TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. Presentado ante la ilustre Universidad Central de Venezuela Por el Br: Molina Mata, Jess Enrique Para optar por el Ttulo de Ingeniero Civil Caracas,Noviembre 2009 TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. TUTOR ACADMICO: Prof. Suilio Eliud Hernndez Presentado ante la ilustre Universidad Central de Venezuela Por el Br: Molina Mata, Jess Enrique Para optar por el Ttulo de Ingeniero Civil Caracas, Noviembre 2009 ACTA El da ________________ se reuni el jurado formado por los profesores: ConelfindeexaminarelTrabajoEspecialdeGradotitulado: ELABORACINDEUNMANUALDEDISEOSISMORRESISTENTEDE EDIFICACIONESENACEROBAJOLOSSISTEMASSMF,SCBFYEBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. Presentado ante laIlustreUniversidadCentraldeVenezuelaparaoptaralTtulode INGENIERO CIVIL. Una vez oda la defensa oral que el bachiller hizo de su Trabajo Especial de Grado, este jurado decidi las siguientes calificaciones: NOMBRE CALIFICACIN NmerosLetras Br. Jess Enrique Molina Mata

Recomendaciones: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ FIRMAS DEL JURADO Caracas, ___ de ___________de 2009iv A Morelva y Jess mis padres, y mis ejemplos a seguir, a Rolando y Carlos, mis hermanos y compaeros indiscutibles en esta aventura llamada vida, y a mi casa que vence las sombra mi UCV. Por ustedes y para ustedes v AGRADECIMIENTOS Agradezcoaaquellosquemehanbrindadosu confianza,amistadyapoyo, durante el sueo de conseguir el preciado ttulo de Ingeniero Civil. A todos aquellos que creyeron en mi, en mis capacidades y en este Trabajo Especial de Grado. A mi tutor el Ingeniero Suilio Eluid Hernndez, quien me guio y motivos en la elaboracindeesteTrabajo,alosprofesoresdelDepartamentodeIngeniera Estructural,MaraKorody,AntonioGell,JosVelzquez,NorbertoFernndez, entreotrosqueincentivaronenmiestacuriosidadporeldiseoestructuralyamor por esta profesin. AlaspersonasquecolaboraronenlaelaboracindeestaTesislos Ingenieros Jess Snchez y Luis Nez.Amisamigosycompaerosdeclasesquemeapoyaronenmicarrera, Elena, Emilio, Rommel, Francisco, Andrs, Mara Karina, Maryvic, Gabriel, Jos Luis y Jos Santiago. AmiscompaerosyequipodetrabajoenINESA,porsucomprensin, preocupacin y apoyo, durante la realizacin de esta tesis. A todos ustedes, sin duda algunaGracias Totales. vi Molina M, Jess E. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. Tutor Acadmico: Prof. Suilio Eliud Hernndez Rojas. Trabajo Especial de Grado. Caracas, U.C.V. Facultad de Ingeniera. Escuela de Ingeniera Civil. 2009, XXX pginas. Palabras clave: acero, diseo sismorresistente, AISC, manual, edificaciones. Lasedificacionesenacerorepresentangranpartedelaindustriadela construccinenmuchospasesdesarrollados,porlasgrandesventajasdeestos sistemas. Sin embargo en Venezuelala construccin de Edificaciones en Acero es mucho menor al porcentaje que se construye en Concreto Armado. Este fenmeno es causa y efecto del desconocimiento del Diseo Sismorresistente en acero, en los estudios de pregrado del Ingeniero Civil. DebidoalomencionadoanteriormentesurgelainterrogantedeCmo incentivareldiseoyconstruccindeedificacionessismorresistenteenacero? Respondiendo a esta interrogante surge este Manual de Diseo el cual les permite a losestudiantesdeIngenieraCivilyprofesionalestenerunareferenciadelas Normas y Cdigos ms actualizados en esta materia. Con la intencin de hacer el diseo sismorresistente en acero, ms cmodo serecopilaronloslineamientos,teorasyfilosofasrecomendadasporelInstituto AmericanodelaConstruccinenAcero,seorganizaronenesteManualparalos sistemas estructurales mayormente usados. vii Parahacermseficienteeldiseodelasestructurasenacerose esquematizaron, de manera resumida, los pasos a seguir para este procedimientos. Conlaintencindemostrarcmosepuedenautomatizarciertosparmetrosde diseo,secrearonHojasdeClculodegranayudaparaeldiseoychequeode elementos y sistemas estructurales en acero.AsimismosecrearonTablasdeUsosconlosvalorestpicosdeperfiles comerciales para el diseo de los sistemas estructurales en acero, facilitando as los clculos. Se generaron ejemplos de edificaciones en acero a fin de mostrar el uso de este Manual de Diseo, y con los resultados obtenidos se hicieron comparaciones y conclusiones al respecto del uso de distintos sistemas estructurales. En este Trabajo Especial de Gradotambin se muestran los parmetros de diseo de otros elementos de la edificacin tales como conexiones, losas, correas, planchas bases y empalmes en columnas.

