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. Desarrollo Diseño Sísmico Estructuras de Acero Gabriel Valencia Clement . 1 Gabriel Valencia Clement DESARROLLO DEL DISEÑO SÍSMICO DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO, Y EXPECTATIVAS Contenido En esta sesión se presentarán los siguientes temas: Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement -2 - - Introducción desarrollo del diseño sismo-resistente - Las estructuras de acero, pasado y presente - Estructuras de acero: nuevas propuestas. Introducción Desde que la humanidad tiene memoria, los terremotos han sido considerados como uno de los más temibles fenómenos de la naturaleza. En muchas culturas considerados como castigos de los dioses Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement -3 - Hoy entendemos su origen, y aceptamos que corresponden a un proceso natural No obstante, se presentan sin aviso, y pueden en pocos segundos generar grandes tragedias. Breve reseña… Dos de las siete maravillas de la antigüedad fueron destruidas por terremotos: Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement -4 - El Coloso de Rodas (225 DC) El Faro de Alejandría (800)

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1

Gabriel Valencia Clement

DESARROLLO DEL DISEÑO SÍSMICO DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO, Y EXPECTATIVAS Contenido

En esta sesión se presentarán los siguientes temas:

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

- 2 -

- Introducción desarrollo del diseño sismo-resistente

- Las estructuras de acero, pasado y presente

- Estructuras de acero: nuevas propuestas.

Introducción

Desde que la humanidad tiene memoria, los terremotoshan sido considerados como uno de los más temiblesfenómenos de la naturaleza.

En muchas culturas considerados como castigos de losdioses

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

- 3 -

Hoy entendemos su origen, y aceptamos quecorresponden a un proceso natural

No obstante, se presentan sin aviso, y pueden en pocossegundos generar grandes tragedias.

Breve reseña…

Dos de las siete maravillas de la antigüedad fuerondestruidas por terremotos:

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

- 4 -

El Coloso de Rodas (225 DC)

El Faro de Alejandría (800)

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La leyenda helénica nos habla de Atlas soportando elmundo, tambaleándose a veces por el peso de esa mole

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- 5 -

Breve reseña…

Entre los guayupes (márgenes del Ariari):

Hay un dios que se echa a dormir, pero como es muygrande y pesado, cada vez que se voltea hace temblar latierra

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Breve reseña…

El primer sismoscopio del que se tiene noticia

Breve reseña…

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement -7

Año 132 DC, el filósofo chino ChangHeng.

Un recipiente grande, con 8 cabezasde dragón a 45° entre si.

Bajo c/u una rana con su boca abiertahacia el dragón.

Un sismo� una o más deja caer unabola dentro de la boca de la rana.

⇒ la dirección e intensidad del sismo

Nos cuenta el padre Jesús E. Ramírez (Historia de losterremotos en Colombia, IGAC, 1975):

Aristóteles:

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Y Séneca:

Cuando el aire, en gran cantidad, ha colmadocompletamente una cavidad subterránea y comienza aluchar y buscar una salida, bate repetidamente los murosque lo mantienen oculto, encima de los cuales acaso lasciudades se asientan.

Breve reseña…

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Séneca:

Breve reseña…

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J.E. Ramírez S.J., agrega:

Ya en el S.XIX, principalmente, aparecieron explicacionesdiversas y fantásticas.

Abundaron leyes empíricas basadas a veces en hechoslocales o en la fantasía.

Relaciones descabelladas:

- El sucederse de las estaciones.

- Los cambios barométricos bruscos

- Las distancias a la luna en apogeo y en perigeo

- Los movimientos de estrellas fugaces, los cometas…

Breve reseña…

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J.E. Ramírez, S.J, incluye algunas teorías más recientes,pero que no dejan de ser curiosas:

Breve reseña…

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J.E. Ramírez, S.J:

Breve reseña…

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- 13 -

Otras teorías curiosas:

Breve reseña…

• Tales de Mileto (siglo VI a. C.) consideró que la Tierraflotaba sobre agua y que los sismos eran similares almovimiento de un barco sobre el oleaje.

