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CAPÍTULO I

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I. CONCEPTOS PREVIOS I.1 Estructuras Metálicas de Acero I.1.1 Antecedentes Es sabido por todos, que el acero no fue el primer material empleado para la construcción; fue la necesidad de encontrar materiales con mayores resistencias a las exigidas, la que generó en el siglo XVIII, luego de la revolución industrial, la utilización del hierro para la construcción de puentes, terminales ferroviarios y estructuras de uso industrial. Posteriormente, los avances tecnológicos en la industria metalúrgica, hicieron posible la utilización del acero como material estructural. Sin embargo, su inclusión en la arquitectura y construcción latinoamericana ha sido relativamente baja, en comparación con los países industrializados. Fue a finales del siglo XIX y comienzos del XX, que se importaron estructuras de acero para edificios de uso público. Como en Europa, las estructuras metálicas fueron preferidas para fábricas, galpones, estaciones, puentes y otras aplicaciones relacionadas con los ferrocarriles, debido a que durante la segunda guerra mundial y en las tres décadas posteriores, el énfasis arquitectónico sobre el concreto, prácticamente relegó su utilización. I.1.2 Estructuras de Acero Desde el punto de vista de la construcción de obras, y en términos muy simplificados, se entiende por estructura de acero, todo sistema estructural cuyos miembros principales están representados por elementos metálicos de acero, que debidamente conectados entre sí, constituyen el sistema resistente de la edificación. Son muchas las ventajas que las estructuras metálicas de acero ofrecen sobre las estructuras tradicionales de concreto armado, por su versatilidad en formas, bajo peso en relación a su resistencia, gran elasticidad y ductilidad, rápida instalación, grandes luces, y fácil reparación. Empero, la necesidad obligada de la contratación de una mano de obra especializada y un mantenimiento continuo, quizás conformen las principales desventajas de este tipo de estructuras, que además son muy sensibles a las temperaturas elevadas. Entre los países latinoamericanos que más han empleado estructuras metálicas, se pueden mencionar: Venezuela, Chile, Ecuador, Brasil y México. Aunque en nuestro país, se ha logrado la construcción de estructuras diversas en acero estructural, que van desde viviendas residenciales, edificaciones de uso residencial, comercial o industrial, puentes, terminales ferroviarios, y torres de telecomunicaciones entre otras, sigue imponiéndose en la actualidad, la construcción en masa de estructuras de concreto armado. Pudiera pensarse, que esto se debe a los costos asociados, la exigencia de una mano de obra especializada, al escaso número de profesionales dedicados al ramo, y la cultura de una construcción tradicional en concreto armado. I.2. Pórticos Resistentes a Momento Son muchos y variados los sistemas estructurales empleados en la construcción de edificaciones de acero estructural, y su selección se basa en las soluciones que más se ajusten a las necesidades económicas, espaciales y de seguridad requeridas. Entre ellos se encuentran, los pórticos con arriostramientos concéntricos y excéntricos, los pórticos resistentes a momentos, los pórticos con cerchas especiales, y combinaciones de éstos. Para el fin de este trabajo, son de especial interés los pórticos resistentes a momento.

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Un pórtico resistente a momento es aquel que soporta las cargas a que se ve sometido, gracias al trabajo conjunto de flexión de las vigas y columnas, unidas rígidamente mediante métodos de conexiones diversos.

VIGAS

CONEXIÓN RÍGIDA

COLUMNAS

Fig. I-1 Esquema de Pórtico Resistente a Momento

I.3. Conexiones Resistentes a Momento ó Conexiones Rígidas Se define por conexión resistente a momento, a aquella conexión en la cual los miembros conectados (viga – columna) se unen rígidamente mediante un detallado determinado que impide, durante su vida útil, variaciones del ángulo entre los miembros (ver Fig. I-2). Los tipos y detalles de estas conexiones pueden variar significativamente de un país a otro, por la influencia de factores como: costo de mano de obra, costos del material, disponibilidad de formas estructurales, técnicas de soldadura e incluso las condiciones climáticas del lugar en que se alza la construcción. I.4. Comportamiento Sismorresistente Ideal de un Pórtico Resistente a Momentos La filosofía del Diseño Sismorresistente desde 1989, se basa en: 1.- Prevenir daños no-estructurales en terremotos de baja intensidad, los cuales pueden ocurrir frecuentemente en la vida útil de una estructura, 2.- Prevenir el daño estructural y minimizar los no-estructurales en terremotos moderados, que pueden ocurrir ocasionalmente, 3.- Evitar el colapso o los daños severos durante terremotos mayores que pueden raramente ocurrir. En este sentido, los pórticos resistentes a momento, deben ser capaces de desarrollar las deformaciones plásticas requeridas, a través de la formación de rótulas plásticas en lugares predeterminados en la luz de la viga. Las conexiones viga-columna deben diseñarse con suficiente resistencia, para obligar la formación de rótulas plásticas a una distancia prudente de la cara de la columna.

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Se entiende por rótula plástica al punto del elemento en que se alcanza la resistencia máxima del mismo, iniciándose en el material un estado de deformación inelástico, producto de haber alcanzado o sobrepasado su límite elástico cedente.

Fig. I-2 Esquema de Comportamiento Sismorresistente Ideal de un Pórtico Resistente a Momentos Los pórticos resistentes a momento pueden proveerse de diferentes capacidades de disipación de energía: mínima, moderada y especial, mediante la utilización de detalles estructurales que permiten un nivel de disipación de energía de acuerdo con la capacidad del pórtico. Un pórtico resistente a momento con capacidad especial de disipación de energía (SMF), posee detalles especiales que garantizan altas ductilidades y capacidad de deformarse inelásticamente durante eventos sísmicos; tales deformaciones inelásticas incrementan el amortiguamiento y reducen la rigidez de la estructura, dando como resultado, menores fuerzas sísmicas sobre la misma, y un comportamiento en el cual la mayor parte de los elementos se desempeñan en el rango elástico sin sufrir pandeo local, disipando una cantidad considerable de energía mediante un comportamiento histerético estable. Esto hace que este tipo de pórtico sea adecuado para zonas de alta sismicidad. Los pórticos con capacidades mínima (OMF) y moderada, se diseñan utilizando detalles que permitan desarrollar los niveles de deformación inelástica respectiva y resultan eficientes en zonas de menor amenaza sísmica.

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