el acero como material estructural · nodos viga columna la hipótesis simplificada supone que las...

www.ingangelmanrique.com

INTRODUCION AL DISEÑO SISMORESISTENTE



Grados de libertad dinámicos

Se definen grados de libertad de un sistema al numero deCoordenadas Independientes requerido para describir completamente elmovimiento del mismo.



Rigidez

La rigidez es un concepto relacionado con la fuerza necesaria paralograr una deformación, que puede ser de diferente forma dependiendo delmovimiento.



Masa

La masa de una edificación depende del peso de todo lo que contiene; dehecho en la tierra, resulta el peso dividido por la aceleración de gravedad terrestre.El acero estructural tiene un peso especifico de aproximadamente 2850 kg/m³

Carga Permanente Carga Variable

Tanto la obtención de la carga permanente de los diversos sistemas estructurales como lasobrecarga variable se obtienen según, la Norma COVENIN 202-800. Criterios y acciones mínimaspara el proyecto de edificaciones.



Variables Dinámicas

Frecuencia y Periodo

Los problemas dinámicos tienen masas en movimiento conrigideces presentes propias de los elementos que conforman la edificación,que logran que el sistema tenga una frecuencia propia o, su inverso,periodo propio de oscilación.

Energía Cinética

Energía Potencial



Variables Dinámicas

Frecuencia y Periodo

Frecuencia circular

f: Frecuencia natural

T: Periodo Natural



Ecuaciones de equilibrio dinámico

Vibración Libre

Se dice que un problemas es dinámico cuando existen masas enmovimiento, ya que en las edificaciones existe se origina una fuerza inercialoriginada por las masas en movimiento debido a la acción sísmica. Por loque necesariamente los sistemas que se desean analizar deben contar conuna condición de equilibrio dinámico.




Vibración Libre Amortiguada

Se dice que un problemas es dinámico cuando existen masas enmovimiento, ya que en las edificaciones existe se origina una fuerza inercialoriginada por las masas en movimiento debido a la acción sísmica. Por loque necesariamente los sistemas que se desean analizar deben contar conuna condición de equilibrio dinámico.




Amortiguamiento Critico

El valor de amortiguamiento critico Cc es el valor deamortiguamiento a partir del cual deja de existir movimiento periódico,cuando un sistema tiene amortiguamiento critico, no hay oscilacióndespués de la perturbación inicial, sino que tiende exponencialmente alreposo sin ciclos.

CriticoSubcritico




Fracción de Amortiguamiento Critico

Es fracción de amortiguamiento existente en la estructura entérminos de un valor máximo que es el critico; en edificaciones civiles estafracción difícilmente llega al 10 %.



Fenómeno de Resonancia

Definición

Un sistema oscilante alcanza su máxima respuesta cuando lafrecuencia de la fuerza actuante o impulsora coincide con la frecuencianatural del oscilador.



Espectro de respuesta

Definición

Los espectros de respuesta corresponden a los valores absolutosmáximos instantáneos de la respuesta de osciladores de un grado delibertad sometidos a la carga dinámica definida mediante un registrosísmico.



Comportamiento del Acero bajo cargas cíclicas repetitivas

Diagramas de carga y descarga

Todos los materiales capaces de incursionar en el rango inelásticoy plástico como el acero, si se incrementa monotónicamente la cargadisipan la energía acumulada como se muestra a continuación:


Comportamiento del Acero bajo cargas cíclicas repetitivas

Diagrama Histerético del acero

Cuando el acero se somete a una carga cíclica repetitiva, eldiagrama esfuerzo-deformación toma la forma indicada a continuación:


DISEÑO SISMORRESISTENTE DE MARCOS RIGIDOS

Uniones RígidasColumna

Vigas



Formación de Rotulas Plásticas

Nodos Viga Columna

La hipótesis simplificada supone que las rótulas plásticas seproducen en un punto, cuando en la realidad la plastificación no se limita auna única sección, sino que se extiende en una zona de mayor extensióncon una dimensión que depende de la carga actuante y de la forma delperfil.

Posibles Mecanismos

Cedencia por Flexión en Vigas.

Cedencia por Corte en la Zonapanel.

Cedencia por Flexión y carga Axialen Columnas.




Mecanismos de falla

Mecanismo Deseable Mecanismo Indeseable




Rotulas en Columnas

Rotulas en Zona Panel

Rotulas en Vigas



Limitaciones para el diseño en columnas

Según Capitulo 9, sección 9.4 de AISC341-2005.