• Los sismos se deben a explosiones por la liberación degases en el éter que compone el universo.

• Demócrito (siglo IV AC.): el origen de los terremotos sedebe a fuertes tormentas de mezclas de aire y agua enuna hipotética atmósfera interna del planeta.

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Durante el Medioevo el origen natural de los terremotos fueformalmente prohibido por considerarla como una ideaherética.

No fue sino hasta principios del siglo XVII que se volvió aespecular acerca de causas naturales del origen de losterremotos.

Así, Werner propuso que los terremotos se debían a causaslocales vinculadas a capas de piritas de hierro fundidas endepósitos de carbón ardiente

Breve reseña…

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- 15 -

La aplicación de la sismología al diseño de lasconstrucciones es muy reciente (Sarria, 1990):

Usami: el estudio de la sismoresistencia se inició post sismode Edo que afectó Tokio, 1855.

� Consideraciones sobre refuerzo a cortante de muros

En 1880 � Sociedad Sismológica de Japón.

Okamote: sostiene que fue a partir del terremoto de Nubi,1891 y el de San Francisco, 1906, se comenzaron a hacerpropuestas.

Introducción

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No obstante…

Machu Picchu S.XV

Construcción con muros de piedra sin pega

Breve reseña…

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Gran ajuste de las juntas mediante talla gradual.

Casi todas las piedras consu superficie superiorcóncava mientras convexala inferior de la piedraencima

Breve reseña…

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Las fechas más significativas en el desarrollo de normas:

Lisboa, 1755

1821-22 – Navier y Cauchy � Ecs de elasticidad

1830 - S. Poisson:

solo 2 tipos de onda viajan a través de los sólidos: S y P

1875 - F. Cecchi

Construye el primer sismógrafo

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Messina, Italia, 1908

San Francisco, Ca, 1906

- 22 -

Las fechas más significativas en el desarrollo de normas:

1935 – C. Richter desarrolla la

“Escala de Richter”

Agadir, Marruecos, 1960…

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- 24 -

Antes…

Después

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Las fechas más significativas en el desarrollo de normas:

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Muertes, lesiones y daños materiales…

El reporte oficial del terremoto de Tangsham, China, 1976 :

� 255,000 muertos

Los observadores extranjeros hablan de muchos más

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

- 26 -

Fuente: FEMA 454

Pero las construcciones en Tangsham,

� básicamente mampostería no reforzada.

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- 27 -

Introducción

Ese nivel de destrucción no se espera en una ciudadconstruida de acuerdo con códigos modernos.

Fue el caso de Northridge, California en 1994. Solo 57muertes (19 por ataque cardíaco del susto). Ayudaron

La hora � 4:30 am y

La mayor energía � hacia el norte, deshabitado

Pero pérdidas por U$ 46 billones

En Kobe, Japón, en cambio fueron 5,000 los muertos y laspérdidas materiales inconmensurables.

A pesar de un alto nivel de Ing. sísmica, había un inventariodeficiente de vulnerabilidad.

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Introducción

Las pérdidas de vidas y las materiales pueden serinmensas por causa de los sismos.

Aunque los sismos no pueden ser controlados. La Ing.Sísmica actual puede suministrar herramientas que, bienusadas, pueden reducir ese impacto.

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Es factible predecir con buena probabilidad

- dónde ocurrirán los sismos y

- de qué orden serán las fuerzas generadas

Un buen diseño sísmico puede producir estructuras quelogren sobrevivir a esos sismos, y con un nivel de dañocontrolado.

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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Introducción

Los profesionales que garantizan diseños sísmicosseguros, son

• Los sismólogos y

• Los ingenieros estructurales.

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- 30 -

El papel de los Arquitectos en el diseño sísmico

Sin embargo, los arquitectos juegan un papel fundamental.

Los Arq. platean el

diseño inicial

Y aspectos de configuración que definen

Pueden influir en el

desempeño sísmico

Aspectos de la configuración tales como:

• La forma general del edificio.

