Módulo 4: Sistemas estructurales para construcciones ...³rticos con riostras de pandeo...

JORNADAS DE ACTUALIZACIÓN TÉCNICA - ESTRUCTURAS METÁLICAS SISMORRESISTENTES

Módulo 4: Sistemas estructurales para construcciones sismorresistentes

JORNADAS DE ACTUALIZACIÓN TÉCNICA

ESTRUCTURAS METÁLICAS SISMORRESISTENTES

Ing. Francisco Javier Crisafulli

Ing. Eduardo Daniel Quiroga

Ushuaia, 21 y 22 de Setiembre de 2017

Provincia de Tierra del Fuego, A. e I. del A. S.

Ministerio de Obras y Servicios Públicos

Auspician:


• Componentes o estructuras verticales

• Diafragmas horizontales (losas, reticulados)

• Conexiones (soldadura, pernos)

• Fundaciones

Sistemas sismorresistentes – Edificios

2


3


• Diafragmas horizontales (losas, reticulados)


• Fundaciones

Sistemas sismorresistentes – Edificios industriales


4


• Diafragmas horizontales (reticulados)


• Fundaciones

Sistemas sismorresistentes – Edificios industriales


5

• Vigas reticuladas (vericales)

• Diafragmas horizontales (reticulados)


• Fundaciones

Sistemas sismorresistentes – Puente reticulado

JORNADAS DE ACTUALIZACIÓN TÉCNICA - ESTRUCTURAS METÁLICAS SISMORRESISTENTESMASTER INTERNACIONAL EN INGENIERÍA SÍSMICA

6

Tipos estructurales para estructuras sismorresistentes de acero

Pórticos no arriostrados Pórticos arriostrados

Pórticos arriostrados excéntricamente

Pórticos arriostrados con disipadores

Muros con placas de acero


7

Tipos estructurales para estructuras sismorresistentes. AISC

Sistemas de

pórticos

a momento o

pórticos no

arriostrados

Pórticos no arriostrados

ordinarios, OMF


intermedios, IMF


especiales, SMF


especiales con vigas

reticuladas, STMF

Sistemas de columnas

ordinarias

en voladizo, OCCS


especiales en voladizo,

SCCS

Sistemas de

pórticos

arriostrados y

muros de corte

Pórticos ordinarios

arriostrados

concéntricamente, OCB

Pórticos especiales

arriostrados

concéntricamente, SCBF

Pórticos arriostrados

excéntricamente, EBF

Pórticos con riostras de

pandeo

restringido, BRBF

Muros de corte especiales

con placas de acero,

SPSW

Sistemas dualesCombinación de pórticos no arriostrados con pórticos arriostrados o muros


8

Tipos estructurales para estructuras sismorresistentes. I-C 103, IV

Sistemas de

pórticos

a momento o

pórticos no

arriostrados


convencionales, OMF


intermedios, IMF


especiales, SMF


especiales con vigas

reticuladas, STMF


ordinarias

en voladizo, OCCS


especiales en voladizo,

SCCS

Sistemas de

pórticos

arriostrados y

muros de corte

Pórticos convencionales

arriostrados


Pórticos especiales

arriostrados

concéntricamente, SCBF


excéntricamente, EBF

Pórticos con riostras de

pandeo

restringido, BRBF

Muros de corte especiales

con placas de acero,

SPSW

Sistemas dualesCombinación de pórticos no arriostrados con pórticos arriostrados.


9

Tipo estructural R Ductilidad Rigidez


convencionales, OMF3


intermedios, IMF4.5


especiales, SMF7

Pórticos no arriostrados especiales

con vigas reticuladas, STMF6

Pórticos convencionales

arriostrados


3

Pórticos especiales arriostrados

concéntricamente, SCBF5


excéntricamente, EBF7


10

Relación ancho-espesor para estructuras sismorresistentes.