viii NDICE GENERAL INTRODUCCIN.............1 CAPTULO I: FUNDAMENTOS DE LA INVESTIGACIN...2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA3 OBJETIVOS4 APORTES5 ALCANCE6 CAPTULO II: MARCO TERICO.....7 I. ACERO ESTRUCTURAL8 I.1. Resea Histrica del Acero Estructural8 I.2. Produccin de Acero11 I.3. Procesos posteriores para tratamiento del acero11 I.4. Clasificacin de los aceros..13 I.4.a. Composicin qumica de los aceros..13 I.4.b. Contenido de xidos13 I.4.c. Propiedades mecnicas.15 I.5. Productos comerciales en aceros..16 I.6. Criterios de Diseo en acero..18 I.6.a. Estado lmite de agotamiento resistente...19 I.6.b. Estado lmite de servicio...19 ix I.7. Diseo de los elementos en acero..20 I.7.a. Diseo de miembros a Traccin....20 I.7.b. Diseo de miembros a Compresin......20 I.7.c. Diseo de miembros a Flexin...22 I.7.d. Diseo de miembros a Corte......24 I.7.e. Diseo a flexo compresin......25 II. DISEO SISMORRESISTENTE EN ACERO.29 II.1. Filosofa del Diseo Sismorresistente.............29 II.2.PasosaseguirparaelaborarunDiseo Sismorresistente en Acero.30 III.CLASIFICACINDELASESTRUCTURASSEGNSUTIPO, NIVEL DE DISEO Y TIPO DE CONEXIONES..31 III.1. Clasificacin segn el tipo estructural.31 III.2.Clasificacinsegneltipode conexiones34 IV.LINEAMIENTOSPARAELPREDIMENSIONADODEUNA ESTRUCTURASISMORRESISTENTEEN ACERO...36 IV.1. Predimensionado de Vigas...36 IV.2. Predimensionado de Columnas...38 IV.3. Predimensionado de Arriostramientos40 IV.4. Predimensionado del Sistema de Piso...40 IV.4.a.PredimensionadodeCorreasyVigasde Transferencia...41 IV.4.b. Predimensionado de losa.....42 x V.CRITERIOSPARADETERMINACINDELAACCIN SSMICA.44 V.1. Zonificacin Ssmica..............44 V.2. Movimientos de Diseo.................45 V.3. Forma Espectrales........................45 V.4. Clasificacin segn el Uso............46 V.4.a. Grupos......46 V.4.b. Factor de Importancia.47 V.5. Niveles de Diseo Requeridos......48 V.6. Clasificacin segn el Tipo de Estructura49 V.7. Factor de Reduccin de Respuesta.49 V.8. Coeficiente Ssmico para Edificaciones...50 V.9. Espectros de Diseo................................51 VI.CASOSYCOMBINACIONESDECARGASDE DISEO.55 VI.1. Acciones o Casos de cargas55 VI.2.HiptesisdeSolicitacionesoCombinacionesde Cargas...56 VII.CRITERIOSPARAELANLISISDINMICO ESPACIAL.59 VII.1. Perodo Fundamental de la Estructura..59 VII.2. Nmero mnimo de modos de vibracin59 VII.3. Cortante Basal...60 VII.4. Torsin adicional61 xi VIII.CONTROLDEDESPLAZAMIENTOSDELA EDIFICACIN...62 VIII.1. Desplazamientos Laterales Totales..62 VIII.2. Valores Lmites.62 IX.ESTRUCTURASTIPOPRTICORESISTENTEA MOMENTOS.63 IX.1. Caractersticas63 IX.2. Desempeo Estructural.64 IX.3.Clasificacinsegnsuniveldedesempeo sismorresistente...65 IX.4. Requisitos en Prticos Especiales a Momento.66 IX.4.a. Disposiciones Generales..66 IX.4.b. Conexiones vigas-columnas.66 IX.4.c.ZonadelPaneldeconexionesvigas-columnas..68 IX.4.d. Limitaciones en vigas71 IX.4.e. Limitaciones en columnas.72 IX.4.f. Planchas de Continuidad...73 IX.4.g. Relacin de Momentos Columna-Viga...75 IX.4.h.ConexionesViga-Columnacon Arriostramiento Lateral...78 IX.4.i.ConexionesViga-ColumnasinArriostramiento Lateral............................79 IX.4.j. Arriostramiento Lateral de Vigas...79 IX.4.k. Empalmes de Columnas...80 xii X.ESTRUCTURASTIPOPRTICOCONDIAGONALES CONCNTRICAS.81 X.1. Caractersticas.81 X.2. Desempeo Estructural..82 X.3.DiagramadeHistresisdeunArriostramiento Concntrico..........83 X.4.Clasificacinsegnladisposicindelos arriostramiento.84 X.5.Clasificacinsegnsuniveldedesempeo sismorresistente...................................84 X.6.RequisitosenPrticosEspecialesconArriostramientos Concntricos........................................85 X.6.a. Disposiciones Generales85 X.6.b. Esbeltez en Arriostramientos.86 X.6.c. Resistencia Requerida en Arriostramientos....88 X.6.d. Distribucin de Fuerzas Laterales..................88 X.6.e. Limitaciones en Arriostramientos....................90 X.6.f. Limitaciones en columnas...............................91 X.6.g.ResistenciaRequeridaenConexionesde Arriostramientos........................................................91 X.6.h. Requerimientos Especiales en Configuraciones conArriostramientosTipoVyTipoV Invertida....................................................................92 X.6.i.RequerimientosEspecialesenConfiguraciones con Arriostramientos Tipo K......................................94 X.6.j. Empalmes en Columnas..................................94 X.6.k. Zonas protegidas............................................95 xiii XI.ESTRUCTURASTIPOPRTICOCONDIAGONALES EXCNTRICAS.96 XI.1. Caractersticas96 XI.2. Desempeo Estructural.96 XI.3.Clasificacinsegnladisposicindelos arriostramientos97 XI.4.Clasificacinsegnsuniveldedesempeo sismorresistente...98 XI.5.RequisitosenPrticosconArriostramientos Excntricos98 XI.5.a. Disposiciones Generales..98 XI.5.b. Limitaciones en Viga-Eslabn..98 XI.5.c. Fuerza a Corte Requerida en la Viga-Eslabn..99 XI.5.d. Rotacin Plstica en la Viga-Eslabn.101 XI.5.e. Rigidizadores en la Viga-Eslabn102 XI.5.f. Conexiones Viga-Eslabn con Columnas...104 XI.5.g. Arriostramientos Laterales en Viga-Eslabn.105 XI.5.h. Arriostramientos Diagonales....105 XI.5.i. Vigas fuera del Eslabn..107 XI.5.j. Conexiones Viga-Columna108 XI.5.k. Requisitos en Columnas108 XII. CONEXIONES EN ESTRUCTURAS DE ACERO110 XII.1. Conexiones.110 XII.2. Tipos de Conexiones110 xiv XII.2.a. Conexiones Simples.110 XII.2.b. Conexiones a Momentos o Rgidas...110 XII.3. Criterios Bsicos para el Diseo de las Conexiones...111 XII.3.a.CriteriosparaeldiseodeConexiones Simples.112 XII.3.b.CriteriosparaeldiseodeConexiones Totalmente Restringidas................................112 XII.3.c.CriteriosparaeldiseodeConexiones Parcialmente Restringidas.............................112 XII.4. Seleccin de Conexin segn el Tipo de Estructura...113 XII.5. Diseo de conexin a Corte con Rigidizador..............114 XII.5.a. Fuerzas de Diseo114 XII.5.b. Diseo de Pernos..114 XII.5.c. Diseo de Soldadura115 XII.5.d. Diseo del Rigidizador.116 XII.6. Diseo de Conexiones End Plate................................118 XII.6.a. Fuerzas de Diseo118 XII.5.b. Clculo de Pernos.119 XII.6.c. Clculo de Plancha Extrema...119 XII.6.d. Clculo de Rigidizadores........121 XII.6.e. Chequeo de las planchas........123 XII.6.f. Soldaduras...............................123 XII.7. Diseo de Conexin de Arriostramientos....................124 xv XII.7.a. Fuerzas de Diseo124 XII.7.b. Diseo de Pernos..125 XII.7.c.Diseoporaplastamientodelarriostramiento y del ngulo..126 XII.7.d.Diseoportraccindelarriostramientoydel ngulo...127 XII.7.e.DiseoporBloquedecortedel arriostramiento y del ngulo..127 XII.7.f. Diseo de Plancha Nodo..128 XII.7.g. Equilibrio de Fuerzas en Plancha Nodo129 XIII.DISEODEOTROSELEMENTOSENLASESTRUCTURAS EN ACERO131 XIII.1. Sistema de piso131 XIII.1.a. Seleccin de Losacero131 XIII.1.b. Diseo de Seccin Mixta133 XIII.1.c.RequisitosporArriostramientoLateralde Vigas.134 XIII.1.d. Diseo de Conectores de Corte....135 XIII.2. Diseo de Plancha Base.137 XIII.2.a. Fuerzas de Diseo...138 XIII.2.b. Dimensiones de Plancha Base y Pedestal..138 XIII.2.c. Diseo por Flexin...138 XIII.2.d. Diseo del Pedestal.141 XIII.2.e. Diseo de las Barras de Anclaje141 xvi XIII.2.f. Espesor de Plancha Base141 XIII.3. Diseo de Empalmes de Columnas..143 CAPTULO III: METODOLOGA....145 CAPTULO IV: RESULTADOS Y ANLISIS...156 Flujograma FG1: Pasos Generales para el Diseo Sismorresistente en Acero..............................157 Flujograma FG2: Determinacin de Accin Ssmica..158 Flujograma FG3: Diseo de Sistemas SMF.159 Flujograma FG4: Diseo de Sistemas SCBF..160 Flujograma FG5: Diseo de Sistemas EBF.161 Flujograma FG6: Diseo de Conexiones End Plate...162 Flujograma FG7: Diseo de Conexiones de Arriostramientos..163 Flujograma FG8: Diseo de Conexiones a Corte con Rigidizadores..164 HojadeClculo:EdificacionesSismorresistentesCOVENIN1756-01.165 Hoja de Clculo: Sistemas SMF.175 Hoja de Clculo: Sistemas SCBF..181 Hoja de Clculo: Sistemas EBF.188 Hoja de Clculo: Diseo de Conexiones a Corte con Rigidizador199 Hoja de Clculo: Diseo de Conexiones End Plate206 Hoja de Clculo: Diseo de Conexiones de Arriostramientos..221 Hoja de Clculo: Diseo de Planchas Base.229 Tablas de Uso A241 xvii Tablas de Uso B249 Tablas de Uso C...255 Ejemplos de Aplicacin: Memoria Descriptiva.258 Ejemplos de Aplicacin: Memoria de Clculo (SMF)..266 Ejemplos de Aplicacin: Memoria de Clculo (SCBF)281 Ejemplos de Aplicacin: Memoria de Clculo (EBF)..293 Contraste de Resultados.305 CAPTULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.307 REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS...310 APNDICES.....................312 xviii NDICE DE TABLAS Tabla I.1: Tensiones cedentes y de agotamiento de los aceros.16 Tabla I.2: Valores de Factor de longitud efectiva (K).21 Tabla IV.1: Flechas Mximas Verticales Recomendadas.36 Tabla IV.2: Valores de altura de vigas mnima recomendada para Fy = 2530Kg/cm2. 38 Tabla IV.3: Relacin entre mdulo plstico de columna y vigas.39 Tabla IV.4: Relacin L/h para losas en sistemas de piso.43 Tabla V.1: Valores de Ao.45 Tabla V.2: Forma Espectral y Factor de Correccin.46 Tabla V.3: Factor de Importancia ().47 Tabla V.4: Niveles de Diseo ND.48 Tabla V.5: Factores de Reduccin de Respuesta (R) para estructuras en acero. 50 Tabla V.6: Valores de T*, y p.52 Tabla V.7: Valores de T+.53 Tabla VIII.1: Valores lmites de deriva/altura de entrepiso.62 Tabla XIII.1: Cargas Admisibles para Losacero Calibre 22 (0.70mm).132 Tabla XIII.2: Cargas Admisibles para Losacero Calibre 20 (0.90mm).132 Tabla XIII.3: Resistencia Nominal Vnc de un Conector a Corte Horizontal.132 xix NDICE DE FIGURAS Figura I.1: Torre Eiffel en Pars, Francia.9 Figura I.2: Puente de Brooklyn en Nueva York, EEUU.10 Figura I.3: Empire State en Nueva York, EEUU.10 Figura I.4: Secciones transversales de perfiles comerciales en Venezuela.17 Figura I.5: Determinacin de Cb.23 Figura I.6: Interaccin entre carga axial y momento.25 Figura III.1: Sistema de Prticos Resistentes a Momentos.31 Figura III.2: Sistema de Prticos con Diagonales Concntricas.32 Figura III.3: Sistema de Prticos con Diagonales Excntricas.33 Figura III.4: Conexiones en estructuras de acero. De izquierda a derecha Conexin Simple, PR y FR 35 Figura IV.1: Colocacin de los arriostramientos en X.41 Figura V.1: Mapa de zonificacin ssmica.44 Figura V.2: Valores y Grficos de Espectros de Diseo y Respuesta.54 Figura IX.1: Prtico Resistente a Momento.63 Figura IX.2: Posible ubicacin de mecanismo en un sistema MRF.64 Figura IX.3: Prtico con formacin de rotulas plsticas en vigas.65 Figura IX.4: Diagrama de Histresis tpico esperado.66 Figura IX.5: Distribucin de Fuerzas en la Zona del Panel.68 Figura IX.6: Colocacin y Soldadura en planchas adosadas al alma de la columna. 71 xx Figura IX.7: Planchas de continuidad en conexiones de una viga al ala de la columna. 73 Figura IX.8: Planchas de continuidad en conexiones de dos vigas a las alas de la columna. 74 Figura IX.9: Clculo de M*pb.76 Figura IX.10: Clculo de M*pc.77 Figura IX.11: Localizacin de Arriostramientos laterales.80 Figura X.1: Prticos con diagonales concntricas.81 Figura X.2: Desempeo estructural de un Prtico con Diagonales Concntricas 82 Figura X.3: Diagrama de Histresis de un Arriostramiento Concntrico.84 Figura X.4: Clasificacin segn la disposicin de los arriostramientos.85 Figura X.5: Demanda en columnas para la Condicin A.86 Figura X.6: Demanda en columnas para la Condicin B.87 Figura X.7: Distribucin de Arriostramientos en Prticos.89 Figura X.8: Distribucin de Arriostramientos en planta.89 Figura X.9: Plancha Nodo.92 Figura X.10: Distribucin de fuerzas en el sistema viga-arriostramiento93 Figura X.11: Arriostramientos Tipo K.94 Figura X.12: Zonas protegidas en los prticos V Invertida y Tipo X.95 Figura XI.1: Ejemplos de Prticos con Arriostramientos Excntricos.97 Figura XI.2: Rotacin plstica del eslabn.101 Figura XI.3: Colocacin de Rigidizadores para e 1.6Mp/Vp.103 xxi Figura XI.4: Colocacin de Rigidizadores para 2.6Mp/Vp e 5Mp/Vp.103 Figura XI.5: Colocacin de Rigidizadores para 1.6 Mp/Vp < e < 2.6 Mp/Vp.104 Figura XI.6: Fuerzas en Vigas fuera del Eslabn.107 Figura XII.1: Curvas de momento rotacin segn el tipo de conexin.111 Figura XII.2: Conexin Viga-Columna con arriostramientos diagonales.113 Figura XII.3: Excentricidad de la carga en una Conexin a Corte con Rigidizador. 114 Figura XII.4: Bloque de Corte en Rigidizador.117 Figura XII.5: End Plate de 4 y de 8 pernos con rigidizadores.118 Figura XII.6: Lneas de falla en la Plancha Extrema.121 Figura XII.7: Geometra del rigidizador.122 Figura XII.8: Soldaduras en End Plate.123 Figura XII.9: Diseo de Conexin de Arriostramientos con ngulos.124 Figura XII.10: Bloque de Corte en ngulo y alas de arriostramiento.127 Figura XII.11: Bloque de Corte en Plancha Nodo.128 Figura XII.12: Ancho de Whitmore.129 Figura XII.13: Mtodo de fuerzas Uniformes.130 Figura XIII.1: Seccin Tpica de Losa Acero.131 Figura XIII.2: Viga en Seccin mixta.134 Figura XIII.3: Arreglo de los conectores de corte tipo stud doble.136 Figura XIII.4: Mtodos de Diseo para Momentos Bajos y Altos (De Izquierda a Derecha). 140 xxii Figura XIII.5: Lneas de fallas por flexin en Plancha Base.142 Figura XIII.6: Localizacin de los Empalmes en Columnas143 Figura XIII.7: Ejemplos de Empalmes en Columnas.144 ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 1 INTRODUCCIN Lasestructurasenacerosonunaopcinampliamenteusadaenmuchos pasesdelmundo,debidoasufacilidadyrapidezdeconstruccin,ascomola seguridad que tienen estas estructuras, debido a muchas dcadas de estudio en la materia.Sinembargoennuestropasestaramadelaconstruccinnoseha desarrollado ampliamente, teniendo as poca informacin en la carrera de pregrado delIngenieroCivilynormasquetratandeestetemamuydesactualizadas,en comparacin a los avances hechos por el Instituto Americano de la Construccin en Acero, AISC por sus siglas en ingles. Ennuestropas,unazonaporexcelenciassmica,eldiseodetodaslas estructurasdebecontemplarlasaccionesycriteriosssmicosnormalizados,y ampliamente estudiados, ya que de esto depende el correcto funcionamiento de las estructuras. EsteTrabajoEspecialdeGradoserealizoconlaintencindemejoraresta situacin de desconocimiento de la materia Diseo Sismorresistente en Estructuras deAcero,enlosestudiantesdepregradoylosnuevosingenierosciviles, proporcionandoasunManualdereferenciaaconsultaralmomentoderealizarel diseo de una edificacinen acero. ParalaelaboracindeesteManualdeDiseoseconsultarondiversas bibliografasquetrataneltema,principalmentelosCdigosdelaAISC(341-05y 360-05) en sus ltimas ediciones al momento de la elaboracin de este Manual. Se recopilaronloslineamientosparaeladecuadodiseodeunaestructuraenacero, as como sus conexiones y dems elementos. Se elaboraron Flujogramas de resumen, Tablas de Uso, Hojas de Clculo y Ejemplos de Aplicacin con la finalidad de que sirvan de ayuda en la elaboracin del Diseo Sismorresistente en Acero. CAPTULO I FUNDAMENTOS DE LA INVESTIGACIN ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO I: FUNDAMENTOS DE LA INVESTIGACIN NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Las estructuras en acero siempre han sido una opcin dentro de la rama de laconstruccindebidoalagrancapacidadresistentedelaceroascomoala facilidadyrapidezenlainstalacin.Talcomolodefinenlosautoresdelanorma COVENIN1618-98EstructurasdeAceroparaEdificaciones.Mtododelos Estados Lmites en su introduccin, en Venezuela el diseo sismorresistente tiene que ser lo comn y el diseo no sismorresistente la excepcin. Porestasrazoneselconocimientoenestamateriadebeserdegran importanciadentrodelpensumdelingenierocivil,quesededicaralaparte estructural, sin embargo durante la carrera de pregrado en la Universidad Central de Venezuela solo se trata este aspecto en la materia obligatoria Estructuras de Acero (1166), dentro de la cual, segn el programa de dicha asignatura, solo se dedican 2 (dos) horas acadmicas al diseo sismorresistente en acero. Respondiendoalasituacindescritapreviamente,surgelainterrogantede cmosepuedeincentivarelestudioafondodeldiseosismorresistenteen estructurasdeacerodentrodelaformacindepregradodelIngenieroCivil?,del mismo modo como se hace con el rea de diseo en concreto armado. Para esto se plantea la elaboracin de un manual de diseo sismorresistente para estructuras en acero con el cual los estudiantes e ingenieros recin graduados puedan instruirse y documentarse para afrontar el diseo de una edificacin de esta ndole. Laelaboracindeestemanualsehartomandocomobaselasnormaso cdigos AISC Instituto Americano de la Construccin de Acero, debido a que stos contienenlosfundamentosdelasnormasparaedificacionesenaceroentodoel continente,estnmsactualizadasconrespectoaloseventosssmicosms recientesyadems,lamayoradelosprogramasdecomputacinorientadosal anlisis de estructuras se fundamentan en los lineamientos de dichas normas. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO I: FUNDAMENTOS DE LA INVESTIGACIN NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 4 OBJETIVO GENERAL Elaborarunmanualdediseosismorresistentedeedificacionesenacero bajolossistemasSMF,SCBFyEBFbasadoenlasnormasANSI/AISC360-05Y 341-05. OBJETIVOS ESPECFICOS -Establecerlafilosofaypasosaseguirparaelaborareldiseo sismorresistente de una edificacin en acero. -Establecerloslineamientostcnicosparaunpredimensionadodelas estructuras de acero bajo los sistemas SMF, SCBF y EBF. -Recopilarloslineamientostcnicosparaeldiseoychequeo sismorresistente de los elementos de una edificacin en acero bajo los sistemas SMF, SCBF y EBF. -Esquematizarlospasosaseguirparaeldiseosismorresistentede edificacionesenacerobajolossistemasSMF,SCBFyEBF,mediantela utilizacin de diagramas de flujo. -Programar hojas de clculo para el diseo sismorresistente de una estructura de acero y sus elementos bajo los sistemas SMF, SCBF y EBF. -Crear tablas de resumen para los valores de uso de perfiles tipo I y tipo H. -Generaraplicaciones,comoejemplosdediseodeedificacionesregulares en acero bajo los sistemas SMF, SCBF y EBF, del uso de este manual. -Contrastarlos resultados obtenidos para los distintos sistemas estructurales adoptados. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO I: FUNDAMENTOS DE LA INVESTIGACIN NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 5 APORTES Ampliarlosconocimientosacercadelasestructurasdeaceroenlos estudianteseingenieroscivilesrecingraduadosenlaUniversidadCentralde Venezuela,yaqueelestudiodeestetemaenelpregradoselimitasloalcurso Estructuras de Acero con una duracin de 60 horas acadmicas.Establecerunareferenciadelasnormativasycdigosvigentesparael estudiodeldiseosismorresistenteenestructurasdeacero,quepuedaser consultada de forma fcil para un estudiante de pregrado. Incentivar la incursin de una materia, de manera electiva, que trate a fondo elDiseodeEstructurasSismorresistentesenAcerodentrodelpensumde IngenieroCivilenlaUniversidadCentraldeVenezuela,talcomosehace actualmente con materias acerca del concreto armado. Incentivar el estudio del acero en otros Trabajos Especiales de Grado, para complementarelconocimientoenaspectoscomopreparacinyejecucinde proyectosenacero,ademsdetcnicasparaelmontajeyconstruccindedichos proyectos. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO I: FUNDAMENTOS DE LA INVESTIGACIN NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 6 ALCANCE EnesteTrabajoEspecialdeGradosetomaronencuentaconsideraciones, con el fin de limitar el alcance de ste: -De las Normas: Para este Trabajo se tomaron en cuenta los Cdigos y Guas elaboradas por el Instituto Americano de la Construccin en Acero. Para la determinacin de las acciones gravitacionales se consulto la Norma VenezolanaCOVENIN2002:88.Enlaconsideracindeloscriteriosdelanlisis dinmico y determinacin de las acciones ssmicas se consulto la Norma COVENIN 1756:01. -De los sistemas y nivel de diseo: Se limito al estudio de las edificaciones bajo el nivel de diseo ms exigente de las normas. En la elaboracin de este Trabajo Especial de Grado se estudiaron solo estructuras en acero, bajo los sistemas SMF, SCBF y EBF.