• La forma y ubicación de los elementos estructurales

• Naturaleza y localización de elementos no estructurales

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- 31 -

Es evidente que el ingeniero y el arquitecto deben tener unaclara comprensión de la interrelación de sus disciplinas.

⇒ el Arq debe conocer los principios del diseño sísmicoque pueden influir en el desempeño del edificio,

El papel de los Arquitectos en el diseño sísmico

Aspectos como la irregularidad:

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El papel de los Arquitectos en el diseño sísmico

Pisos inferiores. flexibles

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Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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Fuente: FEMA 454

Hospital Olive View, Terremoto de San Fernando, 1971

El Ing. debe entender y respetar el contexto dentro del cualel Arq. desarrolla la funcionalidad y la estética del edificio

No se trata de pedir a los Arq que estén en capacidad dedesarrollar el diseño sísmico de los edificios que crean.

Ni a los Ing. que hagan el diseño funcional y estético.

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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El papel de los Arquitectos en el diseño sísmico

Lo deseable es que haya un lenguaje común entre el Arq. y el Ing. que les

permita trabajar como socios del proyecto

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- 35 -

2. Ingeniería Sísmica deEstructuras de Acero

Desarrollo

Las Estructuras de Acero

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Fuente: TECMO S.A.

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Siempre se han considerado como una excelente soluciónpara edificios en zonas sísmicas

� Gran resistencia y gran rigidez

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En general, si están bien detalladas

� Buena ductilidad

� Ciclos de histéresis amplios y estables � disipación

Las Estructuras de Acero

El colapso de estructuras de acero es muy poco frecuente.

Los PRM se consideraron siempre sistemas de granductilidad, pero no se comportaron así en sismos recientes.

� Principalmente, fallas frágiles en conexiones viga-Col

Esos comportamientos poco dúctiles generaron el desarrollode importantes investigaciones en años recientes:

• En USA (Proyecto SAC)

• En Japón (NIED y EDM)

• En Europa (ECCS-TC13 y EC8)Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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Las Estructuras de Acero

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

- 39 -

Construcción y codificación sísmica� acero

Los edificios altos construidos en San Francisco antes de 1906, se hicieron con

• Estructura de acero diseñada para cargas gravitacionales

• Muros de bloque o piedra ligados a la estructura paraproveer resistencia a Ps laterales.

Sobrevivieron al sismo, pero varios no al fuego que se presentó en muchos casos

George Eastman House Still Photograph Archive

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Construcción y codificación sísmica� acero

El hotel St. FrancisArq Bliss & Faville1904

www.westernmininghistory.com

Daño muy reducidoen 1906.Estructura de acero,Cols embebidas enmampostería

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Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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A pesar de la destrucción de más de 27,000 edificios, eseevento no estimuló una respuesta de codificación explícita

Se establecieron reglas para cargas de viento, y se supusoque serían apropiadas para sismo.

Se observó la influencia del tipo de construcción y de laclase de suelo, pero no se desarrollaron investigacionessistematizadas.

Construcción y codificación sísmica� acero

En San Francisco, con posterioridad a ese evento, se usaron:

• Muros con algún refuerzo

o Cerchas cinturón en la periferia

o PRMs

• Estructuras de acero con:

o Tornapuntas en las conexiones

Construcción y codificación sísmica� acero

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Construcción y codificación sísmica� acero

Std Oil BuildingArq. G. KelhamIng. H. Brunnier1922

www.craunf.org

Sistema de tornapuntas

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Construcción y codificación sísmica� acero

Shell Oil BuildingArq. G. KelhamIng. H. Brunnier1929

Fuente: FEMA 454

Sistema de cartelas

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Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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Construcción y codificación sísmica� acero

Fuente: FEMA 454

Así mismo, se reforzaron construcciones existentes:Iglesia de Santa María, 1869

www.cathedralsofcalifornia

Construcción y codificación� acero

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En 1927, en California en la PCBOC, precursor del ICBO

Se introdujo un apéndice opcional al UBC, conrecomendaciones para diseño sísmico, entre otras:

Diseñar para una carga lateral del 7.5% del peso del edificio,que podría llegar al 10% para suelos blandos.

