RESUMEN... i DEDICATORIA... ii AGRADECIMIENTOS... iii TABLA DE CONTENIDO... iv ÍNDICE DE TABLAS... vii ÍNDICE DE FIGURAS... viii

Transcripción

1 TABLA DE CONTENIDO RESUMEN... i DEDICATORIA... ii AGRADECIMIENTOS... iii TABLA DE CONTENIDO... iv ÍNDICE DE TABLAS... vii ÍNDICE DE FIGURAS... viii CAPITULO 1: INTRODUCCIÓN Motivación Antecedentes Objetivos Objetivo Principal Objetivos Específicos Metodología y Alcance... 5 CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO Y ANTECEDENTES Pórticos de Acero Resistentes a Momento Conexiones Viga-Columna Placas de Continuidad Panel Nodal Requerimientos para Vigas y Columnas. Relación ancho-espesor Relación entre la Resistencia Flexional de Columnas y Vigas Restricción Lateral en Conexiones Restricción Lateral en Vigas Columnas de Sección Tubular Conexiones a momento con columnas tubulares y vigas de sección I Conexiones con Diafragmas Conexiones con Diafragma Pasante Conexiones con Diafragma Interno Conexiones con Diafragma Externo Conexiones con Plancha Extrema mediante Pernos Conexiones Patentadas iv

2 2.3. Investigaciones Relevantes Núñez et. al. (2017) Rodrigues et. al. (2013) Wang et. al. (2011) Saneei Nia et. al. (2014) Yang et. al. (2016) CAPÍTULO 3: MARCO METODOLÓGICO Edificio Prototipo Información General Combinaciones de Carga Definición de Cargas Gravitacionales Determinación de Cargas Sísmicas Análisis del Modelo Estructural Selección y Diseño de los Elementos Estructurales Diseño de las Conexiones Modelo en Elementos Finitos Generalidades Consideraciones del Modelo Definición de los Elementos y Mallado Materiales Contactos Condiciones de Borde Configuraciones de los Nudos Sistemas de Cargas Carga Axial (P) Carga Cíclica (F) CAPÍTULO 4: RESULTADOS Y DISCUSIÓN Comportamiento Histerético Nudos - 1B Nudos - 2BC Nudos - 2BI Nudos - 3B v

3 Nudos - 4B Mecanismos de Falla Nudos - 1B Nudos - 2BC Nudos - 2BI Nudos - 3B Nudos - 4B Comparación del Desempeño Sísmico de los Nudos Relación Fuerza-Deformación Equivalente del sistema Nudos 1B Nudos 2BC Nudos 2BI Nudos 3B Nudos 4B Comparación de la Relación Fuerza-Deformación Equivalente del sistema Fuerza equivalente vs. Rotación Rigidez Tangente (Kt/Ko) Rigidez Secante (Ks/Ko) Energía Disipada (Ed) Amortiguamiento Equivalente ( ) Energía Disipada Total CAPÍTULO 5: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones Recomendaciones BIBLIOGRAFÍA ANEXO A: DISEÑO DE LA CONEXIÓN ANEXO B: CURVAS DE HISTÉRESIS vi

4 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 3.1 Parámetros Sísmicos según NCh Tabla 3.2 Análisis Sísmico y Parámetros de Diseño Tabla 3.3 Secciones Finales de los Elementos Estructurales.. 35 Tabla 3.4 Número de elementos y nodos por componente estructural 44 Tabla 3.5 Propiedades Mecánicas del Acero ASTM A36 (Salas, 2016). 44 Tabla 3.6 Propiedades Mecánicas del Acero ASTM A490 (Salas, 2016) Tabla 3.7 Relación constitutiva para el acero ASTM A Tabla 3.8 Relación constitutiva para el acero ASTM A Tabla 3.9 Superficies de contacto para los componentes del modelo.. 48 Tabla 3.10 Matriz de simulación de modelos Tabla 4.1 Elementos de la Conexión que Plastifican.. 69 Tabla 4.2 Resumen de la respuesta histerética de los nudos vii