-De los materiales y perfiles: Se usaron los materiales indicados por las normas COVENIN en el diseo de Estructuras de acero, y solo se usaron perfiles de Seccin doble T, comercialmente usados en nuestro pas. -De los criterios de diseo: SelimitoaldiseodelasestructurasparaelcriteriodeEstadosLimitesde agotamiento y servicio. CAPTULO II MARCO TERICOELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 8 I. ACERO ESTRUCTURAL I.1. Resea Histrica del Acero Estructural: La fabricacin de los materiales ferrosos en la edad moderna fue impulsada por el avance tecnolgico que permiti la instalacin de los altos hornos, el primero deloscualesseerigienGleiwitz,Alemaniaen1742,logrndoseconelloun notableincrementoenlacapacidadproductivadelhierroforjadoylafundicin.El primerpuentedeesteltimomaterialseconstruyoenShropshire,Inglaterracon luces de 33 metros sobre el ro Severn. Asimismo, el hierro fue utilizado inicialmente para construir cubiertas, cpulas y naves en edificios industriales, y slo ms tarde, cuandoseperfeccionelfuncionamientodeloselevadores,seleusoen edificaciones de varias plantas. La Revolucin Industrial del Siglo XIX en Europa, permiti el avance masivo en la produccin de los materiales ferrosos y con ello se propici la construccin de numerosos puentes, pabellones, almacenes comerciales, depsitos y estaciones de ferrocarril.UnodelosprimerosejemplosdeesteavancetecnolgicoeselGran PabellndelJardnBotnicadePars,de1833,construidoconunaestructura metlicadesutilescolumnasquesostienenlasarmadurasdeltecho.Asimismo,la fabricacindeperfilesestndaryseriadosdehierro,aunadaalplaneamiento racionaldelosprocesosdetransporteymontaje,permitilaconstruccinde grandes edificios en tiempos cada vez ms breve.El primer ejemplo histrico del uso de piezas prefabricadas en gran escala es el Palacio de Cristal de la Exposicin Mundial de Londres, en el ao de 1851, esto permitiunagranrapidezdeejecucin.Aestosesumounalargaseriede construcciones entre las que destacan Le Bon March de Pars (1876) y el edificio demercadodeLesHalles(1881).EnlasExposicionesMundialesdeLondresy Pars entre 1855 y 1889 se hizo alarde de una tcnica cada vez ms depurada de la construccin en hierro, y en la exposicin de 1889, se haba alcanzado su mxima expresin, con la Torre Eiffel de 305 metros de altura. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 9 Figura I.1: Torre Eiffel en Pars, Francia. El proceso inicial de produccin de acero en gran escala se dio en Inglaterra en1855,conlacreacindelconvertidor,conestatcnicasepermitiobtenerel acero colado, ms duro y consistente que otros productos siderrgicos. Desde 1880, elacerosetransformenelprimermaterialestructuralenlosEstadosUnidosde Amrica, estimulado por los precios competitivos que favoreca el nuevo proceso de fabricacinconhogarabierto.Estodiolugara unnuevoesplendorconstructivode numerosospuentescolgantes,comoporejemploelPuentedeBrooklynenNueva York,ycomienzalapocadeorodelosrascacielosentre1904y1912,hastael iniciodelaprimeraguerramundial.Enestapocaseconstruyeronlosedificios Woolworth y el Times Square en Nueva York. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 10 Figura I.2: Puente de Brooklyn en Nueva York, EEUU. Durante la primera guerra se abri un parntesis en la construccin de estos rascacielos,sinembargoentre1920y1930recomenzconnuevompetu,con edificio como el Empire State, el Wall Tower, el Chrysler y el Rockefeller Center en Nueva York. Figura I.3: Empire State en Nueva York, EEUU. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 11 Losprimerosperfilesdeacerofueronngulosfabricadosdesde1819, mientrasquelosdobleTseelaboraronapartirde1849.Yaen1870lasaceras ofrecan ngulos, doble T y canales de hasta 40 cm de altura. I.2. Produccin de Acero: La produccin de acero y fundiciones de hierro en la actualidad, se basa en la aplicacin de dos procesos siderrgicos diferentes, que son: -El alto horno, con reduccin en el convertidor al oxigeno. -La reduccin directa, con hornos elctricos. Ambostratamientossondecoladacontinua.Ladiferenciaentreellos consiste en que en el alto horno, el tratamiento se lleva a cabo utilizando coke como combustibleyagentereductor,mientrasqueenlareduccindirecta,losminerales de hierro se llevan al estado lquido mediante el uso de la energa elctrica, la cual permite elevar la temperatura en el horno hasta alcanzar el punto de fusin. De esta forma se reduce el mineral hierros en una sola operacin al estado final de lingotes, productos semielaborados o piezas en bruto. I.3. Procesos posteriores para tratamiento del acero: Entrelosprocesosmsusualesparalosproductosprimariosdeaceroen lingotes est el tratamiento trmico de templado y de recocido.Eltempladoimplicauncalentamientodelmetalatemperaturasmuy elevadas, por encima de los 500C, para luego enfriarlo rpidamente, ponindolo en contactoconlquidososlidosfros.Conesteprocesoselograincrementarsu resistencia pero se disminuye su ductilidad. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 12 Elrecocidoorevenidoesuntratamientotrmicoqueconsisteenun recalentamientodelaceronormalizadooendurecidoporeltempladoyluego enfriado nuevamente a diferentes velocidades. Con ello se recuperan algunas de las propiedades mecnicas alteradas por los procesos previos. Por ejemplo, el recocido devuelve parte de la ductilidad perdida debido al templado y se obtienen aceros de gran resistencia y aceptable ductilidad. Luegodesersometidosalostratamientostrmicosmencionados,los productossemielaboradosrecibenotrotipodetratamiento,quesonetapasde conformado y acabado final, entre los cuales se pueden mencionar: -El trefilado. -El forjado. -La laminacin en fro o en caliente. -La extrusin. -La embuticin. -El plegado. -El cizallado Entrelosmsdestacadosseencuentraellaminadoenfroelcualconsiste enhacerpasarloslingotesatravsdetrenesdelaminacinformadoporrodillos cilndricosquegiranconsentidosopuestosaigualvelocidadydanformaal producto,apesardequesunombreeslaminadoenfroestenoserealizaa temperaturaambiente,sinoalgoinferioralos500Cyvaproduciendoenelmetal unadeformacinplticapaulatinaseguidadeunendurecimientoposterior progresivo.Ellaminadoenfroincrementanotablementelaresistenciadelmetal,sin embargo,comoelprocesoseaplicaconfuerzasdetraccinenlasbarras,las ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 13 pruebasdelaboratorioindicanunadisminucindelosesfuerzoscedentesa compresin. Mediante la laminacin en fro se obtienen secciones de pared delgada deformasdiversas,lascualespuedenestarexpuestasaunapeligrosacorrosin. Para evitar este efecto, es recomendable galvanizar el acero o dotarlo de algn tipo de proteccin antes de laminarlo. Otroprocesonotableesellaminadoencalienteelcualserealizaaaltas temperaturas,comprendidasentreladerecristalizacinyladefusindelmetal, originando un proceso de recuperacin y re cristalizacin del acero que no provoca su endurecimiento posterior como en el caso del laminado en fro. I.4. Clasificacin de los aceros: Los aceros pueden clasificarse segn: -Su composicin qumica. -Su contenido de xidos. -Sus propiedades mecnicas. -Su calidad. I.4.a. Composicin qumica de los aceros: Deacuerdoconsucomposicinqumica,losacerospuedenseracerossin alear, semialeados y aleados. Las aleaciones influyen en las propiedades del acero. Entrelosmetalesdealeacinsepuedencitarelcobre(Cu),elnquel(Ni),el aluminio(Al),elmanganeso(Mn)yelcromo(Cr).Elfsforoyelazufre generalmente se segregan, ya que constituyen impurezas difciles de eliminar. El cromo mejora notablemente la resistencia a la corrosin y al desgaste, as comoelcobreincrementasuductilidadytambinmejoralaresistenciaala ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 14 corrosin.Elmanganesofacilitalasoldabilidadyelmolibdenopermiteunamejor deformacin en fro, el nquel incrementa la resistencia a la traccin y el aluminio le confierealmateriacaractersticasdenoenvejecimientoyunaestructuradegrano fino, con buenas propiedades de soldabilidad. I.4.b. Contenido de xidos: Segnsucontenidodexido,elgradodedesoxidacindelosaceros permite clasificarlos en aceros efervescentes, semicalmados y calmados. Acerosefervescentes:Cuandoladesoxidacindelacerolquidoresulta dbil,seobtienenmetalesconaltogradodesegregacinyconcentracinde elementos.Evidenciadeelloeslaformacinenellingotedeunapielexterior relativamentepuardurantesusolidificacinyenfriamiento,mientrasqueenel interior de la masa su composicin qumica se ve alterada por impurezas tales como el azufre y el fsforo, que debilitan el acero, disminuyendo su calidadyhacindolo poco apto para soldar. Acerossemicalmados:sonlosacerosparcialmentedesoxidadoscon propiedadesintermediasentrelosefervescentesyloscalmados.Seusan preferentemente en la fabricacin de perfiles estructurales, barras y planchas. Aceroscalmados:sonlosaceroscompletamentedesoxidados,enlos cualesnoexistenreaccionesposterioresdelcarbonoconeloxigeno,durantela solidificacinyconformacindelingotes.Estosacerospresentanunaestructura cristalina homognea, de composicin qumica uniforme, apta para la fabricacin de tubos sin costura, rieles y piezas forjadas. Los aceros calmados ofrecen excelentes caractersticas mecnicas, buenas posibilidades de ser soldados y gran ductilidad. A fines estructurales, se los emplea generalmente en perfiles de espesor considerable, que deban soportar fuertes solicitaciones. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 15 I.4.c. Propiedades mecnicas: Segn sus propiedades mecnicas, los aceros se clasifican en acero comn (acero dulce), acero de alta resistencia y aceros especiales. Laspropiedadesmecnicasdelosacerosdependendesucomposicin qumica,desusaleaciones,desuprocesodelaminacin,formadeenfriamiento, tratamientotrmicoposterioryeltipodesolicitacionesaqueseansometidos.Las siguientes propiedades, sin embargo, son comunes a todos los aceros: -Peso especifico (): 7850 Kg/m3 -Mdulo de elasticidad longitudinal (E): 2.1 x 106 Kg/cm2 -Mdulo de elasticidad transversal o de corte (G): ) 1 ( 2Ev + -Coeficiente de Poisson (v): 0.3 (en el rango elstico) 0.5 (en rango plstico) -Coeficiente de dilatacin trmica (o): 11.7 x 10-6/C ValoresexpresadosensistemamtricoMKS(metros-kilogramosfuerza-segundos). Acero comn: tambin conocido por acero dulce o acero al carbono, fue por muchosaoselmaterialmsusadoenlaconstruccin.Esunaceroconbajo contenidodecarbono(entreel0.12y0.6%enpeso).Entreestosacerosestnel AE25,ASTMA36yDinST37.Lavariacinenelcontenidodecarbonoresulta decisiva en las propiedades mecnicas de los diferentes aceros. Acerodealtaresistencia:sonaquellosquehanincrementado notablemente su punto de cedencia, por contenidos elevados de carbono (entre 1.4 y1.7%enpeso)oporaleacionesadecuadas,suductilidadsevedrsticamente ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 16 disminuida.Enalgunoscasos,laselevadasresistenciasselogranmediante tratamientos trmicos y templados, o por trabajos en frio. Aceroespeciales:sefabricanconsofisticadasaleaciones,paracubrir necesidadesespecficas,ynotodos sonadecuadosparasuaplicacinestructural. Porejemplo,losacerosdeloscascosdesubmarinos,navesespecialesolos usados para la construccin de mquinas de alta precisin. DesignacinTipo Esfuerzo CedenteFy Kg/cm2 Esfuerzo de Agotamiento Fu Kg/cm2 SIDETUR AE 25 25003700 AE 35 35005500 ASTM A 36 25704080 A 572. Gr 42 29504220 A 572. Gr 50 35154570 A 572. Gr 55 38704920 A 913. Gr 50 35154220 A 913. Gr 60 42205273 A 913. Gr 65 45705625 A 588 35154920 A 992 35154570 A 529. Gr 50 35154570 A 529. Gr 55 38704920 DIN ST 37 24003700 ST 42 26004200 ST 52 36005200 Tabla I.1: Tensiones cedentes y de agotamiento de los aceros. (Fuente: Elaboracin Propia) I.5. Productos comerciales en aceros: Lasseccionescomercialesseobtienengeneralmentedeloslingotesdelas coladascontinuas,quesonposteriormentetratadosyconformadosmediante laminadorashastadarleslaformaydimensionesfinales.Paraestoloslingotesen ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 17 calientedebenpasaratravsderodillosquecomprimenelmaterial,dndolela formatransversaldeseada.Ellaminadoencalientepermitemantenerlaductilidad inicial del acero, que se pierde cuando el tratamiento es el laminado en fro. Luego losproductoscomercialessoncortados segnlaslongitudesrequeridasparacada estructura en particular. Figura I.4: Secciones transversales de perfiles comerciales en Venezuela.(Fuente: COVENIN 1618-98) Porlogenerallosperfilessedesignanporlaformadesussecciones transversales,tratandodeobtenergrandesmomentosdeinerciaenrelacinasus reas. En la figura anterior se muestran las secciones comerciales tpicas segn la normavenezolanaCOVENIN1618-98,ascomotambinsedenotanla nomenclatura sus dimensiones. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 18 I.6. Criterios de Diseo en acero: Elcriteriodediseoestructuralconsisteenseleccionarlassecciones ptimas de cada miembro, con sus correspondientes uniones y conexiones, entre un conjuntodealternativasparacadacaso.Paraellosepuedeemplearmtodosde diseo que tomen en cuenta el comportamiento de la estructura en el rango elstico, o mtodos que permitan cierta incursin de las secciones en el rango inelstico. Los criterios elsticos han sido usados durante muchos aos con xito en el diseodeestructurasdeacero,sinembargoenlaactualidadseprefierela aplicacindelcriteriodelosestadoslmites(criteriosinelsticos),poramplias razones.Antetodoesteltimocriteriopermitetenerunavisinmsgeneraldel problema, cuando un sistema estructural, bajo cargas superiores a las previstas en elanlisis,plastificaalgunasdesusseccionesenunaredistribucininternadelos esfuerzos,demododerecurrirasuenergadereservadedeformacinpara continuar resistiendo y mantener la estructura en pie. El estado limite es la situacin ms all de la cual una estructura, miembro o componente estructural, no es apta para satisfacer la funcin prevista, el objetivo del anlisisydiseosegnlateoradelosestadoslmites,esmantenerlaestructura alejadadelaprobabilidaddesuperarlafronteradeutilidad,asegurando,tantoen forma local como global, la estabilidad, la resistencia y la rigidez de sus miembros, paracualquiercombinacinprevistadelassolicitacionesquesepuedenpresentar durante la vida til de la edificacin. Adems,laestructuradebetenersuficientecapacidaddeabsorciny disipacin de energa para asegurar un comportamiento dctil del sistema durante la msdesfavorablecombinacindeaccionesdelascargas.Eneldiseose considera bsicamente dos estados lmites: -Estado lmite de agotamiento resistente. -Estado lmite de servicio. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 19 I.6.a. Estado lmite de agotamiento resistente:Elcualestrelacionadoconlaseguridadycapacidadresistentedecada miembro,unionesyconexiones,paralocualsedebetenerunaresistenciade diseomayoroigualalaresistenciaqueserequierealmayorarlascargas nominales. La capacidad resistente se define por el producto |Rt, siendo Rt la resistencia terica, nominal o de diseo, y | un factor de minoracin de la resistencia, que vara segn el tipo de solicitacin actuante. La resistencia requerida o demanda, resulta el producto Ei Qi, donde Qi son las acciones nominales (cargas o momentos) y i es un factor de mayoracin correspondiente, que resulta un factor de seguridad, el sub ndiceirepresentacadatipodecarga(variable,permanente,temperatura,viento, sismo, etc.).

