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IE IN ST ES R A AM IE N TO

SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO

INESA adiestramiento

@iadiestramiento

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AD

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Inesa Adiestramiento

www.inesa-adiestramiento.com

SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO Contenido: 2. Pórticos Resistentes a Momento (MRF)

a) b) c) d)

Características.

Respuesta estructural ante sismos Desempeño estructural

Clasificación según su nivel de desempeño sismorresistente

3. Pórticos con Arriostramientos Concéntricos (CBF) Características

Tipos de sistemas concéntricos

Respuesta estructural ante sismos

a) b) c) d)

Características

Tipos de sistemas excéntricos Ejemplos de sistemas excéntricos Definición de elemento eslabón “LINK”

e) Respuesta inelástica 5. Pórticos con Arriostramientos de Pandeo Restringido (BRBF) 6. Muros de Corte con Placas de Acero 7. Factores de Amplificación Sísmica

Desempeño estructural

Clasificación según su nivel de desempeño sismo-resistente

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a) b) c) d) e)

4. Pórticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF)

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1. Introducción

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Ing. Eliud Hernández

SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO

1. Introducción

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Las estructuras de acero están sometidas a acciones accidentales tales como el viento y el sismo con diferentes niveles de amenaza en función a la ubicación. Debido a eso, es importante establecer un sistema estructural adecuado para soportar las acciones laterales con el balance adecuado de rigidez, resistencia y ductilidad. Las acciones sísmicas inciden en estructuras con masas considerables como las edificaciones de vivienda y uso comercial, mientras que las acciones de viento en estructuras livianas.

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Ing. Eliud Hernández

SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO

1. Introducción

AD

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Para acciones sísmicas, la filosofía de diseño actual se basa en un criterio por capacidad, orientado en la formulación de una jerarquía en la resistencia de los miembros que conforman una determinada estructura, limitando fallas frágiles y propiciando fallas dúctiles. El diseño por capacidad conduce a un mecanismo de colapso controlado, representado por la ocurrencia de rótulas plásticas, con una incursión inelástica estable, permitiendo la disipación de energía y ductilidad requerida.

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Ing. Eliud Hernández

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1. Introducción

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La razón fundamental para aplicar este tipo de criterio de diseño es principalmente económica, ya que la acción sísmica representada por un espectro elástico es reducida por un factor de modificación de respuesta R, que es función de la ductilidad, sobre-resistencia y la redundancia estructural, obteniendo el espectro de diseño. Dicha reducción conduce a menores fuerzas sísmicas, permitiendo obtener estructuras más livianas y factibles, asumiendo que existirá daño controlado (sin colapso) al ocurrir el sismo de diseño. En función al daño la estructura podrá ser rehabilitada para su uso

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Ing. Eliud Hernández

SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO

1. Introducción

AD

IE IN ST ES R A AM IE N TO

La razón fundamental para aplicar este tipo de criterio de diseño es principalmente económica, ya que la acción sísmica representada por un espectro elástico es reducida por un factor de modificación de respuesta R, que es función de la ductilidad, sobre-resistencia y la redundancia estructural, obteniendo el espectro de diseño. Dicha reducción conduce a menores fuerzas sísmicas, permitiendo obtener estructuras más livianas y factibles, asumiendo que existirá daño controlado (sin colapso) al ocurrir el sismo de diseño. En función al daño la estructura podrá ser rehabilitada para su uso

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Ing. Eliud Hernández

SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO

a) Características

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2. Pórticos Resistentes a Momento (MRF)

 Sistema de Vigas y Columnas con conexiones resistentes a momentos.

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 Comportamiento a flexión y corte en Vigas y Columnas.

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Ing. Eliud Hernández

SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO 2. Pórticos Resistentes a Momento (MRF)

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b) Respuesta estructural ante sismos.

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M

V Ing. Eliud Hernández

SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO 2. Pórticos Resistentes a Momento (MRF)

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c) Desempeño estructural

 Sistema capaces de desarrollar ductilidad, disipación de Energía e incursiones inelásticas significativas.  Sistemas con muy poca rigidez.

Posible Ubicación de Rótulas Plásticas Zona del Panel (Cedencia por Corte)

Columna (Cedencia por Flexión y Fuerza Axial)

 Los mecanismos que pueden presentarse son: •

•

Viga (Cedencia por Flexión)

AD

•

Cedencia por Flexión en las Vigas. Cedencia por Corte en la Zona del panel. Cedencia por Flexión y Fuerza Axial en Columnas.