Por muchos años, el SEAOC en los USA a tenido muchoque ver en el desarrollo de códigos sísmicos.

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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En 1933 � reglas para construcción con mampostería

estructural

Solo hasta 1943 se adoptaron provisiones relacionadas conla altura y la flexibilidad de los edificios.

A fines de los 40, SEAOC publicó el “Blue Book”,Recommended Lateral Force Requirements and

Commentary

Estas provisiones se incluyeron en UBC versión 1961.

Construcción y codificación sísmica� acero

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www.flickr.com/photos/anomalous_a

En este período, Mills Tower Addition, 1931Arq W. Polk, Ing. C. Snyder.

Fuente: FEMA 454

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Entre 1945 y 1960:

• Sistemas con estructura triangulada a la vista

• Pernos de alta resistencia en lugar de remaches

• PRMs, conexiones con vigas soldadas a columnas,

en todas las uniones del edificio (alta redundancia)

Entre 1960 y 1990:

• PRMs de supuesta gran ductilidad, limitando su

ubicación a unos pocos sitios � optimización.

En 1973, el SEAOC creó el ATC. Su función: convertir Investigación en aplicaciones

Construcción y codificación sísmica� acero

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Fuente: Bresler, Lin, Scalzi, 1968

En este período, Equitable Building, 1955Arq W. Peugh, Ing. Keilberg & Paquette.

Fuente: FEMA 454

Vigas acarteladas, conexión acortante en el centro de la luz

Hacia mediados de los 70, gran esfuerzo por establecernormas federales en USA.

� ATC 306: Tentative Provisions for the

Development of Seismic Regulations for

Buildings.

1978, FEMA crea el NEHRP

1985 NEHRP publica la primera versión de “Recommended

Provisions for Seismic Regulations of Buildings and

Other Structures

Se plantea la relación entre fuerza sísmica y las características del lugar

Construcción y codificación sísmica� acero

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http://en.wikipedia.org

En este período, Transamerica Tower, 1972.Arq W. Pereira, Ing. Chin & Hensolt.

Pisos inf: Estructura trianguladaPisos superiores: PRMs

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Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

- 53 -

En 1992, AISC bajo la dirección de Popov, publicó la primeraversión de las Provisiones: “Seismic Provisions for

Structural Steel Buildings”

Se basaron en las propuestas de SEAOC

En 1997, NEHRP adoptó esa propuesta

Construcción y codificación sísmica� acero

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

- 54 -

Entre 1990 – 2000, después del terremoto de Loma Prieta(bahía de San Francisco) y 1994 Northridge, gran cambio deparadigmas.

Se tomó conciencia acerca de la importancia, no solo deproteger vidas Hnas, sino también las propiedades.

Los propietarios y gestores de proyectos en California,exigieron una más estrecha relación entre cumplimiento decódigos y desempeño real.

Construcción y codificación sísmica� acero

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Se creo SAC: Joint venture de:

SEAOC, ATC y CUREE (Consortium of Universities forResearch in Earthquake Engineering).

De los resultados de sus investigaciones surgieron:

• Provisiones AISC 1997.

• Suplementos a estas Provisiones en 1999 y 2000.

• FEMA 350 a 353 en 2000.

• Nuevas Provisiones de AISC en 2002.

Construcción y codificación sísmica� acero

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Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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Gran énfasis en la importancia de disipar energía. Se handesarrollado:

• Sistemas duales

• Codificación de los PAE

• Riostras de pandeo restringido

• Aislamiento en la base

• Amortiguamiento

Construcción y codificación sísmica� acero

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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Por su parte, el desarrollo de las construcciones en aceromás lento en Europa que en USA,

En 1988 el European Convention for ConstructionalSteelworks (ECCS) codificó el diseño de estructuras deacero en zonas sísmicas (Mazzolani 1 ).

En 1994 se publicó el “Manual on Design of Steel

Structures in Seismic Zones”, en el cual se basa EC8.

(1) Principles of design of seismic resistant steel structures. Proceedings of the National Conference on Metal Structures. Ljiubljana, May 1999.