Este parámetro se relaciona directamente con el pandeo local o abollamiento de las secciones de acero, efecto que impide el desarrollo de la ductilidad de los elementos o miembros estructurales.

El reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte IV, define requerimientos de la relación ancho-espesor según el tipo de estructura y de miembro que se considera. Para ello utiliza los valores límites indicados en:

• Tabla 9.1 p

• Tabla B.5.1 del CIRSOC 301 p

Los reglamentos AISC actuales consideran tres valores distintos:

(i) p , (ii) md (ductilidad moderada) y (iii) hd (ductilidad elevada)

La misma

denominación !!!


11


12

Relación ancho-espesor para estructuras sismorresistentes.


convencionales, OMFSin requerimientos


intermedios, IMF

Vigas: p T B.5.1. Columnas: p T 9.1 o p T B.5.1 según la

relación Mpc/Mpb


especiales, SMF

Vigas: p T B.5.1. Columnas: p T 9.1 o p T B.5.1 según la

relación Mpc/Mpb


especiales con vigas reticuladas,

STMF

Requerimiento para las diagonales y cordones del tramo

especial.

Pórticos ordinarios arriostrados

concéntricamente, SCBFSin requerimientos

Pórticos especiales arriostrados


Riostras: Perfiles I, U, Tubos p T 9.1 o p T B.5.1 (en

general). Columnas: ídem riostras.


excéntricamente, EBFEnlace: p T 9.1 . Riostras: p T 9.1


13

Secciones de chapa conformada en frio

Ejemplo:

Viga Perfil C 180x80x20x3.2 mm

Alma: h/tw= 170/3.2 = 53

Valores límites:

• Tabla 9.1 (I-C 103, Parte IV)

Tubos: 758

𝐹𝑦= 49

Alma perfiles (Pu= 0): 1365

𝐹𝑦= 88

• Tabla B.5.1 (CIRSOC 301)

Almas comprimidas por flexión: 3.76𝐸

𝐹𝑦= 109

h


Módulo 5: Pórticos no arriostrados o pórticos a momento

JORNADAS DE ACTUALIZACIÓN TÉCNICA

ESTRUCTURAS METÁLICAS SISMORRESISTENTES

Ing. Francisco Javier Crisafulli

Ing. Eduardo Daniel Quiroga

Ushuaia, 21 y 22 de Setiembre de 2017

Provincia de Tierra del Fuego, A. e I. del A. S.

Ministerio de Obras y Servicios Públicos

Auspician:


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Pórticos no arriostrados o pórticos a momento

Los pórticos son ensambles rectilíneos de vigas y columnas conectadas entre sí mediante juntas soldadas o apernadas o ambas.

Los miembros componentes de estos pórticos quedan sometidos principalmente a momentos flectores y esfuerzos de corte, que controlan su diseño.

Diagramas típicos de momentos flectores y esfuerzos de corte producido por la acción

sísmica


16



17


Mecanismo plástico (columna fuerte-viga débil)

Respuesta corte basal-desplazamiento lateral


18


Mecanismo plástico (columna fuerte-viga débil)

0.1*

*

pb

pc

M

M

)/(*

gucyccpc APFZM

uvbybypb MZFRM 1.1*

Relación entre la resistencia flexional de columnas y vigas (diseño por capacidad):

Resistencia de las columnas considerando el efecto de la carga axial:

Resistencia de las vigas considerando el efecto de la sobrerresistencia:


19

uvbybypb MZFRM 1.1*

Resistencia de las vigas considerando el efecto de la sobrerresistencia:

Muv es el momento adicional en la viga debido a la amplificación producida por corte desde la rótula plástica hasta el eje de la columna.

VEVE


20

Clasificación de secciones – Respuesta flexional

El pandeo local puede afectar significativamente la ductilidad de estructuras sismorresistentes. Es por ello que, en estos casos, se considera una clasificación de secciones por ductilidad, con límites de relación ancho-espesor más estrictos.