| s t i iR Q(I-1) I.6.b. El estado lmite de servicio: Eslacondicinmximaaceptableparalacualunaestructuramantienesu capacidaddeapariencia,durabilidadyconfortaptosparaserhabitadassin inconvenientes, entre estas exigencias se encuentran: -Flechas limitadas. -Buen funcionamiento de las instalaciones. -Vibraciones y oscilaciones controladas. -Derivas aceptables. -Expansiones y contracciones compatibles. -Drenajes eficientes. -Proteccin contra corrosin e incendios. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 20 I.7. Diseo de los elementos en acero: I.7.a. Diseo de miembros a Traccin: En estos casos se consideran la cedencia por la seccin total y la fractura en la seccin neta. -Cedencia de la seccin en el rea total: Pu A F Ng y t t t> | = | 9 . 0t= |(I-2) -Fractura en la seccin del rea efectiva: Pu A F Ne u t t t> | = | 75 . 0t= |(I-3) Donde: Nt = Resistencia terica a traccin. Ag = rea gruesa de la seccin. Ae = rea efectiva de la seccin. Pu = Combinacin ms desfavorable de carga axial. I.7.b. Diseo de miembros a Compresin: Para el adecuado comportamiento de los elementos a compresin se deben considerar los siguientes criterios: -Limitaciones en esbeltez: para describir el comportamiento de un miembro estructural comprimido, no se hace en general referencia directa a su longitud, si no a la esbeltez () que resulta de la relacin entre su longitud efectiva y su radio de giro mnimo. minrKL= (I-4) ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 21 Donde: K= Factor de longitud efectiva. L= Longitud del elemento a compresin. rmin = Radio de giro mnimo de la seccin. Tabla I.2: Valores de Factor de longitud efectiva (K). (Fuente: Elaboracin Propia) Es recomendable que en elementos diseados a compresin la esbeltez () no supere el valor de 200. -ResistenciaNominalacompresin:laresistenciaacompresindel elemento depender de su esfuerzo crtico al pandeo. Pu A F Pg cr c n c> | = | 85 . 0c = |(I-5) Donde: Pn = Resistencia terica a compresin. Fcr = Esfuerzo critico a pandeo. Definido por las siguientes ecuaciones: 0.5 0.7 1.0 1.0 2.0 2.00.65 0.80 1.2 1.0 2.10 2.0Valor terico de KValor recomendado para el diseo cuando las restricciones reales se aproximan a las idealesSmbolos para las restricciones en los extremosRotacin restringida y traslacin restringidaRotacin libre y traslacin restringidaRotacin restringida y traslacin libreRotacin libre y traslacin libreLa forma del elemento comprimido pandeado se muestra con la lnea de trazosELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 22 Para 4.71yFE (Fe 0.44Fy):| |yF FcrF 658 . 0 Fe y= (I-6) Para > 4.71yFE (Fe < 0.44Fy):