Construcción y codificación sísmica� acero

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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ColombiaNSR-10

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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El cambio con respecto a NSR-98 es muy significativo.

Está actualizado con los últimos avances codificados porAISC, y es mucho más consistente.

- Hay nuevos sistemas sísmicos codificados.

- Requisitos claros (y ampliamente estudiados en Lab.)

- Una clasificación DMI, DMO y DES de varios sistemas

- Grandes avances en el diseño de construcción compuesta

El Reglamento NSR-10 � AISC-10

Requisitos buscando un comportamiento inelástico estable

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Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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El Reglamento NSR-10 � AISC-10

Sistemas sísmicos codificados:

1. PRM – DMI 2. PRM – DMO3. PRM – DES4. PCD 5. SCV – DMI6. SCV – DES

NuevoNuevoNuevo

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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El Reglamento NSR-10 � AISC-10

Grandes cambios

Pórticos arriostrados:

1. PAC-DMI.

2. PAC-DES.

3. PAE.

4. PAPR. Nuevo

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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El Reglamento NSR-10 � AISC-10

Muros de cortante de acero, MCA-DES. Nuevo Los fundamentos novedosos de NSR-10 para el diseño deestructuras de acero resistentes a sismo, sonprincipalmente:

� Comprobar jerarquía

� Diseñar conexiones precalificadas o calificarlas

NSR-10 � AISC-10

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Ensayos para calificar conexiones.

Montaje típicopara ensayo deconexiones:

Etc, etc, etc

NSR-10 – F.3 Provisiones Sísmicas Acero Gabriel Valencia Clement65

Ensayos para calificar conexiones.

NSR-10 – F.3 Provisiones Sísmicas Acero Gabriel Valencia Clement66

Foto cortesía M. Engelhardt

Ensayos para calificar conexiones.

Investigación: Universidad Nacional de ColombiaEnsayos: Escuela Colombiana de Ingeniería

Pero ante todo, para garantizar la ductilidad de lossistemas:

Diseñar los miembros diferentes al que plastifica con las acciones que libera éste, incrementadas

con los factores Cpr y Ry.

NSR-10 � AISC-10

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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Recordemos,

Fy Real

Endur. σ > Fy

Curva esfuerzo – deformación del acero

( )( )

doespecificaMiny

REaly

yF

FR =

11.F

FFC

y

yu

pr →+

=

NSR-10:

Tipo de Acero Ry Rt

Perfiles y barras laminados en calienteASTM A36/A36M 1.5 1.2ASTM A572/A572M Grade 42 (290) 1.3 1.1ASTM A992/A992M 1.1 1.1Otros … …

Secciones rectangulares huecas ASTM A500, A501, 1.4 1.3

TubosASTM A53/A53M 1.6 1.2

Plancha 1.3 1.2ASTM A36 1.3 1.2ASTM A572 … 1.1 1.2

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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Dependiendo del sistema estructural, la ductilidad se lograen diferentes miembros. En el caso de estructuras de acero:

Pórticos resistentes a momento, PRM:Vigas � plastificación por flexión

Pórticos con arriostramientos concéntricos, PAC:Riostras � plastificación por tensión

Pórticos con arriostramientos excéntricos, PAEVínculos � plastificación por cortante o por flexión

Pórticos con riostras de pandeo restringido, PAPR:Riostras � plastificación por compresión y por tensión

Muros de corte:Almas � plastificación por cortante (esf. Ppl. de tensión)

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

- 72 -

Por ejemplo, para PRM:

Es decir, se parte de que hay mecanismo

Entonces se plantea que habrá una fuerza

horizontal por sismo capaz de producir Mp en las

vigas.

( )AP

py

L

MR.V

112=⇒

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19

Las acciones que libera el miembro plastificado se puedendeterminar mediante

� Análisis de plastificación progresiva (pushover)

� Análisis basado en la formación del mecanismo plástico

� Análisis no-lineal cronológico.

Análisis

� Otro análisis inelástico.