Miembros de ductilidad moderada

b/t o h/tw md

Miembros de alta ductilidad

b/t o h/tw hd


21

Conexión viga-columna – Clasificación

1. Conexión o unión simple (articulación): trasmite momento flector nulo o despreciable

2. Conexión o unión a momento:

• Totalmente restringida (TR): trasmite momento flector con una rotación despreciable entre las partes conectadas.

• Parcialmente restringida (PR): trasmite momento flector pero la rotación relativa entre los miembros unidos no es despreciable.


22

Conexión viga-columna – Clasificación


23

Conexión viga-columna - Clasificación

Diagramas momento-rotación típicos de conexiones totalmente restringidas, parcialmente restringidas y articuladas

Una unión se considera sin resistencia flexional en el análisis y proyecto (articulaciones) si:

• Presenta rigidez menos a 2 EI/L.

• Trasmite menos del 0,2 Mp de la viga para una deformación de 0,02 radianes

EI/L: rigidez flexional de la viga


24

Conexión viga-columna - Clasificación

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0.01 0.1 1 10 100 1000

Rigidez conexión / Rigidez viga (EI/L)

Mo

men

to (

tm)

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0.012

0.014

0.016

0.018

0.02

Ro

tació

n (

rad

)

Articulación Empotramiento

0.2 20

α

Ejemplo:

q=1 t/m

L = 5 m

LEI

Kα s

Ks Ks


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Cálculo de nudos viga-columna

El nudo queda sometido a esfuerzos de corte muy elevados.

M

V


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Placas de continuidad:

El espesor de las placas de continuidad debe determinarse según el siguiente criterio:• En nudos exteriores el espesor debe ser

como mínimo la mitad del espesor del ala de la viga.

• En nudos interiores el espesor de las placas deben ser como mínimo igual al espesor mayor de las alas de las vigas que llegan al nudo.

Las placas de continuidad deben unirse a las alas de la columna mediante soldadura de penetración completa (CJP groove welds) y al alma de la columna con soldadura de ranura o de filete.

Panel nodal

Placa de continuidad

Viga

Columna


27


Criterio de cálculo aproximado para determinar las solicitaciones en el panel nodal:

Esfuerzos M, N y V.

Corte A-AVista lateral

A

A


c

fbfb

p Vtd

M

td

MV

)()( 22

2

11

1

Esfuerzos donde los momentos han sido reemplazados por cuplas equivalentes

Criterio de cálculo aproximado para determinar las solicitaciones en el panel nodal:

Aplicando condiciones de equilibrio se puede determinar el corte en el panel nodal, Vp:

)( fb

ptd

MV

28


Comparación de requerimientos para pórticos no arriostrados de distinta categoría

29

Requerimiento Categoría

Especial Intermedio Conven.

Factor R 7 4.5 3

Capacidad de rotación

plástica en rótulas

0.03 0.01 ---

Distorsión de piso en

las conexiones

0.04 0.02 ---

Conexiones viga-

columna

Precalificada Precalificada No

Verificación panel

nodal

Si Si No

Relación anchura-

espesorλp λp

No

Relación entre la

resistencia flexional de

columnas y vigas

Si Si No

Restricción lateral en

nudos

Si No No

Restricción lateral en

vigas

Si

Lb = 17500 ry /Fy

Si

Lb = 25200 ry /Fy

No


30

Pórticos no arriostrados con viga reticulada

Es un tipo especial de pórticos no arriostrado que se ha usado en edificios con luces grandes (donde la viga reticulada presenta ventajas)

Segmento

especial

Segmento

especial

Su uso se limita a L<20 m y h<1.8m


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Pórticos a momento con riostras de esquina

Es un tipo especial de pórticos no arriostrado, en el que se aumenta la rigidez mediante tornapuntas de esquina que no impiden la circulación ni la colocación de aberturas.

Diagramas de solicitaciones Mecanismo de deformación plástica

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