e crF 877 . 0 F = (I-7)

22eEFt=(I-8) I.7.c. Diseo de miembros a Flexin: Losestadoslmitesderesistenciadeloselementossometidosaflexin, contemplandiferentesposibilidadesenelcomportamientodedefalla,bajocargas factorizadas.Laresistenciatericaaflexin(|b Mn),alrededordelejemayor(x-x), resulta el menor de los valores obtenidos al considerar los siguientes (|b=0.9): -Cedencia: para esta condicin la resistencia a flexin de los elementos ser el momento plstico de la seccin.

x y pZ F M= (I-9) Donde: Zx = Mdulo de seccin plstico alrededor del eje X-X (Propiedad del perfil) -PandeoLateralTorsional:laresistenciaaflexindelelementoseverafectada por la forma como esta arriostrada lateralmente. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 23 -CuandoLbLp:elestadolmiteporpandeolateraltorsionalno aplicar. -Cuando Lp < Lb Lr:( )(((

||.|

\| =p rp bx y p p b nL LL LS F 7 . 0 M M C M (I-10) -Cuando Lb > Lr: p x cr nM S F M s = (I-11) Donde: Lb = Longitud no arriostrada. Sx = Mdulo de seccin elstico alrededor del eje X-X (Propiedad del perfil) ( )2ts b2bcrr / LE CFt= (I-12) Cb = Factor de modificacin por pandeo lateral torsional. 0 . 3M 3 M 4 M 3 M 5 . 2M 5 . 12CC B A mxmxbs+ + +=(I-13) Figura I.5: Determinacin de Cb. (Fuente: Elaboracin Propia) ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 24 Lp y Lr = Limites de longitud no arriostrada, dados por:

yy pFEr 76 . 1 L = (I-14) yts rF 7 . 0Er L t = (I-15) Donde: ry = Radio de giro de la seccin alrededor del eje Y-Y. rst = Para perfiles de simetra doble (Perfiles H e I).

x2o ytsS 2h Ir = (I-16) Iy = Inercia de la seccin alrededor del eje Y-Y. ho = Distancia entre centroides de las alas del perfil. I.7.d. Diseo de miembros a Corte: Laresistenciaminorada alcortedelaseccinvienedadaporlaresistencia del alma sin rigidizadores, la cual ser |v Vn, siendo |v=0.90: w y nA F 6 . 0 V = (I-17) Donde: Aw = rea del alma de la seccin. Aw = tw d. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 25 I.7.e. Diseo a flexo compresin: Loselementosdiseadosbajolaaccincombinadadecargasaxialesy momentosdeberncumplirconlasiguienteecuacinparadeterminarqueeste dentro de los parmetros aceptables de demanda/capacidad: Para Pu/|Pn 0.2: 0 . 1MMMM98PPny buynx buxn cus||.|

\||+|+|(I-18) Para Pu/|Pn < 0.2: 0 . 1MMMMP 2Pny buynx buxn cus||.|

\||+|+|(I-19) Figura I.6: Interaccin entre carga axial y momento. (Fuente: AISC-LRFD Volumen II) ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 26 Ejemplo: Para una columna con las siguientes condiciones: L = 2.80mK= 1.0 Pu = 96 000 KgVu = 18 000 Kg Mux = 25 000 Kg-m Muy = 5 000 Kg-m Elegir el perfil HEA adecuado con Fy =2 530Kg/cm2. -Probando con HEA 340: d330mmAltura del perfil tw9,5mmEspesor de alma Ag133cm2rea gruesa de seccin rmin7,46cmRadio de giro mnimo Zx1850cm3Modulo plstico de la seccin en eje x-x Zy759cm3Modulo plstico de la seccin en eje y-y -Resistencia a compresin: minrKL= = 40 4.71yFE= 136(Aplica Ec. I.6)

| |yF FcrF 658 . 0 Fe y= = 2 329 Kg/cm2

g cr c n cA F P | = | = 263 334 Kg -Resistencia a flexin: x y b nx bZ F M | = | = 42 119 Kg-m y y b ny bZ F M | = | = 17 279 Kg-m ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 27 -Ecuacin de demanda capacidad: Pu/|Pn 0.2(Aplica Ec. I-18) =||.|

\||+|+|ny buynx buxn cuMMMM98PP 0.36+0.59+0.29 = 1.14 El perfil HEA 340 no satisface la condicin de demanda actual -Probando con HEA 400: d390mmAltura del perfil tw11mmEspesor de alma Ag159cm2rea gruesa de seccin rmin7,34cmRadio de giro mnimo Zx2561cm3Modulo plstico de la seccin en eje x-x Zy876cm3Modulo plstico de la seccin en eje y-y -Resistencia a compresin: minrKL= = 41 4.71yFE= 136(Aplica Ec. I.6)

| |yF FcrF 658 . 0 Fe y= = 2 323 Kg/cm2

g cr c n cA F P | = | = 313 957 Kg -Resistencia a flexin: x y b nx bZ F M | = | = 58 316 Kg-m y y b ny bZ F M | = | = 19 948 Kg-m ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 28 -Ecuacin de demanda capacidad: Pu/|Pn 0.2(Aplica Ec. I-18) =||.|