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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NSR-10 � AISC-10

� Límites de deriva:o En general 1.43%o Edificios de 1 o 2 pisos � No se limita

Otros cambios significativos en NSR-10 para estructurasde acero:

� Análisis para estabilidad � método Análisis Directo.

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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NSR-10 � AISC-10

� Estructuras compuestas � Grandes cambios.

Desafortunadamente, para el análisis con combinaciones decarga que incluyen sismo, se sigue planteando el usoindiscriminado de R.

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

- 75 -

NSR-10 � AISC-10

En el caso de las estructuras de acero, esto se compensacon la filosofía básica del diseño de los sistemas: diseñarpara lo que libera el miembro que plastifica…

Pero en A.1.3.5 se mantiene aquello de que para lascimentaciones se trabajará con las cargas de sismoreducidas (Fs /R).

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- 76 -

Nuevastendencias

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- 77 -

Gran énfasis en la conveniencia de aislar el edificio en labase.

Tendencias actuales

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

- 78 -

Ahora bien, ese concepto de aislamiento en la base no esnuevo…

Mausoleo de Ciro.

Persia

S. VI A.C

Tendencias actuales

Así como énfasis en el uso de disipadores de energía

Pueden ser: pasivos, semiactivos, activos

Hay amortiguadores pasivos con disipación indirecta

Masa auxiliarResorte

AmortiguadorEdificio

con su propio

amortiguamiento

Se diseña para que

contrarreste Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

- 80 -

Disipadores metálicos:

Se basan en el aprovechamiento de la deformaciónplástica de piezas de acero o de aleaciones

Pudiéndose definir un comportamiento histeréticopredecible

Hace 25 siglos ya lo usaban los griegos como solución paramejorar el comportamiento sísmico de los edificios !!!

Tendencias actuales

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El Partenón, el templo de Atenea, S V a.c.,

Espigo deHierro

Tendencias actuales

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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Conectores defundición

Col

umna

Viga

Soldadurade taller

Conector de fundición

Pernosen

obra

Sin soldadurade campo

Tendencias actuales

Medio Tipo Método y Propósito Comentario

Dispositivo auxiliar de amortig/nto

Pasivo

Adicionando materiales con propiedades disipativas de energía,

para mayor amortiguamiento

AA, AJA, AP, AF, AVE, AV,

AO

Adicionando masas auxiliares para mayor amortiguamiento

ASM, ASL

Activo

Generando fuerzas de control usando efectos inerciales

AMA, AMH, EAG

Generando fuerzas de control aero-dinámicas � reducir Coef de forma

Rotores, chorros aire

Cambio rigidez para evitar resonancia ARV

AA: Amortiguador de acero – AJA: de junta de acero – AP: de plomo – AF: de fricción. AVE: visco-elástico – AV: viscoso – AO: de aceite – ASM: sincronizados con masas –ASL: sincronizados con líquidos – AMA: de masa activa – AMH: de masa híbrida –EAG: estabilizador activo de giro – ARV: activo de rigidez variable Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

- 84 -

Taylor

Tendencias actuales

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Una elegante solución del uso de amortiguadores

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

- 85 -

Millenium Bridge, Londres, 2000

Arq. N. Foster & AscIng. Arup Eng.

Fuente: FEMA 454

- 86 -Amortiguamiento del movimiento de los edificios Gabriel Valencia Clement

Sistemas activos de rigidez variable

En caso de sismo, la computadora determina en que pisos hace trabajar las unidades

Cadapiso con diferente rigidez

Se logra una óptima frecuencia

c/color = diferente k

El amortiguamiento:

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

- 87 -

Des

plaz

amie

nto,

cm

1 2

3

6

9

1 2

1 3

3

1 0 s 2 0 s 3 0 s

1 2

9

630

Tiempo

Solo amortiguamiento del edificio

Con amortiguamiento adicional

El amortiguamiento

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

- 88 -

35

30

25

20

15

10

5

00 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

ξ = 0%

5%

20%

Período T, (s)

Ace

lera

ción

esp

ectra

l, (m

/s)

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Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

- 89 -

3. Actuales y futurasaproximaciones

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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Algunas áreas de trabajo, según lo propone J. Malley (TheAISC Seismic Provisions, NASCC, 2009),

- Incrementar el uso de aceros de alta resistencia, así como concretos de alta resistencia en construcción compuesta.