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SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO 2. Pórticos Resistentes a Momento (MRF)

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c) Desempeño estructural

 Para lograr una buena ductilidad y disipación de energía es necesario que se presente el mecanismo de rótulas plásticas por flexión en Vigas. 

De presentarse rótulas plásticas en columnas podría generarse un entrepiso débil y con ello provocar el colapso de la estructura.

q

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h

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Rótulas Plásticas

L Ing. Eliud Hernández

SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO 2. Pórticos Resistentes a Momento (MRF)

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c) Desempeño estructural

 La articulación plástica es la plastificación localizada del material. En el caso de flexión la sección rota libremente respecto a su eje neutro, en el sentido del momento exterior aplicado. 

La hipótesis simplificada supone que las rótulas plásticas se producen en un punto, cuando en la realidad la plastificación no se limita a una única sección, sino que se extiende en una zona de mayor extensión con una dimensión que depende de la carga actuante y de la forma del perfil.

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P

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Zona Plastificada

L/9 L Ing. Eliud Hernández

SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO 2. Pórticos Resistentes a Momento (MRF)

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c) Clasificación según su nivel de desempeño sismorresistente

 Special Moment Frames (SMF). Pórticos Especiales a Momento •



Se aplican fundamentalmente para una amenaza sísmica elevada, por lo que requieren de verificaciones y detalles constructivos muy estrictos. Estos pórticos se diseñan para que sean capaces de desarrollar incursiones inelásticas significativas con un alto factor de ductilidad.

Intermediate Moment Frames (IMF). Pórticos Intermedios a Momento •

Se aplican fundamentalmente para una amenaza sísmica moderada, por lo que requieren de verificaciones y detalles constructivos estrictos, pero menos rigurosos que los pórticos especiales. Estos pórticos se diseñan para que sean capaces de desarrollar incursiones inelásticas estables y ductilidad moderada.

 Ordinary Moment Frames (OMF). Pórticos Ordinarios a Momento. Se aplican fundamentalmente para una amenaza sísmica leve y para acciones de viento, por lo que sus requerimientos, verificaciones y detalles constructivos son simples. Estos pórticos se diseñan principalmente en el rango elástico sin requerimientos considerables de ductilidad

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•

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Ing. Eliud Hernández

SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO 2. Pórticos Resistentes a Momento (MRF)

En el caso de pórticos especiales e intermedios es fundamental el control de las fallas frágiles tales como: pandeo local de vigas y columnas, pandeo lateral torsional de vigas, cedencia en la zona del panel, planchas de continuidad y criterio columna fuerte-viga débil, y a su vez incorporar el diseño de conexiones precalificadas a momento conforme a la Norma ANSI/AISC 358-10, a fin de permitir el desarrollo de rotulas plásticas por flexión en vigas.

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•

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c) Clasificación según su nivel de desempeño sismorresistente

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SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO

a) Características

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3. Pórticos con Arriostramientos Concéntricos (CBF)

 Sistema de vigas, columnas y arriostramientos concéntricos.

Sistemas con desarrollo de deformaciones y fuerzas axiales significativas.

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

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SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO 3. Pórticos con Arriostramientos Concéntricos (CBF)

V-Invertida

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Simple

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b) Tipos de sistemas concéntricos

X (1 piso)

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V

X (2 Pisos) Ing. Eliud Hernández

SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO 3. Pórticos con Arriostramientos Concéntricos (CBF)

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b) Tipos de sistemas concéntricos

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Ing. Eliud Hernández

SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO 3. Pórticos con Arriostramientos Concéntricos (CBF)

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Compresión

Tracción

c) Respuesta estructural ante sismos

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SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO 3. Pórticos con Arriostramientos Concéntricos (CBF)

IE IN ST ES R A AM IE N TO

d) Desempeño estructural

 Sistemas capaces de desarrollar ductilidad, disipación de Energía e incursiones inelásticas moderadas. 

Sistemas con una gran rigidez.



Los mecanismos que pueden presentarse son:

Tracción

Compresión

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 Cedencia en los arriostramientos en Tracción.  Pandeo en los arriostramientos en Compresión.