\||+|+|ny buynx buxn cuMMMM98PP 0.31+0.42+0.25 = 0.91 El perfil HEA 400 satisface las condiciones descritas -Diseo por Corte: Aw = tw d = 42.9 cm2 w y nA F 6 . 0 V = = 65 122 Kg n vV | = 58 609 Kg Vu El perfil HEA 400 satisface las condiciones de corte ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 29 II. DISEO SISMORRESISTENTE EN ACERO. II.1. Filosofa del Diseo Sismorresistente en Acero: Paralasestructurassismorresistenteenacerosetomanencuentalos siguientesparmetrosquedefineneldiseodecadaunodeloselementos estructurales presentes en el sistema: -Establecerundiseoporcapacidad,limitarmecanismosfrgilesypropiciar mecanismos dctiles. -Elegiryestablecerelpatrndefallaadecuadodeloselementosfusibles que entraran en cedencia durante un evento ssmico. -Loselementosfusiblesdebensercapacesdedesarrollarincursiones inelsticas significativas y de disipar energa durante un evento ssmico. -Disearelrestodeloselementosdelsistemaresistenteasismoconla condicindequepermanezcanenelrangoelsticoalpresentarselasfallas dctiles (rotulas plsticas) esperadas en los fusibles. -Las conexiones de los elementos fusibles deben ser diseadas en funcin a la capacidad inelstica esperada de los mismos. -Lasconexionesdelrestodeloselementosdelsistemaresistenteasismo debenserdiseadasparalas fuerzas queseproducenalpresentarselas fallas dctiles (rotulas plsticas) esperadas en los fusibles. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 30 II.2. Pasos a seguir para elaborar un Diseo Sismorresistente en Acero: BasadoenlasrecomendacionesdelaorganizacinFEMAporsussiglasen inglesFederalEmergencyManagementAgencyseestablecenlossiguientes pasos para un adecuado diseo sismorresistente en acero: -SeleccionarunTipodeSistemaEstructuralyconfiguracindeprticos adecuados a la arquitectura presentada. -Hacer un predimensionado de los miembros pertenecientes a los prticos. -Determinarlosdatosparapoderllevaracaboelanlisisestructuraltales como las cargas gravitacionales y acciones. - Llevar a cabo el modelaje y anlisis matemtico de la estructura. - Comprobareladecuadocomportamientodelosmiembrosseleccionados para el prtico segn las fuerzas, derivas y limitantes de estabilidad adecuadas. - Confirmarorevisarlasdimensionesdelosmiembrosbasadoenlos requerimientosestablecidosparacadaunodelostiposdesistemas estructurales,encasodenocumplircondichosrequerimientossedeber redimensionar los elementos y regresar al paso anterior. - Completareldiseodelasconexiones,rigidizadores,arriostramientos laterales,entreotroselementosquedependerndeltipodesistemaestructural elegido. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 31 III. CLASIFICACINDELASESTRUCTURASSEGNSUTIPO,NIVELDE DISEO Y TIPO DE CONEXIONES. III.1. Clasificacin segn el tipo estructural: Las estructuras debern quedar clasificadas en alguno de los tipos descritos a continuacin. Una estructura se puede clasificar en tipos diferentes, en cada una de sus dos direcciones ortogonales de anlisis. Tipoprticoresistenteamomentos:sonestructurasconstituidaspor prticos de acero capaces de resistir las acciones mediante deformaciones debidas principalmentealaflexindesusvigasycolumnasdeacero.Enlossistemas resistentes a sismos estos tipos de prticos corresponden al Tipo I de la COVENIN 1756-01. Figura III.1: Sistema de Prticos Resistentes a Momentos. (Fuente: Presentaciones AISC) ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 32 Tipoprticocondiagonalesconcntricas:sonprticosdeacerocuya estabilidad o resistencia a las acciones se suministra por medio de diagonales, y en la cual todos sus miembros estn solicitados principalmente por fuerzas axiales. En lossistemasresistentesasismoslosprticoscondiagonalesconcntricas corresponden al Tipo III de la COVENIN 1756-01. LaconfiguracindeprticoscondiagonalesenXcorrespondeaunparde diagonalesquesecruzanaproximadamenteensupuntomedio.Losprticoscon diagonalessimplessonaquellosconsolounarriostramientosseconectanenlos nodosextremosdelprtico.Cuandounpardearriostramientosseconectanenun punto nico por encima de la luz de la viga se denominan diagonales en V y cuando se conectan por debajo de la viga se les denomina prticos con diagonales en o V invertida. Figura III.2: Sistema de Prticos con Diagonales Concntricas. (Fuente: Presentaciones AISC) Tipo prtico con diagonales excntricas: comprende los prticos de acero con diagonales excntricas vinculadas a vigas dctiles, denominadas viga eslabn, capacesdeconcentrarlaabsorcinydisipacindelaenergadelsistema.Las diagonalesexcntricas puedendisponerseendiversasconfiguraciones.Eleslabn ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 33 dctil puede situarse en la longitud media de la viga entre las dos conexiones de las diagonales, o adyacente a una columna, entre la conexin de la viga a la diagonal y lacaradelacolumna.Enlossistemasresistentesasismoslosprticoscon arriostramientos excntricos corresponden al Tipo IIIa de la COVENIN 1756-01. Figura III.3: Sistema de Prticos con Diagonales Excntricas. (Fuente: Presentaciones AISC) III.2. Clasificacin segn el Nivel de Diseo: De conformidad con lo establecido en la Norma venezolana COVENIN 1756-01 en el artculo 6.2, las estructuras debern quedar clasificadas en uno de los tres NivelesdeDiseocaracterizadosporsusdiversasexigenciasparaelanlisis, diseo y el detallado de los miembros y conexiones de la estructura, dichos Niveles de Diseo son los siguientes: -NiveldeDiseo1(ND1):Eldiseoenzonasssmicasnorequierede requisitosadicionalesalosestablecidosparaaccionesgravitacionales.Enlas Normas AISC a las edificaciones incluidas en este Nivel de Diseo se les conoce como edificaciones Ordinarias. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 34 -NiveldeDiseo2(ND2):Requierelaaplicacindelosrequisitos adicionalesestablecidosenlasnormas.ParalasNormasAISClasestructuras dentro de este nivel de diseo se les conoce como edificaciones Intermedias. -Nivel de Diseo 3 (ND3): Requiere de todos los requisitos adicionales para el diseo en zonas ssmicas establecidos en las normas. En las Normas del AISC a estas estructuras se les conoce como edificaciones Especiales, entre este tipo de prticos se encuentran los sistemas SMF, SCBF y EBF. III.3. Clasificacin segn el tipo de conexiones: Cada uno de los tipos de conexiones controlar de una manera especfica el comportamientoylarespuestatantodelaestructuracomodecadaunadesus partes,condicionandolasdimensionesyresistenciadelosmiembrosysus conexiones. Los tipos de estructuras en acero segn sus conexiones existentes en esta sern: TipoTR,estructuracinconconexionestotalmenterestringidas:este tipodeconstruccinsedesignacomnmentecomoestructuracinconconexiones rgidas (prtico rgido o continuo) y se supone que durante las deformaciones de las estructuralasconexionestienenlasuficienterigidezparamantenerinalteradoslos ngulos originales entre los miembros que se interceptan. Tipo PR, estructuracin con conexiones parcialmente restringidas: este tipo de construccin supone que las conexiones no tienen la suficiente rigidez para mantener los ngulos entre los miembros que la interceptan. Cuando se ignore la restriccin de las conexiones, como en la estructuracin con conexiones flexibles (sin restriccin o de extremos simplemente apoyados), en loquerespectaacargasgravitacionales,losextremosdelasvigasseconectan nicamentepararesistirfuerzascortantesyestnlibresdegirarbajocargas ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 35 verticales.LosprticosconconexionesdeltipoPRcumplirnconlossiguientes requisitos: -Lasconexionesylosmiembrosconectadossonadecuadospararesistirla carga gravitacional mayorada trabajando como vigas simplemente apoyadas. -Lasconexionesylosmiembros conectadossonadecuadospara resistirlas solicitaciones mayoradas debidas a las cargas laterales. -Las conexiones tienen una capacidad de rotacin inelsticas suficiente para evitarsobretensionesenlosmediodeuninbajolassolicitacionesmayoradas producidas por la combinacin de cargas gravitacionales y laterales. Figura III.4: Conexiones en estructuras de acero. De izquierda a derecha Conexin Simple, PR y FR. (Fuente: AISC LRFD) ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 36 IV. LINEAMIENTOSPARAELPREDIMENSIONADODEUNAESTRUCTURA SISMORRESISTENTE EN ACERO. IV.1. Predimensionado de Vigas: El predimensionado de vigas se realizar por la condicin de servicio de las deflexiones o flechas mximas recomendadas, por la AISC, para dichos elementos: EdificioCargaDescripcin Flecha Recomendada Industrial CV Tramos de miembros que soportan techos con recubrimiento no flexibles L/240 Tramos de miembros que soportan techos con recubrimiento flexibles L/180 Tramos de miembros que soportan pisosL/300 PG Tramos de miembros que soportan gras mviles con capacidad: 25 Ton L/800 < 25 Ton L/600 OtrosCV Tramos de miembros en pisos y techos que soportan acabados susceptibles de agrietarse L/360 Tramos de miembros en pisos y techos que soportan acabados no susceptibles de agrietarse L/300 CV: Carga variables PG: Fuerza mxima vertical para el apoyo de gra mvil. Tabla IV.1: Flechas Mximas Verticales Recomendadas. (Fuente: Diseo Estructural de Acero por Estados Lmites Prof. A. Gell) ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 37 Tomando en cuenta los valores aproximados de momento (M) y deformacin () mximos, para vigas simplemente apoyadas con cargas uniformes: 8qLM2= (IV-1) EIqL38454= A(IV-2) Sabiendo que el momento de inercia (I) es igual a:

2dS I = (IV-3) Y Asumiendo conservadoramente que:

y yF 5 . 0 S / M S F 5 . 0 M = = (IV-4) Se puede despejar de la ecuacin de deflexin mxima: ( )( )EdLF 5 . 0245EdLSM2452 / d ESL8qL4852y2 2 2= =||.|

\|= A y2FEdL125= A(IV-5) Para el primer caso de deflexin mxima en la Tabla VI.1 se obtiene: y2FEdL125240L= = A (IV-6) LEF12240 5dy = (IV-7) Enlatablaacontinuacinsemuestranlosvaloresrecomendadospara alturas de vigas (d), haciendo una aproximacin, para un valor de Fy = 2 530Kg/cm2. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 38 EdificioVigas endmn

Industrial Tramos de miembros que soportan techos con recubrimiento no flexibles L/23 Tramos de miembros que soportan techos con recubrimiento flexibles L/28 Tramos de miembros que soportan pisosL/18 Tramos de miembros que soportan gras mviles con capacidad: 25 Ton L/10 < 25 Ton L/12 Otros Tramos de miembros en pisos y techos que soportan acabados susceptibles de agrietarse L/16 Tramos de miembros en pisos y techos que soportan acabados no susceptibles de agrietarse L/20 Tabla IV.2: Valores de altura de vigas mnima recomendada para Fy =2 530Kg/cm2.(Fuente: Elaboracin Propia) Paraobtenervaloresparavigasconotroesfuerzocedentebastara multiplicar el cociente de L por el valor dado 2 530/Fy real. IV.2. Predimensionado de Columnas: Paralascolumnasseacostumbraausarunpredimensionadodelrea requerida basado en las cargas gravitacionales factorizadas (Q) por el rea tributaria (At)querecibecadaunodeestoselementos,entreunporcentaje(20-50%)del esfuerzo cedente de la columna.

ytgF %Q AA = (IV-8) ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 39 Aestecriterioseleadicionaunmtododepredimensionadobasadoenla esbeltez del elemento: 200rKLmins = (IV-9) Sin embargo ninguno de estos mtodos considera criterios ssmicos, por lo cual se incorpora un predimensionado, para sistemas SMF, basado en el criterio de columna fuerte viga dbil (Detallado en el Captulo IX), con lo cual se garantiza que la columna permanecer de pie al momento de fallar la viga. Basado en el material de la exposicin Diseo Sismorresistente en Acero del V Diplomado en Ingeniera Estructural(Mxico2009),sepudieronobtenerlossiguientesvaloresderelacin entre mdulo plstico de la columna entre mdulo plstico de viga: Zc / Zxb Relacin mnima entre mdulos de columna y viga Acero VigasASTM - A 36 ASTM - A 572. Gr 42 ASTM - A 572. Gr 50, 55 ASTM - A 913. Gr 50, 55, 65 Una 1,251,020,870,87 Dos 2,502,041,741,74

Zc / Zxb Relacin mnima entre mdulos de columna y viga Acero VigasASTM - A 588ASTM - A 992 ASTM - A 529. Gr 50 ASTM - A 529. Gr 55 Una 0,870,870,950,87 Dos 1,741,741,901,74 Tabla IV.3: Relacin entre mdulo plstico de columna y vigas.(Fuente: V Diplomado en Ingeniera Estructural) El sufijo b significa viga (beam) y el sufijo c indica columna. El valor de Zc depender de la colocacin de la columna, si las vigas llegan alaladelacolumnasetomaraelmdulodelejefuerteZc=Zxc,mientrasquesi llegan al alma de la columna se tomara el mdulo del eje dbil Zc = Zyc. Cuandolavigaycolumnaseandedistintosacerossedebermultiplicarel valor de la relacin dado por el factor Fyb/ Fyc. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 40 IV.3. Predimensionado de Arriostramientos: Esconvenientecolocarlosarriostramientosdelaestructuraenforma simtricaparaquelafuerzassmicasedistribuyaadecuadamente,evitando torsiones de la estructura. Es conveniente ms arriostramientos en los prticos con menorresistencia,esdecir,losprticosconmenorcantidaddevigasycolumnas resistentes. Laformaenqueseeligeeltipodediagonales(VaseenelCaptuloX) dependerdelnguloquesuejeformeconlahorizontal,yaque,mientraseste ngulo sea ms cercano a los 45, el perfil del arriostramiento trabajara mejor ante las cargas laterales.Para la seleccin de un perfil adecuado para las diagonales se considera el efecto del pandeo total de la seccin o esbeltez, con el fin de determinar el radio de giro adecuado que cumpla con este requisito. EF4KLrFE4rL K yminy mn> s