5 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Centro de San Francisco, EE.UU. después del terremoto y los incendios de Figura 1.2 El costo de los terremotos de los últimos años Figura 2.1 Mecanismo de movimiento lateral idealizado para pórticos a momento... 9 Figura 2.2 Detalle de conexión viga-columna Figura 2.3 Diagrama de cuerpo libre en el panel nodal: M, N y V Figura 2.4 Perfiles para columnas tubulares: circular, cuadrado, rectangular y cajón armado... Figura 2.5 Alternativas de conexiones viga-columna con diafragmas pasantes Figura 2.6 Conexión viga-columna con diafragmas internos.. 16 Figura 2.7 Conexión viga-columna con diafragmas externos Figura 2.8 Conexión viga-columna con plancha extrema usando pernos ciegos 18 Figura 2.9 Conexión viga-columna rellena con plancha extrema usando pernos largos. 19 Figura 2.10 Conexiones viga-columna patentadas: a) ConXL, b) SidePlate Figura 2.11 Conexión viga-columna propuesta por Nuñez et. al. (2016) Figura 2.12 Figura 2.13 Deformaciones plásticas en conexión diseñada según AISC 358 y ensayo experimental... Ensayos experimentales en columnas rectangulares RC, según la condición de carga Figura 2.14 Detalles de las conexiones: a) interior 2D; b) interior 3D; c) exterior 3D. 24 Figura 2.15 Configuraciones de los nudos y condiciones de carga: a) interior 2D; b) interior 3D; c) exterior 3D..... Figura 2.16 Conexión exterior para pórticos de siete, doce y veinte pisos Figura 2.17 Figura 2.18 Figura 2.19 Detalle de aplicación de carga al sistema. a) Vista 3D; b) Protocolo de carga AISC... Configuraciones de los nudos y condiciones de carga: a) interior 2D; b) esquina 3D; c) exterior 3D; c) interior 3D... Distribución de tensiones de Von-Mises para nudos: a) exterior 3D; b) interior 3D viii

6 Figura 3.1 Geometría del edificio prototipo, compuesto de pórticos a momento: a) Vista isométrica b) Planta tipo... Figura 3.2 Definición de propiedades geométricas: a) Columna; b) Viga 35 Figura 3.3 Figura 3.4 Figura 3.5 Deriva de Piso de los diafragmas para los distintos niveles del edificio: a) Deriva del centro masa; b) Deriva en un punto extremo de la planta... Respuesta del Análisis Sísmico del edificio: a) Corte por piso; b) Momento volcante Geometría de la Conexión diseñada: a) Vista lateral, b) Vista frontal, c) Vista 3D... Figura 3.6 Geometría y discretización del modelo base en zona de conexión 40 Figura 3.7 Deformación del pórtico resistente a momento bajo carga sísmica y subensamblaje.. Figura 3.8 Modelo del subensamblaje completo considerado.. 41 Figura 3.9 Tipos de elementos utilizados en el modelo. A) SOLID186; b) BEAM Figura 3.10 Relación constitutiva para el acero ASTM A Figura 3.11 Relación constitutiva para el acero ASTM A Figura 3.12 Condiciones de borde del modelo Figura 3.13 Configuraciones de nudos y aplicación de cargas 52 Figura 3.14 Protocolo de Carga AISC, aplicado a los modelos Figura 4.1 Curvas de histéresis Momento normalizado-rotación para Nudos-1B Figura 4.2 Curvas de histéresis Momento normalizado-rotación para Nudos-2BC 57 Figura 4.3 Curvas de histéresis Momento normalizado-rotación para Nudos-2BI. 57 Figura 4.4 Curvas de histéresis Momento normalizado-rotación para Nudos-3B Figura 4.5 Curvas de histéresis Momento normalizado-rotación para Nudos-4B Figura 4.6 Máximas tensiones y máximas deformaciones plásticas para el Nudo 1B Figura 4.7 Máximas tensiones y máximas deformaciones plásticas para el Nudo 1B Figura 4.8 Máximas tensiones y máximas deformaciones plásticas para el Nudo 1B Figura 4.9 Máximas tensiones y máximas deformaciones plásticas para el Nudo 1B Figura 4.10 Figura 4.11 Figura 4.12 Máximas tensiones y máximas deformaciones plásticas para el Nudo 2BC- 00 Máximas tensiones y máximas deformaciones plásticas para el Nudo 2BC- 25 Máximas tensiones y máximas deformaciones plásticas para el Nudo 2BC ix