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Compresión

Tracción Ing. Eliud Hernández

SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO 3. Pórticos con Arriostramientos Concéntricos (CBF)

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e) Clasificación según su nivel de desempeño sismorresistente

 Special Concentrically Braced Frames (SCBF). Pórticos Especiales de arriostramientos Concéntricos •



Se aplican fundamentalmente para una amenaza sísmica moderada o elevada, por lo que requieren de verificaciones y detalles constructivos muy estrictos. Estos pórticos se diseñan para que sean capaces de desarrollar incursiones inelásticas significativas con un factor de ductilidad moderado.

Ordinary Concentrically Braced Frames (OCBF). Pórticos Ordinarios de arriostramientos Concéntricos. Se aplican fundamentalmente para una amenaza sísmica leve y para acciones de viento, por lo que sus requerimientos, verificaciones y detalles constructivos son simples. Estos pórticos se diseñan principalmente en el rango elástico sin requerimientos considerables de ductilidad

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SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO

a) Características

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4. Pórticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF)

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 Se desarrollaron originalmente en Japón en la década de los 70 (Fujimoto 1972 y Tanabashi 1974) y posteriormente en los Estados Unidos para la década de los 80 (Popov, 1987). Actualmente es una opción muy utilizada en estructuras importantes debido a que representan una solución excelente para el diseño sismorresistente al combinar una rigidez elevada por las riostras y la disipación de energía proveniente de la incursión inelástica en las zonas de los enlaces “Link”.

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a) Características

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4. Pórticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF)

 Sistema de Columnas, Vigas y Arriostramientos Excéntricos Comportamiento a flexión y corte en Vigas-Enlace.



Desarrollo de deformaciones axiales en columnas y arriostramientos.

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

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Ing. Eliud Hernández

SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO 4. Pórticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF) e

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b) Tipos de sistemas excéntricos

e

e

e

AD

e

e

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SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO 4. Pórticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF)

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c) Ejemplos de sistemas excéntricos

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SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO 4. Pórticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF)

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d) Definición del elemento Enlace “LINK”

“Link”

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“Link”

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e) Respuesta inelástica

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e) Respuesta inelástica

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Ing. Eliud Hernández Julio 2015

SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO 5. Pórticos con Arriostramientos de Pandeo Restringido (BRBF)

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 Las riostras de pandeo restringido están formadas por una barra o núcleo central recubierto por una capa deslizante o antiadherente; esta barra se inserta en un tubo exterior sirviendo de camisa metálica relleno de un mortero de cemento (grout). De esta forma se logra limitar el pandeo local y global del núcleo central logrando que el mismo fluya tanto en tracción como en compresión.

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5. Pórticos con Arriostramientos de Pandeo Restringido (BRBF)

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 Una de las ventajas de las riostras de pandeo restringido respecto a una riostra típica es que se logra una incursión inelástica adecuada presentando respuesta estable ante cargas alternantes, sin la reducción del área de los ciclos de histéresis por problemas de pandeo.

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5. Pórticos con Arriostramientos de Pandeo Restringido (BRBF)

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 Otra ventaja importante en el uso de arriostramientos de pandeo restringido respecto a una riostra típica concéntrica, es que se obtienen menores fuerzas de diseño para las conexiones, logrando de esta forma minimizar costos y que brindan una estética favorable a la arquitectura de la edificación.

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SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO 6. Muros de Corte con Placas de Acero

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 Son pórticos formados por placas esbeltas asociadas al alma del muro, conectadas a componentes de borde horizontales y verticales. Las placas se diseñan para pandear y fluir bajo la acción sísmica, propiciando mecanismos de deformación plástica y disipación de energía, donde los bordes que forman el contorno permanecen esencialmente en el rango elástico.

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SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO 6. Muros de Corte con Placas de Acero

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 El tipo más usual de muros con placas de acero es el que incluye placas esbeltas sin rigidizadores. Otra alternativa es el uso de placas rigidizadas, mediante elementos adicionales de acero que incrementan la resistencia al pandeo de la placa por corte. De acuerdo a la característica de los rigidizadores, se logra un efecto de rigidización total o parcial. A continuación se muestra la respuesta general:

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SISTEMAS ESTRUCTURALES EN ACERO 6. Muros de Corte con Placas de Acero

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 En la siguiente figura se muestra la placa de acero con una clara evidencia de fluencia y pandeo en ensayos realizados por Berman y Bruneau (2003).

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7. Factores de Amplificación Sísmica

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