Diseño Del Pórtico Final

DISEO DE PRTICO EXCNTRICAMENTE ARRIOSTRADO DISEO EN ACERO Y MADERA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTN FACULTAD DE INGENIERA CIVIL

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Contenido

1. INTRODUCCIN ................................................................................................... 3

2. OBJETIVOS .......................................................................................................... 4

3. MARCO TERICO ................................................................................................ 5

3.1. INTRODUCCIN ........................................................................................................ 5

3.2. FILOSOFA DE DISEO DE LOS PRTICOS CON ARRIOSTRAMIENTOS

EXCNTRICOS .................................................................................................................... 14

3.3. ELEMENTOS SOLICITADOS A TRACCIN ....................................................... 15

3.4. ELEMENTOS SOLICITADOS A COMPRESIN ................................................ 15

3.5. MIEMBROS EN FLEXIN Y FLEXO-COMPRESIN ........................................ 16

3.6. CONEXIONES SOLDADAS ................................................................................... 17

CONEXIONES, JUNTAS Y CONECTORES ............................................................... 17

SOLDADURA DE RANURA ........................................................................................... 18

SOLDADURA DE FILETE ............................................................................................... 18

3.7. CONEXIONES APERNADAS ................................................................................ 20

4. DISEO DEL PRTICO ...................................................................................... 21

4.1. CONFORMACION DEL PRTICO ....................................................................... 21

4.2. PROPIEDADES DE LOS PERFILES .................................................................... 24

4.2.1. PERFILES DE COLUMNA Y ARRIOSTRE .................................................. 24

4.2.2. PERFIL DE VIGA .............................................................................................. 26

4.3. COMPORTAMIENTO BASICO DE PORTICOS EXCENTRICAMENTE

ARRIOSTRADOS ................................................................................................................. 28

4.4. PREDICCION DE FALLA DEL PORTICO ............................................................ 30

4.5. ANGULO DE ROTACION DEL LINK O ANGULO INELASTICO ..................... 31

4.6. PREDICCION DE DERIVA TOTAL DEL PORTICO SEGN EL ANGULO DE

ROTACION DEL LINK ........................................................................................................................ 31

5.PROCESO DE FABRICACION DEL PORTICO ARRIOSTRADO

EXCENTRICAMENTE ................................................................................................ 32

5.1.MATERIALES DE TRABAJO PARA EMSAMBLAR EL PORTICO

EXCENTRICO ....................................................................................................................... 32

5.2.PROCESO DE ENSAMBLAJE ................................................................................... 34

5.2.1.PROCESO CONSTRUCTIVO SOLDADOR 1: ................................................. 34

6.ENSAYO DEL PRTICO ........................................................................................ 40



2

6.1.EQUIPO UTILIZADO .................................................................................................... 40

6.2.PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO ............................................................................. 41

7.1. CAPACIDAD DE ROTACIN DEL LINK ............................................................ 47

8. CONCLUSIONES ................................................................................................ 48

9. RECOMENDACIONES ........................................................................................ 50

10. ANEXOS ............................................................................................................. 51

10.1. DETALLE GENERAL DEL PORTICO (AUTOCAD 3D) ................................ 51

10.2. DETALLE DE PLACA DE BASE Y CARTELAS DE LAS COLUMNAS

ARRIOSTRES (AUTOCAD 3D) ......................................................................................... 52

10.3. DETALLE DE UNION ARRIOSTRE VIGA (AUTOCAD 3D) ..................... 53

10.4. DETALLE DE LINK Y UNION COLUMNA VIGA (AUTOCAD 3D Y

STRUCTURAL DETAILING) .............................................................................................. 54

10.5. SIMULACION DEL PORTICO EXCENTRICO EN EL PROGRAMA

SAP2000 ................................................................................................................................ 55



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1. INTRODUCCIN

La finalidad de la ingeniera es concebir estructuras que sean seguras, resistentes y

duraderas, con el fin de garantizar la integridad de las personas ante eventos

inesperados. Por lo anterior, se han desarrollado diversas tcnicas de control,

destacndose las riostras metlicas restringidas contra pandeo, que surgen en Japn a

mediados de los aos 80.