(IV-10) Paralosarriostramientos,consideradoscomolibresenlosextremos,se tomaelfactordelongitudefectivaK=1.0(VaseTablaI.2)paraambosejesdel perfil.EncasoscomolosarriostramientosdispuestosenXdesolounpisose consideraK=0.5paralalongitudtotaldelarriostramiento,soloparaelsentidodel pandeo total paralelo al eje del elemento, por lo cual se recomienda colocar el perfil conelejedelmenorradiodegiro(EjeY-Y)paraleloalejedelarriostramiento,tal comoseindicaenlaFigura IV.1,en elotrosentidodepandeoel factorK=1.0yel radio de giro es el de eje mayor (Eje X-X) ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 41 Figura IV.1: Colocacin de los arriostramientos en X. (Fuente: Elaboracin Propia) IV.4. Predimensionado del Sistema de Piso: El predimensionado del sistema de piso no obedece a criterios ssmicos sino aloscriteriosdecargasgravitacionalesyarriostramientolateraldeloselementos resistentes de la estructura. Entre los elementos del sistema de piso se encuentran las correas, vigas de transferencia y losas. IV.4.a. Predimensionado de Correas y Vigas de Transferencia: Laorientacinynmerodelascorreasvendrdadoporlanecesidadde arriostramiento de la viga a la que llegan. Una distancia ocasionalmente usada para colocarlascorreasesunvalorentre1.0a1.5metros,orientadasparalelasala menorluzdevigas,uortogonalalprticoconvigasquerequieranunamenor longitud no arriostrada (Vase Seccin IX.4.j). Cuando dichas correas tengan longitudes muy grandes se podr disponer de una o ms vigas de transferencia para que las cargas se distribuyan de manera ms eficiente las vigas principales. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 42 Parapredimensionarelperfilporsucapacidadsedebetomarlaaccin gravitacionalfactorizada(Q)porelanchotributario(at)delacorreaovigade transferencia. Donde su capacidad est dada por la seccin que resista el siguiente momento:

8L ) a Q (F Z 9 . 0 M2ty x n> = | (IV-11) Donde: L= Longitud de la correa o viga de transferencia. Q= Carga distribuida por acciones gravitacionales (Ecuaciones VI-1 y VI-2) Paraconsiderarelcriteriodeflechamximasedeberespetarelsiguiente parmetro: ||.|

\|sreqxyZZF56000dL(IV-12) Donde: d= Altura del perfil de la correa o viga de transferencia. Zx= Mdulo plstico del perfil de la correa o viga de transferencia. Zreq= Mdulo plstico mnimo que satisfaga la inecuacin (IV-11). IV.4.b. Predimensionado de losa: Tpicamenteenacero seusalalosaconencofradocolaboranteolosacero, ya que parte de los esfuerzos por flexin los absorbe el sofito metlico que sirve de encofrado.Elpredimensionadodelaaltura(h)esteelementodependerdela distancia entre apoyos o correas que la sostienen: ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 43 Caso:L/h En tramos simplemente apoyados22 En tramos extremos de losas continuas27 En tramos intermedios de losas continuas32 Tabla IV.4: Relacin L/h para losas en sistemas de piso. (Fuente: COVENIN 1618-98) Siendolamnimaalturadelalosa90mmyelespesormnimodelconcreto sobre la parte ms exterior del sofito metlico 50mm. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 44 V. CRITERIOS PARA DETERMINACIN DE LA ACCIN SSMICA. Para el diseo de las edificaciones sismorresistentes se deben seguir ciertos parmetrosconlafinalidaddedeterminarlaaccinssmica,ennuestropaspara tomarencuentadichosparmetrosseconsultalaNormaCOVENIN1756 Edificaciones Sismorresistentes y algunos contenidos de las Normas AISC. V.1. Zonificacin Ssmica: AefectosdelaNorma1756-01nuestroterritoriosedivideen8zonascon distintas intensidades en las aceleraciones del suelo estas se indican en el mapa de la Figura 4.1 y en la Tabla 4.2 de dicha norma. Figura V.1: Mapa de zonificacin ssmica. (Fuente: COVENIN 1756-01) ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 45 V.2. Movimientos de Diseo: Losvaloresmximosdecoeficientedeaceleracinhorizontaldelsuelo(Ao) asignados a cada zona se dan en la tabla presentada a continuacin: Tabla V.1: Valores de Ao. (Fuente: COVENIN 1756-01) V.3. Forma Espectrales: La Norma COVENIN 1756-01 define cuatro tipos de formas espectrales (S1, S2,S3yS4)yunfactordecorreccindeaceleracinhorizontal(),loscuales dependerndelascaractersticasdelperfilgeotcnicodelterrenodefundacin, especificadas en el Artculo 5.1 de la norma.ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 46 Tabla V.2: Forma Espectral y Factor de Correccin. (Fuente: COVENIN 1756-01) V.4. Clasificacin segn el Uso: V.4.a. Grupos: Paraeldiseodelasestructurassismorresistentes,estasdebernser clasificada segn su importancia y riesgo ssmico asociado al nmero de personas expuestas,prdidaseconmicas,ascomoeleventualimpactoambiental.La edificacin deber quedar clasificada en uno de los siguientes grupos: -GrupoA:Edificacionesquealberganinstalacionesesenciales,de funcionamiento vital en condiciones de emergencia o cuya falla pueda dar lugar a cuantiosas prdidas humanas o econmicas. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 47 -GrupoB1:Edificacionesdeusopblicooprivado,densamenteocupadas (msde3000personasoreatechadademsde20000m2),permanenteo temporalmente. -GrupoB2:Edificacionesdeusopblicooprivado,debajaocupacin,que no excedan los lmites indicados en el Grupo B1. -GrupoC:Construccionesnoclasificablesenlosgruposanteriores,ni destinadasalahabitacinoalusopblicoycuyoderrumbenopuedacausar dao a edificaciones de los tres primeros grupos. Lasestructurasquealcolapsarpuedanrepresentarunriesgoparala estabilidad de una estructura de un grupo superior, sern diseadas bajo el criterio de este ltimo. V.4.b. Factor de Importancia: Laintencindelaaplicacindeunfactordeimportanciamayorquela unidad,esladeespecificarmovimientosasociadosaunamenorprobabilidadde excedencia, de acuerdo a esto se establece un factor de importancia () conforme a la siguiente tabla: Tabla V.3: Factor de Importancia (). (Fuente: COVENIN 1756-01) Las estructuras clasificadas en el Grupo C no requieren de anlisis ssmico. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 48 V.5. Niveles de Diseo Requeridos: Las caractersticas de los distintos Niveles de Diseo para las estructuras en acero son definidas en la Seccin III.2. de este Trabajo Especial de Grado.Esevidentequesilarelacinentreresistenciaexigidaeintensidaddelos movimientosdediseoestablecidosencadaunadelaszonasssmicasse mantieneconstante,losrequisitosdeldetalladoenlasregionescrticasdela estructura deben ser los mismos en todas las zonas. Es decir, el empleo sistemtico delNiveldeDiseoND3cualquieraquesealazona,dalugaraespectrosde diseosproporcionalesalosvaloresdeAofijadosparacadazona.Sepermiteel empleodenivelesdediseomenoresenloscasosespecificadosenlasiguiente tabla,locualsecompensaconFactoresdeReduccindeRespuesta(R)ms pequeos, con el incremento de las fuerzas de diseo. Tabla V.4: Niveles de Diseo ND. (Fuente: COVENIN 1756-01) Podranexistirirregularidadesenlasestructuraslascualesimplicanquese debendisearunoomselementosdelaestructurabajoNiveldeDiseoND3, independientementedesuclasificacin.Dichasirregularidadesyexigencias adicionales se especifican en el Artculo 6.2.2 de la COVENIN 1756-01. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 49 V.6. Clasificacin segn el Tipo de Estructura: -TipoI:Estructurascapacesde resistirlatotalidaddelasaccionesssmicas mediantesusvigasycolumnas,talescomolossistemasestructurales constituidos por prticos. -TipoII:EstructurasconstituidasporcombinacionesdelosTiposIyIII, teniendo ambos el mismo Nivel de Diseo. Su accin conjunta debe ser capaz de resistir la totalidad de las fuerzas ssmicas. Los prticos deben resistir por si solos por lo menos el 25% de las fuerzas, para quedar clasificados en el Tipo II. -Tipo III: estructuras capaces de resistir la totalidad de las acciones ssmicas mediante prticos diagonalizados o muros estructurales, que soportan la totalidad de las fuerzas. Se distinguen como estructuras de acero del Tipo IIIa los sistemas conformados por prticos con diagonales excntricas. -TipoIV:Estructurasquenoposeandiafragmasconlarigidezyresistencia necesariasparadistribuireficazmentelasfuerzasssmicasentrelosdiversos miembros verticales. V.7. Factor de Reduccin de Respuesta: Laestructuraengeneralysusmiembrosenparticular,puedentener incursionesimportanteseneldominioinelsticobajolaaccindelosmovimientos ssmicos de severidad, por lo que la capacidad de absorcin y disipacin de energa delaestructuraseincorporamediantefactoresdereduccinconformealas exigencias de la Norma COVENIN 1756-01 establece para estructuras de acero: ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 50 Tabla V.5: Factores de Reduccin de Respuesta (R) para estructuras en acero. (Fuente: COVENIN 1756-01) V.8. Coeficiente Ssmico para Edificaciones: ElcoeficientessmicodefinidocomoVo/Wnosermenorque(Ao)/R, donde: = Factor de Importancia. Ao = Coeficiente de la aceleracin horizontal para cada zona. R = Factor de reduccin de respuesta. Vo = Fuerza cortante a nivel de base, obtenida utilizando los procedimientos de anlisis. W = Peso total de la edificacin por encima del nivel de base.Para la determinacin del peso total (W), adems de las cargas permanentes de la estructura,se usa un porcentaje de las acciones variables establecidas en la Norma COVENIN 2002, segn se indica a continuacin: ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 51 -Recipientes de lquidos: 100% de la carga de servicio con el recipiente lleno. -Almacenes y depsitos donde la carga tenga el carcter de permanente tales como bibliotecas o archivos: 100% de la carga de servicio. -Estacionamientospblicos:seconsideraraalmenos50%delacargade servicio para el estacionamiento lleno. -Edificacionesdondepuedahaberconcentracindepblico,msdeunas 200 personas: 50% de la carga. -Edificacionesconmenorconcentracindepblico:25%delacargade servicio. -Techos y terrazas sin acceso: 0% de la carga de servicio. V.9. Espectros de Diseo: Losespectrosdefinenlarespuesta mximadeoscilacionesde un grado de libertadydeunmismoamortiguamiento,expresadosenfuncindeunperodo, sometidos a un historial de aceleraciones dadas. LasordenadasAddelosespectrosdediseo,quedandefinidasenfuncin de su perodo T tal como se indica en las siguientes formulas: TT*podT* TRA= A |.|

