Módulo 4: Sistemas estructurales para construcciones sismorresistentes

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1 JORNADAS DE ACTUALIZACIÓN TÉCNICA ESTRUCTURAS METÁLICAS SISMORRESISTENTES Ushuaia, 21 y 22 de Setiembre de 2017 Módulo 4: Sistemas estructurales para construcciones sismorresistentes Ing. Francisco Javier Crisafulli Ing. Eduardo Daniel Quiroga Auspician: Provincia de Tierra del Fuego, A. e I. del A. S. Ministerio de Obras y Servicios Públicos

2 Sistemas sismorresistentes Edificios Componentes o estructuras verticales Diafragmas horizontales (losas, reticulados) Conexiones (soldadura, pernos) Fundaciones 2

3 Sistemas sismorresistentes Edificios industriales Componentes o estructuras verticales Diafragmas horizontales (losas, reticulados) Conexiones (soldadura, pernos) Fundaciones 3

4 Sistemas sismorresistentes Edificios industriales Componentes o estructuras verticales Diafragmas horizontales (reticulados) Conexiones (soldadura, pernos) Fundaciones 4

5 Sistemas sismorresistentes Puente reticulado Vigas reticuladas (vericales) Diafragmas horizontales (reticulados) Conexiones (soldadura, pernos) Fundaciones 5

6 MASTER INTERNACIONAL JORNADAS DE EN ACTUALIZACIÓN INGENIERÍA TÉCNICA SÍSMICA - ESTRUCTURAS METÁLICAS SISMORRESISTENTES Tipos estructurales para estructuras sismorresistentes de acero Pórticos arriostrados Pórticos arriostrados excéntricamente Pórticos arriostrados con disipadores Muros con placas de acero 6

7 Tipos estructurales para estructuras sismorresistentes. AISC Sistemas de pórticos a momento o pórticos no arriostrados ordinarios, OMF intermedios, IMF especiales, SMF especiales con vigas reticuladas, STMF Sistemas de columnas ordinarias en voladizo, OCCS Sistemas de columnas especiales en voladizo, SCCS Sistemas de pórticos arriostrados y muros de corte Pórticos ordinarios arriostrados concéntricamente, OCB Pórticos especiales arriostrados concéntricamente, SCBF Pórticos arriostrados excéntricamente, EBF Pórticos con riostras de pandeo restringido, BRBF Muros de corte especiales con placas de acero, SPSW Sistemas duales Combinación de pórticos no arriostrados con pórticos arriostrados o muros 7

8 Tipos estructurales para estructuras sismorresistentes. I-C 103, IV Sistemas de pórticos a momento o pórticos no arriostrados convencionales, OMF intermedios, IMF especiales, SMF especiales con vigas reticuladas, STMF Sistemas de columnas ordinarias en voladizo, OCCS Sistemas de columnas especiales en voladizo, SCCS Sistemas de pórticos arriostrados y muros de corte Pórticos convencionales arriostrados concéntricamente, OCB Pórticos especiales arriostrados concéntricamente, SCBF Pórticos arriostrados excéntricamente, EBF Pórticos con riostras de pandeo restringido, BRBF Muros de corte especiales con placas de acero, SPSW Sistemas duales Combinación de pórticos no arriostrados con pórticos arriostrados. 8

9 Tipo estructural R Ductilidad Rigidez convencionales, OMF intermedios, IMF especiales, SMF especiales con vigas reticuladas, STMF Pórticos convencionales arriostrados concéntricamente, OCB Pórticos especiales arriostrados concéntricamente, SCBF Pórticos arriostrados excéntricamente, EBF

10 Relación ancho-espesor para estructuras sismorresistentes. Este parámetro se relaciona directamente con el pandeo local o abollamiento de las secciones de acero, efecto que impide el desarrollo de la ductilidad de los elementos o miembros estructurales. El reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte IV, define requerimientos de la relación ancho-espesor según el tipo de estructura y de miembro que se considera. Para ello utiliza los valores límites indicados en: Tabla 9.1 p Tabla B.5.1 del CIRSOC 301 p La misma denominación!!! Los reglamentos AISC actuales consideran tres valores distintos: (i) p, (ii) md (ductilidad moderada) y (iii) hd (ductilidad elevada) 10

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12 Relación ancho-espesor para estructuras sismorresistentes. convencionales, OMF intermedios, IMF especiales, SMF especiales con vigas reticuladas, STMF Pórticos ordinarios arriostrados concéntricamente, SCBF Pórticos especiales arriostrados concéntricamente, OCB Pórticos arriostrados excéntricamente, EBF Sin requerimientos Vigas: p T B.5.1. Columnas: p T 9.1 o p T B.5.1 según la relación M pc /M pb Vigas: p T B.5.1. Columnas: p T 9.1 o p T B.5.1 según la relación M pc /M pb Requerimiento para las diagonales y cordones del tramo especial. Sin requerimientos Riostras: Perfiles I, U, Tubos p T 9.1 o p T B.5.1 (en general). Columnas: ídem riostras. Enlace: p T 9.1. Riostras: p T

13 Secciones de chapa conformada en frio Ejemplo: Viga Perfil C 180x80x20x3.2 mm Alma: h/t w = 170/3.2 = 53 Valores límites: Tabla 9.1 (I-C 103, Parte IV) Tubos: 758 F y = 49 h Alma perfiles (P u = 0): 1365 F y = 88 Tabla B.5.1 (CIRSOC 301) Almas comprimidas por flexión: 3.76 E F y =