- Nuevos sistemas estructurales

- Mejoras en diseño y detallado de conexiones.

- Mejor definición de las demandas en los elementos que controlan la capacidad.

- Requisitos más completos para construcción compuesta

Actuales y futuras aproximaciones

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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Conexiones compuestas como por ejemplo:

Actuales y futuras aproximaciones

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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Cada día se hace más necesaria, no solamente laprotección de la vida humana, sino la de la estructura.

Los dueños buscan que los costos de reparación sean losmenores posibles.

Recientemente se ha acuñado el término

Construcciones resilientes

Y justamente, el que muchas edificaciones permanezcan enpie tras el evento, es clave para lograr esa resiliencia.

Actuales y futuras aproximaciones

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Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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Los caminos a seguir incluyen:

- Definición de nuevos sistemas, y demostración de sucomportamiento. FEMA 695 y ATC 63 � 2009, hanestablecido criterios al respecto.

- Amortiguamiento y aislamiento en la base. Mientrasmenor la energía que deba absorber la estructura,menores serán los daños de elementos estructurales yno estructurales.

- Sistemas autocentrantes. En algunos casos, loselementos de auto-centrado aprovechan la gravedad através de balanceo controlado de los pórticos

Actuales y futuras aproximacionesAutocentrantes,

Se presenta separación de elementos en juntas

seleccionadas

Fuerzas elásticas restauradoras con cables

postensionados

Autocentrantes,

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- 96 -

- Sistemas con fusibles reemplazables. En los que loselementos disipadores � fusibles, sean reemplazablescon costo moderado.

- Sistemas combinados. Mediante análisis inelásticospuede identificarse el grado de deformación inelásticade c/zona ⇒ diseñar en un mismo PRM, pj, unasconexiones sísmicas y otras no.

- Diseño inelástico. Tarde o temprano este análisis seimpondrá. Ya AISC-2010 plantea los requisitos paratrabajarlo.

Actuales y futuras aproximaciones

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4. Ejemplo

Proceso de plastificación progresiva:

Consideraciones sobre el factor R Gabriel Valencia Clement

6.0

5.0

4.0

3.0

2.0

1.0

0.00 20 40 60 80 100 120 140 160

Desplazamiento a nivel cubierta (mm)

Cor

tant

eba

sal,

(Nx1

06 )

Comportamiento inelástico

Comportamiento elástico

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- 98 -

Métodos como el del espectro de capacidad

Desplazamiento espectral, mm

Ace

lera

ción

esp

ectra

l, g

Espectro de respuesta elástica(ξ = 5%)

Espectro de capacidad

Que permiten considerar el amortiguamiento histerético, etc.

Actuales y futuras aproximaciones

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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Durante la última década se ha trabajado en propuestassobre diseño sísmico basado en desempeño (DSBD).

Se pretende conseguir un riesgo de colapso limitado.

El avance en las herramientas de análisis (software), permitepredecir con buen grado de aproximación, la respuestainelástica de la estructura.

Con el DSBD se busca diseñar un edificio que satisfaga uncomportamiento deseado para una excitación sísmica dada.

Actuales y futuras aproximaciones

Diseño sísmico de acero: pasado, presente y futuro - Gabriel Valencia Clement

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Disminuir los conflictos entre lo que se intenta hacer, lasexpectativas y el desempeño real.

Cada vez más, las expectativas de la sociedad con respectoal comportamiento sísmico de las edificaciones, sonmayores,

Y los ingenieros estructurales deben estar en capacidad deresponder a esas expectativas.

Actuales y futuras aproximaciones

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4. PropuestaGenial

Construir deformado

Nunotani Office building, Tokyo,

Architect: Peter Eisenman 1998

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Solución: construir deformado

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Centrum Rezydent, Sopot, Polonia

¡Gracias por su atención!

104El Diseño Estructural como Arte Gabriel Valencia Clement

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