riostra

Se debe utilizar la misma metodología de diseño documentada para el espécimen de ensayo y el prototipo. Los cálculos deben demostrar, como mínimo, los siguientes requisitos:

(1) El factor de seguridad calculado para la estabilidad contra pandeo general del prototipo debe ser igual o mayor que el del espécimen de prueba de la riostra.
(2) Los factores de seguridad del espécimen de prueba y el prototipo deben tomar en cuenta las diferencias en las propiedades del material, incluyendo los esfuerzos de fluencia y último, la deformación última, y la tenacidad.

F.3.11.3.4.2 — Fabricación del espécimen de ensayo de la riostra

El espécimen de ensayo de la riostra y el prototipo deben ser fabricados de acuerdo con los mismos procesos y procedimientos de calidad.

F.3.11.3.4.3 — Similitud del espécimen de ensayo de la riostra y el prototipo

El espécimen del ensayo de la riostra debe cumplir los siguientes requisitos:

(1) La sección transversal y la orientación del núcleo de acero deben ser las mismas que en el prototipo.
(2) La resistencia a la fluencia axial del núcleo de acero, Pysc del espécimen de prueba de la riostra no debe variar más del 50 por ciento con respecto al prototipo, donde ambas resistencias se basan en el área del núcleo Asc, multiplicada por la resistencia a la fluencia determinada en un cupón de ensayo.
(3) El material y el método de separación entre el núcleo de acero y el mecanismo de restricción al pandeo en el espécimen de prueba de la riostra deben ser los mismos que en el prototipo.

F.3.11.3.4.4 — Detalles de la conexión

Los detalles de la conexión usados en el espécimen de prueba de la riostra deben representar los detalles de conexión del prototipo tan cercanamente como sea posible.

F.3.11.3.4.5 — Materiales

(1) Núcleo de acero: el núcleo de acero debe satisfacer los siguientes requisitos para el espécimen de ensayo de la riostra:
(a) El esfuerzo de fluencia mínimo especificado debe ser igual al del prototipo.
(b) El esfuerzo de fluencia medido en el material del núcleo de acero del espécimen de prueba de la riostra, debe ser al menos el 90 por ciento que el del prototipo determinado en cupones de prueba.
(c) El esfuerzo y la deformación unitaria últimos mínimos especificados del núcleo de acero del espécimen de la riostra, no deben ser mayores que los del prototipo.
(2) Mecanismo de restricción del pandeo: los materiales usados en el mecanismo de restricción al pandeo del espécimen de prueba de la riostra deben ser los mismos utilizados en el prototipo.

F.3.11.3.4.6 — Conexiones

Las uniones soldadas, pernadas y con pasadores del espécimen del ensayo deben replicar las del prototipo tan cerca como sea posible.

F.3.11.3.5 — Historia de cargas

F.3.11.3.5.1 — Requisitos generales

El espécimen de prueba debe someterse a cargas cíclicas de acuerdo con los requisitos de la sección F.3.11.3.6.2 y F.3.11.3.6.3. Se permiten incrementos adicionales de carga más allá de los descritos en F.3.11.3.6.3. Cada ciclo debe incluir incursiones completas en la zona de tensión y compresión hasta la deformación prescrita.

F.3.11.3.5.2 — Control del ensayo

El ensayo debe conducirse controlando el nivel de deformaciones axiales o rotacionales Δb impuestas al espécimen de prueba. Como alternativa, la deformación rotacional máxima puede aplicarse y mantenerse si se sigue el protocolo de deformaciones axiales.

F.3.11.3.5.3 — Secuencia de carga

Las cargas deben ser aplicadas al espécimen de prueba para producir las siguientes deformaciones, donde la deformación corresponde a la deformación axial del núcleo de acero para el espécimen de prueba, y la demanda de deformación rotacional para el espécimen de prueba del conjunto:

(1) Dos ciclos de carga a una deformación correspondiente a Δb = Δby
(2) Dos ciclos de carga a una deformación correspondiente a Δb = 0.5Δbm
(3) Dos ciclos de carga a una deformación correspondiente a Δb = Δbm
(4) Dos ciclos de carga a una deformación correspondiente a Δb = 1.5Δbm
(5) Dos ciclos de carga a una deformación correspondiente a Δb = 2Δbm
(6) Ciclos completos adicionales de carga a la deformación correspondiente a Δb = 1.5Δbm como se requiera para el espécimen de ensayo de la riostra para alcanzar una deformación axial inelástica acumulada de al menos 200 veces la deformación de fluencia (no se requiere para el espécimen de prueba del conjunto).