Entre las ventajas que tienen estos dispositivos de control de respuesta ssmica estn

los menores costos asociados, al ser ms verstiles, ms fciles de transportar y de

instalar y ms asequibles en comparacin con otras tcnicas de control de respuesta.

El trabajo realizado a continuacin consiste en verificar el comportamiento no lineal

del arrostramiento del prtico de acero estructural, que por teora se sabe fallara por

corte o flexin. se ejecut gracias al aporte del taller de soldadura de la universidad

Nacional de San Agustin por los autores en mencin anterior con el apoyo del ing. Fidel

Copa Pineda.

Entre los software los cuales se aplicaron en el desarrollo de las diferentes etapas del

diseo son : el ETAPS v9.1 para el diseo de prtico o el SAP2000 v.16 para el anlisis

de estructuras

Tericamente ahora ya sabemos la fuerza al cual el material se mantiene en el rango

elstico a partir del incremento de esta fuerza de fluencia el material pasara al estado

plstico y posteriormente tendera a fallar llegando a su punto de rotura en el diagrama

esfuerzo deformacin



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2. OBJETIVOS

2.1.-0BJETIVOS GENERALES:

Construir un prtico arriostrado excntrico a escala y ver el tipo de falla

que se produce al aplicarle una carga horizontal de los esfuerzos,

deflexiones. Verificando el comportamiento no lineal de dicho prtico.

Trazo general de la prtico

Estudio de las formas estructurales posibles y las condiciones de carga

Proporcionar las condiciones ideales para la realizacin del ensayo.

2.2.-OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Estimar la resistencia a la carga lateral del prtico en estudio

Determinando las fuerzas lmites para pandeo, fluencia.

Comparar los resultados del sap2000 con lo obtenidos al realizar los

ensayos

Determinar las ventajas y desventajas de este tipo de arriostramiento

Costo: Abaratar costos de la construccin sin sacrificar la resistencia.

Factibilidad: Facilidad de fabricarse y montaje.



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3. MARCO TERICO

3.1. INTRODUCCIN

Los metales y las aleaciones empleados en la industria y en la construccin pueden

dividirse en dos grupos principales: Materiales FERROSOS y NO FERROSOS. Ferroso

viene de la palabra Ferrum que los romanos empleaban para el fierro o hierro. Por lo

tanto, los materiales ferrosos son aquellos que contienen hierro como su ingrediente

principal; es decir, las numerosas calidades del hierro y el acero.

Los materiales No Ferrosos no contienen hierro. Estos incluyen el aluminio, magnesio,

zinc, cobre, plomo y otros elementos metlicos. Las aleaciones el latn y el bronce, son

una combinacin de algunos de estos metales No Ferrosos y se les denomina

Aleaciones No Ferrosas. Uno de los materiales de fabricacin y construccin ms

verstil, ms adaptable y ms ampliamente usado es el ACERO. A un precio

relativamente bajo, el acero combina la resistencia y la posibilidad de ser trabajado, lo