Los elementos que conforman los miembros estructurales como sonvigas y columnas deben cumplir con la máxima relación ancho espesor para lasalas y almas se las secciones transversales estipuladas en la Tabla I-8-1. Sonsecciones denominadas compactas sísmicas. Estas limitaciones garantizan unbuen comportamiento en el rango inelástico y minimiza la posibilidad deformación de rotulas plásticas.

Elementos no Atiesados ALAS de Columnas

<

Elementos Atiesados ALMA de Columnas

Ca ≤ 0.125

<

Ca > 0.125

<

Pu, Fuerza de compresión axial requeridaPy, Fuerza de cedencia axial requerida



Limitaciones para el diseño en columnas


Los elementos que conforman los miembros estructurales como sonvigas y columnas deben cumplir con la máxima relación ancho espesor para lasalas y almas se las secciones transversales estipuladas en la Tabla I-8-1. Sonsecciones denominadas compactas sísmicas. Estas limitaciones garantizan unbuen comportamiento en el rango inelástico y minimiza la posibilidad deformación de rotulas plásticas.

Elementos no Atiesados ALAS de Vigas y Columnas

<

Elementos Atiesados ALMA de Vigas

<



Limitaciones para el diseño en vigas y columnas



Arriostramiento lateral de vigas compactas


Con el fin de evitar el pandeo lateral torsional PLT en las vigas, seespecifica una separación máxima de apoyos laterales para las alas (tantosuperior como inferior) que conforman la sección transversal del miembro.



Criterio Columna Fuerte Viga Débil


Con el fin de evitar que se presenten rotulas plásticas en la columnaantes de que se origine esta en la viga y originar posibles mecanismos de falla,se debe garantizar que la capacidad de resistir momentos de la columna sea untanto mayor que las capacidad de resistir momentos de la viga.

Sumatoria de las resistencias teóricas a flexión plástica de las columnasincluyendo la reducción de la carga axial mayorada, ubicadas en losextremos de las conexiones a momentos de vigas, proyectadas sobre en elpunto de intersección de los ejes baricéntricos de vigas y columnas queconcurren al nodo.

Sumatoria de las resistencias esperadas a flexión ubicadas en las rótulasplásticas de vigas, proyectadas sobre el punto de intersección de los ejesbaricéntricos de las vigas y las columnas que concurren al nodo.



Calculo del Momento máximo probable en vigas

Según Capitulo 6, sección 6.10(1) de AISC358-2005.



Calculo del Momento máximo probable en Columnas


DISEÑO SISMORRESISTENTE DE MARCOS RIGIDOSCalculo del Momento máximo probable en Columnas


DISEÑO SISMORRESISTENTE DE MARCOS RIGIDOSCaracterísticas de materiales para la determinación de la fuerza requerida de miembros y de conexiones


Factores de sobre resistencia utilizados para determinar losesfuerzos esperados en los miembros de acero estructural.


DISEÑO SISMORRESISTENTE DE MARCOS RIGIDOSFormación de rotulas plásticas


Sh: distancia desde la cara de la columna hasta la rotula plásticaen la viga

Conexiones sin ridigizadores (4 pernos)

Sh = menor (d/3; 3bf)


DISEÑO SISMORRESISTENTE DE MARCOS RIGIDOSFormación de rotulas plásticas


Sh: distancia desde la cara de la columna hasta la rotula plásticaen la viga

Conexiones con ridigizadores (4 pernos)

Sh = Lst

Lst


DISEÑO SISMORRESISTENTE DE MARCOS RIGIDOSNodos Viga Columna. Conexiones

Conexiones Rígidas. Según AISC358-2005.

Se deben proveer en los nodos de la estructura conexiones que nopermitan la rotación en el extremo de la viga y que transfiera el 100% delmomento de la misma a la columna.


DISEÑO SISMORRESISTENTE DE MARCOS RIGIDOSNodos Viga Columna. Conexiones

Desempeño sísmico de las conexiones metálicas

A continuación se muestra gráficamente un resumen de las fallastípicas observadas en conexiones viga columna resistentes a momentos.


DISEÑO SISMORRESISTENTE DE MARCOS RIGIDOSRequisitos adicionales para los nodos viga columna

Según Capitulo 9, sección 9.2a de AISC341-2005.

•Las conexiones viga columna deben se capaces de permitir una deriva depiso cuya rotación sea de al menos 0.04 radianes.




•Las conexiones deben desarrollar como mínimo un momento resistenteigual al 0.80Mp de la viga conectada para una rotación de 0.04 radianes.




•Las uniones viga columna deben ser capaces de desarrollar el cortante porla presencia de rotulas plásticas originadas por la fuerza sísmica.


el acero como material estructural · nodos viga columna la hipótesis simplificada supone que las...

Documents