14 JORNADAS DE ACTUALIZACIÓN TÉCNICA ESTRUCTURAS METÁLICAS SISMORRESISTENTES Ushuaia, 21 y 22 de Setiembre de 2017 Módulo 5: o pórticos a momento Ing. Francisco Javier Crisafulli Ing. Eduardo Daniel Quiroga Auspician: Provincia de Tierra del Fuego, A. e I. del A. S. Ministerio de Obras y Servicios Públicos

15 o pórticos a momento Los pórticos son ensambles rectilíneos de vigas y columnas conectadas entre sí mediante juntas soldadas o apernadas o ambas. Los miembros componentes de estos pórticos quedan sometidos principalmente a momentos flectores y esfuerzos de corte, que controlan su diseño. Diagramas típicos de momentos flectores y esfuerzos de corte producido por la acción sísmica 15

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17 o pórticos a momento Mecanismo plástico (columna fuerteviga débil) Respuesta corte basal-desplazamiento lateral 17

18 o pórticos a momento Relación entre la resistencia flexional de columnas y vigas (diseño por capacidad): M M * pc * pc * pb 1.0 Resistencia de las columnas considerando el efecto de la carga axial: M Z c ( F yc P uc / A g ) Mecanismo plástico (columna fuerteviga débil) Resistencia de las vigas considerando el efecto de la sobrerresistencia: M * pb 1.1 R y F yb Z b M uv 18

19 Resistencia de las vigas considerando el efecto de la sobrerresistencia: V E V E M * pb 1.1 R y F yb Z b M uv M uv es el momento adicional en la viga debido a la amplificación producida por corte desde la rótula plástica hasta el eje de la columna. 19

20 Clasificación de secciones Respuesta flexional El pandeo local puede afectar significativamente la ductilidad de estructuras sismorresistentes. Es por ello que, en estos casos, se considera una clasificación de secciones por ductilidad, con límites de relación ancho-espesor más estrictos. Miembros de ductilidad moderada b/t o h/t w md Miembros de alta ductilidad b/t o h/t w hd 20

21 Conexión viga-columna Clasificación 1. Conexión o unión simple (articulación): trasmite momento flector nulo o despreciable 2. Conexión o unión a momento: Totalmente restringida (TR): trasmite momento flector con una rotación despreciable entre las partes conectadas. Parcialmente restringida (PR): trasmite momento flector pero la rotación relativa entre los miembros unidos no es despreciable. 21

22 Conexión viga-columna Clasificación 22

23 Conexión viga-columna - Clasificación Diagramas momento-rotación típicos de conexiones totalmente restringidas, parcialmente restringidas y articuladas EI/L: rigidez flexional de la viga Una unión se considera sin resistencia flexional en el análisis y proyecto (articulaciones) si: Presenta rigidez menos a 2 EI/L. Trasmite menos del 0,2 Mp de la viga para una deformación de 0,02 radianes 23

24 Conexión viga-columna - Clasificación Ejemplo: q=1 t/m Articulación Empotramiento K s α L = 5 m Ks EI L K s Momento (tm) Rotación (rad) α Rigidez conexión / Rigidez viga (EI/L) 24

25 Cálculo de nudos viga-columna M V El nudo queda sometido a esfuerzos de corte muy elevados. 25

26 Cálculo de nudos viga-columna Placas de continuidad: El espesor de las placas de continuidad debe determinarse según el siguiente criterio: En nudos exteriores el espesor debe ser como mínimo la mitad del espesor del ala de la viga. En nudos interiores el espesor de las placas deben ser como mínimo igual al espesor mayor de las alas de las vigas que llegan al nudo. Las placas de continuidad deben unirse a las alas de la columna mediante soldadura de penetración completa (CJP groove welds) y al alma de la columna con soldadura de ranura o de filete. Columna Placa de continuidad Panel nodal Viga 26

27 Cálculo de nudos viga-columna Criterio de cálculo aproximado para determinar las solicitaciones en el panel nodal: Esfuerzos M, N y V. A A Vista lateral Corte A-A 27

28 Criterio de cálculo aproximado para determinar las solicitaciones en el panel nodal: Aplicando condiciones de equilibrio se puede determinar el corte en el panel nodal, V p : Esfuerzos donde los momentos han sido reemplazados por cuplas equivalentes V p M M 1 2 ( db 1 t f 1) ( db2 t f 2 ) V c V p M ( db t f ) 28

29 Comparación de requerimientos para pórticos no arriostrados de distinta categoría Requerimiento Categoría Especial Intermedio Conven. Factor R Capacidad de rotación plástica en rótulas Distorsión de piso en las conexiones Conexiones vigacolumna Verificación panel nodal Relación anchuraespesor Relación entre la resistencia flexional de columnas y vigas Restricción lateral en nudos Restricción lateral en vigas Precalificada Precalificada No Si Si No λ p λ p No Si Si No Si No No Si Si No L b = r y /F y L b = r y /F y 29

30 con viga reticulada Es un tipo especial de pórticos no arriostrado que se ha usado en edificios con luces grandes (donde la viga reticulada presenta ventajas) Segmento especial Segmento especial Su uso se limita a L<20 m y h<1.8m 30

31 Pórticos a momento con riostras de esquina Es un tipo especial de pórticos no arriostrado, en el que se aumenta la rigidez mediante tornapuntas de esquina que no impiden la circulación ni la colocación de aberturas. Diagramas de solicitaciones Mecanismo de deformación plástica 31