que se presta para fabricaciones mediante muchos mtodos. Adems, sus propiedades

pueden ser manejadas de acuerdo a las necesidades especficas mediante

tratamientos con calor, trabajo mecnico, o mediante aleaciones

Los prticos arriostrados excntricamente, adecuadamente diseados, se caracterizan por desarrollar una respuesta dctil y estable. En este sistema estructural, las fuerzas axiales inducidas en las riostras son transferidas mediante esfuerzos de corte y flexin en segmentos de reducida longitud, llamados enlaces o links, donde se disipa energa por fluencia del acero. Los enlaces representan "fusibles estructurales", los cuales deben detallarse adecuadamente para evitar que el pandeo local y otros fenmenos de inestabilidad degraden la respuesta. Los restantes componentes del prtico (vigas fuera de la zona de enlace, columnas, conexiones) se dimensionan aplicando conceptos del diseo por capacidad para asegurar que permanecen en rango elstico. En las secciones siguientes se presentas los aspectos ms relevantes del comportamiento estructural de los prticos arriostrados excntricamente y, en particular, de las zonas de enlace y conexiones. Se analizan tambin los requerimientos de diseo de acuerdo a las especificaciones AISC 341-05.



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CONSIDERACIONES ESTRUCTURALES

Configuracin geomtrica Las riostras pueden disponerse en distintas configuraciones, para lo cual es necesario considerar no slo aspectos estructurales, sino tambin funcionales, arquitectnicos, etc., en forma similar al caso de prticos arriostrados concntricamente (Seccin 4.3.1). La Figura 5.1 ilustra dos configuraciones tpicas de uso frecuente en edificios y construcciones industriales. En el caso (a) se utilizan arriostramiento en V-invertida y el enlace, o zona dctil, se genera en la parte central de la viga, con lo cual se simplifica el diseo de las conexiones. La situacin contraria se presenta en el caso (b), donde el enlace se encuentra adyacente a una conexin viga-columna. Esta conexin debe disearse para resistir los elevados esfuerzos que se generan en el enlace adyacente. Adems, debe considerarse que en este caso los momentos flectores en ambos extremos del enlace pueden ser diferentes, debido a que la rigidez flexional de las barras que llegan a cada extremos es diferente.



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Rigidez lateral La rigidez lateral de los prticos arriostrados excntricamente depende significativamente de la longitud del enlace (ver Figura 5-1). Cuando dicha longitud es muy reducida, en relacin a la longitud total de la viga, la rigidez lateral de la estructura es elevada y se aproxima a la de un prtico arriostrado concntricamente, mientras que si la longitud del enlace es grande, la rigidez lateral disminuye y es similar a la de un prtico no arriostrado. El efecto de la longitud del enlace sobre la rigidez lateral fue estudiado por Hjelmstad y Popov (1984) y los resultados obtenidos se muestran en la Figura 5-4, para distintos casos de relacin altura-longitud, h/L, y considerando que la relacin entre el momento de inercia de la viga y de la columnas es Ib/Ic=0.25. A los efectos de la comparacin de resultados, en todos los casos la rigidez relativa se determina dividiendo la rigidez lateral del prtico arriostrado excntricamente por la rigidez del mismo prtico sin arriostrar. Puede observarse que si la longitud del enlace relativa, e/L, se adopta entre 0.1 y 0.15, la rigidez del prtico arriostrado excntricamente es elevada; para valores mayores de e, las riostras pierden efectividad y la rigidez decae rpidamente.



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En el mismo estudio, se evalu tambin la influencia de la rigidez relativa entre viga y columna, medida a travs de la relacin Ib/Ic. En la Figura 5-5 se presentan los resultados en forma similar a los grficos previos, considerando un prtico con arriostramiento diagonal simple y tres valores diferentes para dicha relacin. Los resultados indican que la rigidez lateral se incrementa significativamente a medida que aumenta la relacin Ib/Ic. El efecto de esta variable es ms pronunciado para el caso de que la longitud del enlace es relativamente reducida.