La deriva de diseño de entrepiso no se puede tomar como menos de 0.01 veces la altura de piso para los propósitos de cálculo de Δbm. Se permite usar otras secuencias de carga para calificar el espécimen de prueba cuando demuestren ser iguales o más severas en términos de la deformación inelástica máxima y acumulada.

F.3.11.3.7 — Instrumentación

Debe suministrarse la suficiente instrumentación en el espécimen de prueba, tal que permita la medición o cálculos de las cantidades listadas en la sección F.3.11.3.9.

F.3.11.3.8 — Requisitos del material de la prueba

F.3.11.3.8.1 — Requisitos para ensayos de tensión

Los ensayos de tensión deben realizarse en muestras de acero tomadas del mismo material que se use para la fabricación del núcleo de acero. Deben reportarse los resultados de los ensayos de tensión de los certificados de calidad pero no se pueden usar en lugar del ensayo del espécimen para los propósitos de esta sección. Los resultados de los ensayos de tensión deben basarse en pruebas efectuadas de acuerdo con la sección F.3.11.3.2.

F.3.11.3.8.2 — Métodos para ensayo de tensión

Los ensayos de tensión deben efectuarse de acuerdo con las normas ASTM A6, ASTM A370, y ASTM E8, con las siguientes excepciones:

(1) El esfuerzo de fluencia reportado en los ensayos debe basarse en la definición de resistencia a la fluencia de ASTM A370, usando el método de la paralela para una deformación unitaria de 0.002.
(2) La velocidad de carga para los ensayos de tensión debe reproducir, tan cercanamente como sea posible, la velocidad de carga usada en el espécimen de ensayo.
(3) El cupón debe maquinarse de tal manera que su eje longitudinal sea paralelo al eje longitudinal del núcleo de acero.

F.3.11.3.9 — Requisitos del informe de la prueba

Para cada espécimen de prueba debe elaborarse un informe que cumpla los requisitos de esta sección. El reporte debe documentar extensivamente todos los aspectos importantes y resultados del ensayo. El reporte debe incluir la siguiente información:

(1) Un dibujo o una descripción clara del espécimen de prueba, incluyendo las dimensiones importantes, las condiciones de borde y las cargas en los puntos de reacción, y localización de arriostramiento lateral, si lo hay.
(2) Un dibujo de los detalles de la conexión que muestre las dimensiones de los miembros, grado del acero, las medidas de los elementos de conexión, los detalles de soldadura incluyendo el metal de aporte, el sitio y la localización de agujeros de pernos o pasadores, las dimensiones y el grado de los conectores, y cualquier otro detalle pertinente de las conexiones.
(3) Un listado de las otras variables esenciales listadas en la sección F.3.11.3.4 y F.3.11.3.5, según sea apropiado.
(4) Un listado o una gráfica que muestre la historia de las cargas o los desplazamientos aplicados.
(5) Una gráfica de las cargas aplicadas en función de las deformaciones Δb. Se debe mostrar claramente el método utilizado para determinar las deformaciones. Debe identificarse claramente la ubicación donde fueron medidas las cargas y las deformaciones del ensayo del espécimen de prueba.
(6) Una lista cronológica de las observaciones significativas del ensayo, incluyendo observaciones sobre fluencia, deslizamiento, inestabilidad, desplazamiento transversal a lo largo del espécimen de prueba y la fractura en cualquier parte del espécimen de prueba y sus conexiones, según aplique.
(7) Los resultados de los ensayos de materiales especificados en la sección F.3.11.3.8
(8) El control de calidad y plan de calidad usado para la fabricación del espécimen. Deben incluirse también los procedimientos de soldaduras y los reportes de la inspección.

Se pueden incluir en el informe dibujos adicionales, datos y discusiones de los resultados del ensayo.

F.3.11.3.10 — Criterios de aceptación

Debe realizarse por lo menos un ensayo del conjunto que satisfaga los requisitos de la sección F.3.11.3.4. Debe realizarse por lo menos un ensayo de riostra que satisfaga los requisitos de la sección F.3.11.3.5. Dentro del rango de protocolo requerido, todos los ensayos deben satisfacer los siguientes requisitos:

(1) La gráfica que muestre la carga aplicada vs la historia de desplazamientos debe exhibir un comportamiento estable y repetitivo con incrementos de rigidez.
(2) No debe haber fractura, inestabilidad en la riostra o falla de la conexión en el extremo de la riostra.
(3) Para ensayos de riostra, las fuerzas máximas de tensión y compresión no deben ser menores que la resistencia nominal del núcleo en cada ciclo para una deformación mayor que Δby.
(4) Para ensayos de riostra, la relación de la fuerza de compresión máxima y la fuerza de tensión máxima no debe ser mayor de 1.3, para una deformación mayor que Δby.