7 Figura 4.13 Figura 4.14 Figura 4.15 Figura 4.16 Figura 4.17 Máximas tensiones y máximas deformaciones plásticas para el Nudo 2BC- 75 Máximas tensiones y máximas deformaciones plásticas para el Nudo 2BI- 00 Máximas tensiones y máximas deformaciones plásticas para el Nudo 2BI- 25 Máximas tensiones y máximas deformaciones plásticas para el Nudo 2BI- 50 Máximas tensiones y máximas deformaciones plásticas para el Nudo 2BI- 75 Figura 4.18 Máximas tensiones y máximas deformaciones plásticas para el Nudo 3B Figura 4.19 Máximas tensiones y máximas deformaciones plásticas para el Nudo 3B Figura 4.20 Máximas tensiones y máximas deformaciones plásticas para el Nudo 3B Figura 4.21 Máximas tensiones y máximas deformaciones plásticas para el Nudo 3B Figura 4.22 Máximas tensiones y máximas deformaciones plásticas para el Nudo 4B Figura 4.23 Máximas tensiones y máximas deformaciones plásticas para el Nudo 4B Figura 4.24 Máximas tensiones y máximas deformaciones plásticas para el Nudo 4B Figura 4.25 Máximas tensiones y máximas deformaciones plásticas para el Nudo 4B Figura 4.26 Conversión de la relación Fuerza equivalente vs. Desplazamiento de la columna.. Figura 4.27 Conversión del sistema inicial al sistema equivalente para el Nudo-1B.. 71 Figura 4.28 Conversión del sistema inicial al sistema equivalente para el Nudo-2BC Figura 4.29 Conversión del sistema inicial al sistema equivalente para el Nudo-2BI 72 Figura 4.30 Conversión del sistema inicial al sistema equivalente para el Nudo-3B.. 73 Figura 4.31 Conversión del sistema inicial al sistema equivalente para el Nudo-4B.. 74 Figura 4.32 Figura 4.33 Figura 4.34 Figura 4.35 Figura 4.36 Nudos-1B... Nudos-2BI.. Nudos-2BC. Nudos-3B... Nudos-4B... Figura 4.37 Definición de rigidez inicial (Ko), tangente (Kt) y secante (Ks) del sistema. 78 Figura 4.38 Definición de energía de deformación elástica y energía disipada x

8 Figura 4.39 Figura 4.40 Figura 4.41 Figura 4.42 Rigidez tangente normalizada vs. Rotación para Nudos: a) 1B, b) 2BC, c) 2BI, c) 3B, d) 4B. Rigidez secante normalizada vs. Rotación para Nudos: a) 1B, b) 2BC, c) 2BI, c) 3B, d) 4B. Energía disipada vs. Rotación para Nudos: a) 1B, b) 2BC, c) 2BI, c) 3B, d) 4B... Amortiguamiento equivalente vs. Rotación para Nudos: a) 1B, b) 2BC, c) 2BI, c) 3B, d) 4B. Figura 4.43 Energía Disipada Total por cada configuración de nudo. 89 Figura 4.44 Energía Disipada normalizada por cada configuración de nudo xi