Comportamiento estructural del enlace El enlace est sometido a elevados esfuerzos de flexin y corte (ver Figura 5-6) por efecto de la accin ssmica; la relacin entre dichos esfuerzos determina el comportamiento del enlace. A medida que los esfuerzos internos en el enlace se incrementan como consecuencia de la accin ssmica, se pueden desarrollar rtulas plsticas (debido a la flexin) en los extremos o, alternativamente, se puede formar una rtula de corte, con la fluencia del alma debido a dicho esfuerzo. A los efectos de clasificar los enlaces de acuerdo con su comportamiento estructural, se define la condicin de fluencia balanceada cuando se produce simultneamente la plastificacin por flexin y la rtula de corte. A partir de consideraciones de equilibrio (ver diagrama de cuerpo libre en Figura 5-7), se deduce que esta situacin ocurre cuando la longitud del enlace es:

=2

(5-1)

Donde Mp es el momento de plastificacin del enlace y Vp la resistencia corte correspondiente al estado lmite de fluencia del alma:

= 0.6 (5-2)

Donde:

= ( 2) (5-3) tf es el espesor del ala y tw el del alma. La Ecuacin 5-2 no considera el efecto de la carga axial que puede reducir la resistencia a corte del enlace. A partir de la condicin de fluencia balanceada se pueden definir los enlaces cortos (e eo) como aquellos en donde se producir una rtula de corte, mientras que en los enlaces largos (e eo) se formarn rtulas plsticas por flexin (Kasai y Popov, 1986a y 1986b).



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Sin embargo, los resultados experimentales indican que la Ecuacin 5-3, deducida a partir de condiciones de equilibrio, no refleja adecuadamente el comportamiento no lineal. Los enlaces cortos con rigidizadores verticales pueden desarrollar una capacidad a corte de 1.5 Vp, debido, principalmente, al endurecimiento de posfluencia. Adems, es recomendable que el momento en los extremos no exceda el valor 1.2 Mp, para evitar problemas de fractura por fatiga de bajo ciclaje. Por estas razones, la condicin para definir los enlaces cortos se modifica:

2 (1.2)

1.5

=1.6

(5-4)

Con igual criterio, los resultados experimentales indican que las rtulas plsticas por flexin se producen en los extremos del enlace cuando:

1.6

(5-5)

En los casos en que la longitud del enlace est comprendida entre los lmites definidos por las Ecuaciones 5-4 y 5-5, los enlaces tienen un comportamiento intermedio, con fluencia por flexin y corte. La clasificacin de los enlaces se representa grficamente en la Figura 5-8. Se incluye en dicha figura el diagrama de interaccin M-V adoptado para los enlaces, bajo la hiptesis de que ambas variables, M y V, son independientes. En la realidad esto no es estrictamente vlido, sin embargo, los ensayos realizados indican que la interaccin es muy dbil y puede ser despreciada a los efectos del diseo.



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Usualmente, los enlaces se disean con longitudes reducidas para que funcionen como enlaces cortos, esto es, para inducir la formacin de rtulas de corte. Los datos experimentales y los resultados de estudios analticos muestran la conveniencia de este tipo de enlace, debido principalmente a que la fluencia se distribuye en forma ms o menos uniforme en toda el alma. Es por ello que la concentracin de deformacin plstica es menor que las que se originan en enlaces largos, donde la falla se produce normalmente por fractura del acero en las alas. No obstante ello, el uso de enlaces largos est permitido, dado que puede resultar necesario en ciertos casos donde existen requerimientos arquitectnicos o funcionales especiales.

Resistencia del enlace La determinacin de la resistencia de diseo a corte del enlace se realiza adoptando el menor valor que surge de considerar los estados lmites de fluencia por corte en el alma y plastificacin por flexin e incluyendo el efecto negativo de la carga axial (que reduce la resistencia):