\| o|(V-3) ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 52 Donde: Ad=Ordenadadelespectrodediseo,expresadacomounafraccindela aceleracin de gravedad. = Factor de Importancia. Ao = Coeficiente de la aceleracin horizontal. = Factor de correccin de aceleracin horizontal. = Factor de magnificacin promedio. To = 0.25 T* =Valor del perodo a partir del cual los espectros normalizados tienen un valor constante. T*=Valormximodelperodoenelintervalosdondelosespectros normalizados tienen un valor constante. T+ = Perodo caracterstico de variacin de respuesta dctil. c = 4R| . R = Factor de reduccin de respuesta. p = Exponente que define la rama descendente del espectro. Losfactoresnodefinidospreviamentedependendelaformaespectral determinadasegnloexpuestoenlaSeccinIV.3.yserigenporlassiguientes tablas: Tabla V.6: Valores de T*, y p. (Fuente: COVENIN 1756-01) ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 53 Tabla V.7: Valores de T+. (Fuente: COVENIN 1756-01) Ejemplo: Para unaedificacin destinada a un hospital, ubicada en la ciudad de Caracas, Dtto. Capital, en un suelo cuya forma espectral es del tipo S2. Y tomandoencuentaunaconfiguracindeprticosSMF.Determinarel espectro de respuesta y diseo.-Para el Distrito Capital: Zona Ssmica 5. (Sec V.1) -Ao = 0.30 (Sec V.2) -Suelo S2: = 0.90 (Sec V.3) -Grupo A: = 1.30 (Sec V.4) -Nivel de Diseo: ND3 (Sec V.5) -Estructura de Acero Tipo I: R = 5.0 (Sec V.6 y V.7) TomandoencuentalosvaloresindicadosenlaSeccinV.9,setendrlo siguiente: Para un espectro de la forma S2 y R= 5 se tendran los siguientes factores:T* = 0,7 Mximo perodo en el intervalo donde los espectros tienen un valor constante. = 2,6 Factor de magnificacin promedio.p = 1,0 Exponente que define la rama descendente del espectro.To = 0,18 Perodo a partir del cual los espectros tienen un valor constante (seg.)T+ = 0,4 Perodo caracteristico de variacion de respuesta dctil.c =1,184R c | =ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 54 Evaluandodiferentesperiodosvibracin,enlasEcuacionesV-1,V-2yV-3, se tendrn los siguientes valores y graficas de espectros de respuesta y diseo: Figura V.2: Valores y Grficos de Espectros de Diseo y Respuesta. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 55 VI. CASOS Y COMBINACIONES DE CARGAS DE DISEO. EldiseodelasestructuradeacerosegnlaAISCpudiesesersegnel MtododelasTensionesAdmisiblesoelMtododelosEstadosLmites,sin embargo en nuestro pas se usa, principalmente, el Mtodo de los Estados Limites, cuyoobjetivoesmantenerunabajaprobabilidaddealcanzarunestadolmite preestablecido para una dada tipologa estructural. Para lograr este objetivo la demanda de rigidez, resistencia, estabilidad y de absorcinydisipacindeenergasobrelaestructurasusmiembrosyjuntasno debenexcederlacapacidadenlosmbitosmencionados.Enlasnormasse alcanzanestosobjetivosmultiplicandolassolicitacionesporsusfactoresde mayoracin para cuantificar la demanda y multiplicando las resistencias tericas por sus correspondientes factores de minoracin para calcular la capacidad. VI.1. Acciones o Casos de cargas: Se consideraran las siguientes acciones o cargas: -CP:Accionespermanentesdebidasalpesopropiodelaestructurayde todoslosmaterialesqueestnpermanentementeunidososoportadosporella. (COVENIN 2002) -CV:Accionesvariablesdebidoalusoyocupacindelaedificacin, incluyendolascargasdebidasaobjetosmvilesyalequipamientoquepuede cambiar de sitio. (COVENIN 2002) -CVt: Acciones variables en techos y cubiertas. (COVENIN 2002) -W: Acciones accidentales debidas al viento. (COVENIN 2003) -S: Acciones accidentales debidas al sismo. (COVENIN 1756) ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 56 Cuando sean importantes, tambin se consideraran las siguientes acciones: -CE:Accionesdebidasaempujesdetierra,materialesgranularesyagua presente en el suelo, sumadas a las cargas variables. (Ver COVENIN 2002) -CF:Accionesdebidasefluidosdeloscualesseconocesupeso,unitario, presinymximavariacinenaltura,sumadasalascargaspermanentes.(Ver COVENIN 2002) -CT:Accionesreolgicasotrmicas,asentamientosdiferencialeso combinacionesdeestasacciones,sumadasalascargaspermanentes.(Ver COVENIN 2002) VI.2. Hiptesis de Solicitaciones o Combinaciones de Cargas: Lassolicitacionesmayoradassobrelaestructura,susmiembros,juntasy conexiones, as como su sistema de fundacin, se determinarn de lahiptesis de solicitaciones que produzca el efecto ms desfavorable. CP 4 . 1(VI-1) CVt 5 . 0 CV 6 . 1 CP 2 . 1 + + (VI-2) ) W 8 . 0 o CV 5 . 0 ( CVt 6 . 1 CP 2 . 1 + + (VI-3) CVt 5 . 0 CV 5 . 0 W 3 . 1 CP 2 . 1 + + + (VI-4) W 3 . 1 CP 9 . 0 + (VI-5) S CV CP 2 . 1 + (VI-6) S CP 9 . 0 (VI-7) ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 57 ElfactordemayoracindelaCargaVariable()enlascombinaciones correspondealporcentajedelaaccinvariabledeservicioconelcualseha calculadoelpesototaldelaedificacindeacuerdoaloestablecidoenlaSeccin V.8 del presente trabajo. Conforme al Artculo 8.6 de la Norma COVENIN 1756-01 se debern incluir los efectos ortogonales de la accin ssmica: -Lasestructurasdeberndisearseparalaaccinsimultneadelasdos componentesortogonalesusando,paraefectodeestetrabajo,elvalorabsoluto de las solicitaciones en una direccin ms 0.30 del valor de las solicitaciones en la direccin ortogonal, y viceversa. -Seconsideraralaaccinssmica(S)comolacombinacindelas componenteshorizontales(SH)mslosefectosalternantesdelacomponente ssmica vertical, como se indica a continuacin: CP ) A 2 . 0 ( S So Ho| =(VI-8) -Enlascombinacionesespecialesdondeseincorporeelfactorde sobrerresistencia(o),puedetomarseSHcomoelefectodelacomponente ssmica ms desfavorable. Eneldiseodelasestructurasdeacerosparatodosaquelloselementos dondenoseesperelaincursinenelrangoinelstico,oelementosquenosean fusiblesdentrodelsistemaresistenteasismo,seincorporaranlassiguientes combinaciones: H oS CV CP 2 . 1 O +(VI-9) H oS CP 9 . 0 O (VI-10) ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 58 Lacargassmicaamplificada H oS O seutilizaparaestimarlasfuerzasque ocurren en cada uno de los elementos que conforman el sistema resistente a sismo, paracuandoloselementosfusiblesdelaestructuraincursionanenelrango inelstico.Elfactordesobrerresistenciadelsistemaestructuraldependerdela configuracin del mismo y tendr los siguientes valores: -Sistemas aporticados: o = 3.00 -Prticos con diagonales concntricas o excntricas: o = 2.00 ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 59 VII. CRITERIOS PARA EL ANLISIS DINMICO ESPACIAL. VII.1. Perodo Fundamental de la Estructura: Elvalordelperodofundamentaldelaestructuracalculadoenelanlisis dinmicoespacial,noexcederelvalorde1.4veces elperodoestimadodela estructura (Ta) definido de la siguiente forma: -Para edificaciones Tipo I:

75 . 0n t ah C T = (VII-1) -Para edificaciones de cualquier otro Tipo:

75 . 0n ah 05 . 0 T =(VII-2) Donde: Ct = 0.07 para edificios de concreto o mixtos acero concreto. Ct = 0.08 para edificios de acero. hn = Altura de la edificacin medida desde el ultimo nivel hasta el primer nivel donde los desplazamientos estn restringidos. VII.2. Nmero mnimo de modos de vibracin: El nmero de modos de vibracin (N3) a utilizar en el anlisis dinmico, ser el mayor entre los dos siguientes valores: -N3=3N1, donde N1 est dado por valor de las siguientes formulas: -Para edificaciones con menos de 20 pisos: ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 60 3 3 5 . 1* TT21N11> + |.|

\| =(VII-3) -Para edificaciones de 20 pisos o ms: 4 4 5 . 1* TT32N11> + |.|

\| = (VII-4) Donde:T1 = Perodo del modo fundamental. LosvaloresN1debenredondearsealenteroinmediatosuperior.Para estructurasdemenosde3pisos,elnmerodemodosaincorporaresigualal nmero de pisos. -N3=Numerodemodosquegaranticenquelasumatoriademasas participativasdelosprimerosNmodosexcedael90%delamasatotaldel edificio para cada una de las direcciones de anlisis. VII.3. Cortante Basal: ElcortantebasalVodebercompararseconelvalorcalculadosegnel MtodoEstticoEquivalente,definidoenelartculo9.3delaNormaCOVENIN 1756-01,paraunperodode1.6Ta,elcualsedenotacomoVo*.CuandoVosea menor a Vo*, los valores de diseo se debern multiplicar por Vo*/ Vo. W A * Vd o =(VII-5)Donde: Ad = Ordenada del espectro de diseo para el perodo de 1.6Ta. W = Peso total de la edificacin. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 61 = Mayor de los siguientes valores.

((

++= 12 N 29 N4 . 1 (VII-6)

((

+ = 1* TT 6 . 120180 . 0a(VII-7) N = Nmero de niveles. VII.4. Torsin adicional: Los efectos de la componente rotacional del terreno y de las incertidumbres en la ubicacin de centros de masa y rigidez, se incluyen en el diseo aadiendo a losresultadosdelanlisisdinmico,lassolicitacionesmsdesfavorablesque resultendeaplicarestticamentesobrelaedificacinlossiguientesmomentos torsores: Para sismo X: ) B 06 . 0 ( V Mtky kx kx = (VII-8) Para sismo Y: ) B 06 . 0 ( V Mtkx ky ky = (VII-9) Donde: Vkx, Vky = Fuerza cortante de piso en el nivel k en la direccin X o Y. Bkx,Bky=Mayordimensinhorizontaldelaedificacinenelnivelkenla direccin X o Y. Elmomentotorsorenunpisonopodrsermenorqueenningunodelos niveles superiores. ELABORACIN DE UN MANUAL DE DISEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES EN ACERO BAJO LOS SISTEMAS SMF, SCBF Y EBF BASADO EN LAS NORMAS ANSI/AISC 360-05 Y 341-05. CAPTULO II: MARCO TERICO NOV. 2009 Autor: Jess E. Molina M. 62 VIII. CONTROL DE DESPLAZAMIENTOS DE LA EDIFICACIN. VIII.1. Desplazamientos Laterales Totales: El desplazamiento lateral total i del nivel i se calcular como: ei iR 8 . 0 A = A (VIII-1) Donde: R = Factor de Reduccin de Respuesta. ei = Desplazamiento lateral del nivel i calculado para las fuerzas de diseo. VIII.2. Valores Lmites: Sedenominaderiva(i)adiferenciadedesplazamientostotalesentredos nivelesconsecutivos,existenvaloreslmitesparaladerivadeentrepisosafinde controlar los desplazamientos de la estructura, determinados por el cociente que se mues