donde v es el factor de resistencia a corte, Pu es la resistencia axial requerida y Py la resistencia axial nominal. En los casos de que la carga axial en el enlace es reducida, esto es Pu 0.15 Py, el efecto de la carga axial puede despreciarse al evaluar la resistencia del enlace a partir de las Ecuaciones 5-6 y 5-7. Es importante mencionar que, en el caso de enlaces vinculados a losas de hormign armado, la interaccin de la seccin compuesta acero-hormign puede incrementar significativamente la resistencia a corte del enlace. Sin embargo, este efecto se degrada rpidamente a medida que la estructura se deforma cclicamente en rango inelstico, como resultado del dao localizado en la losa de hormign. Es por ello que este efecto puede despreciarse a los efectos de evaluar la resistencia de diseo del enlace, si bien es recomendable considerar la sobrerresistencia resultante de la accin compuesta acero-hormign para determinar las mximas demandas que se generan sobre los restantes componentes estructurales (columnas, riostras, conexiones, etc). El refuerzo del alma mediante placas adicionales (doubler plates) no est permitido porque dichos refuerzos no participan completamente en el proceso de disipacin de energa por deformaciones plsticas. Debe considerarse, adems, que las penetraciones o perforaciones en la zona del enlace tampoco estn permitidas, debido a que afectan negativamente el comportamiento estructural (ver comentarios de las especificaciones AISC 341-05).



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Deformacin inelstica del enlace La deformacin inelstica en el enlace es un parmetro de significativa importancia en el diseo, siendo necesario controlar los valores mximos esperados en un sismo severo a los efectos de asegurar una respuesta adecuada. La deformacin inelstica puede cuantificarse mediante el ngulo de rotacin plstica, p, entre el enlace y el tramo de viga adyacente a l. Si bien pueden aplicarse procedimientos de anlisis no lineal para determinar el valor de p, resulta prctico para el diseo evaluar dicha deformacin a partir de un mecanismo rgido-plstico, como se indica en la Figura 5-10 para tres configuraciones diferentes de prticos arriostrados excntricamente. En los dos primeros casos, esto es cuando la viga tiene un enlace, la rotacin del enlace se determina como:

=

(5-8)

Y para el caso de viga con dos enlaces:

=

2 (5-9)

Mediante este procedimiento simplificado puede estimarse en forma conservadora la demanda de deformacin inelstica en el enlace en funcin de la distorsin de piso, p=p/h, y de parmetros geomtricos como la longitud del vano, L, y la longitud de enlace, e.



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Las Ecuaciones 5-8 y 5-9 indican que la demanda de rotacin plstica en el enlace crece a medida que disminuye la relacin e/L. Esta variacin se presenta en la Figura 5-11, para el caso de prticos con un enlace en la viga (casos (a) y (b) de la Figura 5-10). Se observa que en enlaces cortos, en relacin a la longitud total de la viga, la rotacin plstica puede ser varias veces mayor que la distorsin lateral de piso inducida por la accin ssmica. Las especificaciones de diseo requieren que la demanda de rotacin en el enlace no exceda ciertos valores admisibles, con el objeto de evitar deformaciones excesivas que pueden afectar la respuesta dctil del enlace y, por ende, de toda la estructura. Los resultados experimentales indican que la capacidad de deformacin inelstica del enlace depende significativamente del comportamiento esperado. Los enlaces cortos experimentan fluencia por bajo la accin de esfuerzos de corte de valor constante en toda el alma (ver Figura 5-6), mientras que en los enlaces largos la deformacin plstica del acero se concentra en los extremos, donde se producen los momentos flectores mximos. Es por ello que los enlaces cortos disponen de una mayor capacidad de deformacin. Acorde a estas observaciones, las especificaciones AISC 341-05 indican que la rotacin del enlace, correspondiente a la distorsin de piso de diseo, no debe exceder los siguientes valores: 0.08 para enlaces cortos, e 1.6 Mp/Vp 0.02 para enlaces largos, e 2.6 Mp/Vp En el caso de enlaces intermedios se puede interpolar linealmente para determinar el valor de la rotacin admisible. Este criterio se grafica en la Figura 5-12.

Los datos obtenidos de estudios analticos y experimentales muestran que la mxima demanda de rotacin inelstica se produce, usualmente, en los enlaces del piso inferior. La demanda de rotacin tiende a disminuir en los pisos superiores y, en general, a medida que aumenta el periodo de vibracin del edificio.



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En estructuras ubicadas en zonas de alta sismicidad, es recomendable realizar un diseo conservador de los enlaces en los pisos inferiores, por ejemplo, aumentando un 10% la resistencia a corte disponible en dichos enlaces (ver comentarios de las especificaciones AISC 341-05).

Resistencia lateral del prtico Al igual que las deformaciones inelsticas, la resistencia lateral del prtico arriostrado excntricamente puede determinarse mediante distintas herramientas de anlisis nolineal. Dichas herramientas de clculo, si bien se desarrollaron y se aplicaron en mbitos acadmicos, en la actualidad su uso se ha extendido al diseo de estructuras en la prctica profesional. No obstante ello, resulta de inters obtener algunas conclusiones generales que surge de aplicar el anlisis plstico para estimar la resistencia lateral del prtico. Por ejemplo, si para el caso ilustrado en la Figura 5-10 (a), se iguala el trabajo externo con el trabajo interno desarrollado en los enlaces, bajo la hiptesis de comportamiento rigido plstico, se tiene que la resistencia lateral FE es:

=

(5-10)

El valor de Vp en la ecuacin previa depende del tipo de enlace. En el caso de enlaces cortos, la respuesta estructural est controlada por el mecanismo de fluencia por corte del alma y la resistencia lateral del prtico FE es independiente de la longitud del enlace. Por el contrario, si se disean enlaces largos, controla la plastificacin en flexin y la resistencia lateral FE decrece en forma inversamente proporcional a la longitud del enlace.



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3.2. FILOSOFA DE DISEO DE LOS PRTICOS CON

ARRIOSTRAMIENTOS EXCNTRICOS

Restringir la cedencia en la viga eslabn o eslabn (link) diseada por capacidad. Es decir, los eslabones son dimensionados y detallados para las fuerzas ssmicas establecidas por la Norma, mientras que los otros miembros (arriostramientos, columnas y vigas colectoras) se disean para las fuerzas y las tensiones de endurecimiento de los eslabones (capacidad del eslabn). Las deformaciones post-cedencia del eslabn se deben a cedencia por flexin, cedencia por corte o una combinacin de las dos.

Las vigas de enlace se disearn para la cedencia por corte que es un mecanismo efectivo de absorcin y disipacin de energa.



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3.3. ELEMENTOS SOLICITADOS A TRACCIN

Los miembros en traccin son miembros estructurales que estn solicitados a fuerza

de tensin axial.

Miembros en sistemas reticulados tipo cercha.

Sistemas de arriostramientos en estructuras para resistir las fuerzas laterales

impuestas por explosiones, viento o sismo.

Tensores, barras o cables en puentes de suspensin.

3.4. ELEMENTOS SOLICITADOS A COMPRESIN

La compresin ocurre cuando dos fuerzas actan en la misma direccin y sentido

contrario haciendo que el elemento se acorte y se deforme.



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Cada pieza falla bajo diferente magnitud de carga. La cantidad de carga bajo la cual

falla un elemento en compresin depende del tipo de material, la forma del elemento

y la longitud de la pieza. El problema es que si se presionan dos extremos de una barra

delgada la misma no permanece recta, se acorta y se flexiona fuera de su eje

(PANDEO).

Los miembros en compresin, tales como las columnas, estn sujetas principalmente a

carga axiales. Entonces, las tensiones principales en un miembro comprimido son las

tensiones normales. La falla de un miembro en compresin, tiene que ver con la

resistencia, la rigidez del material y la geometra (relacin de esbeltez) del miembro. La

consideracin de columna corta, intermedia o larga depende de estos factores.

3.5. MIEMBROS EN FLEXIN Y FLEXO-COMPRESIN

Este captulo, dividido en dos partes, presenta en la primera parte los conceptos

principales del comportamiento y diseo de miembros de acero solicitados a tensiones

de flexin: se definen los miembros en flexin, se ilustran sus principales usos en

estructuras de acero, se describe su comportamiento, se presentan sus propiedades

geomtricas relevantes, y se indican sus modos de falla y requisitos de diseo

asociados a estos modos.

Casi todos los miembros de una estructura estn solicitados a una combinacin de

momento y carga axial. Cuando la magnitud de alguna de ellas es relativamente

pequea, su efecto se desprecia y el miembro se disea como una viga, una columna

axialmente cargada o un miembro a traccin. En muchas situaciones ningn efecto

puede despreciarse y el diseo debe considerar el comportamiento del miembro bajo

carga combinada, ste diseo se presenta en la segunda parte de ste captulo.

Como la flexin forma parte del juego, todos los factores considerados en ella aplican,

particularmente los relacionados con estabilidad (pandeo lateral-torsional y pandeo

local de miembros a compresin).

Cuando la flexin se combina con traccin axial, se reduce la posibilidad de

inestabilidad y la cedencia usualmente gobierna el diseo.



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Para el caso de flexin combinada con compresin axial se incrementa la posibilidad de

inestabilidad; adems cuando est presente la compresin axial, aparece un momento

flector secundario, igual a la fuerza de compresin por el desplazamiento, la cual a su

vez es funcin de la magnitud del momento.

3.6. CONEXIONES SOLDADAS

CONEXIONES, JUNTAS Y CONECTORES

Cada estructura es un ensamblaje de partes o miembros individuales que deben ser

unidos de alguna manera, usualmente en sus extremos. La soldadura es una de esas

maneras y la otra es por medio de pasadores, como remaches o pernos. Una conexin

es el conjunto de elementos que unen cada miembro estructural a la junta: placas o

ngulos por patines o alma, soldaduras, tornillos. Una junta es la zona completa de

interseccin de los miembros estructurales. En la

mayora de los casos, esta zona es la parte de la

columna que queda comprendida entre los planos

horizontales que pasan por los bordes superior e

inferior de la viga de mayor peralte, incluyendo

atiesadores y placas de refuerzo del alma, cuando

los haya. Se conoce como soldadura el proceso de

unin de partes metlicas mediante la aplicacin

de calor con o sin adicin de otro metal fundido



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Existen dos procedimientos generales de soldadura: soldadura con gas y soldadura

por arco elctrico. En las edificaciones de acero, casi toda la soldadura estructural es

por arco.

SOLDADURA DE RANURA

Cuando la penetracin es completa y las soldaduras de ranura estn sujetas a traccin o compresin axial el esfuerzo en la soldadura se calcula dividiendo la carga entre el rea neta de la soldadura.

El refuerzo es metal de aportacin que hace mayor la dimensin de la garganta que la del espesor del material soldado y se utilizan para aportar cierta resistencia adicional ya que contrarresta los poros y otras irregularidades y porque al soldador se le facilita realizar una soldadura un poco ms gruesa que el material soldado. Las soldaduras de ranura se usan cuando los miembros que se conectan estn alineados en el mismo plano y las uniones estn normalmente sujetas a esfuerzos directos de traccin o compresin. Ofrece mayor resistencia que la de filete; sin embargo la mayora delas uniones estructurales soldadas deben resolverse a filete.

SOLDADURA DE FILETE

Los cordones de soldadura a filete A estn cargados en corte longitudinal y el cordn B est cargado en corte transversal. Si se incrementa la fuerza Ru hasta que exceda la resistencia de las soldaduras, la ruptura ocurrir en los planos de menor resistencia. Se asume que esto sucede en la garganta de la soldadura donde se presenta la menor rea transversal.



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Pruebas de soldadura a filete utilizando electrodos compatibles han demostrado que la soldadura falla a travs de su garganta efectiva antes que el material falle a lo largo del lado del cordn.

Las soldaduras de filete son ms resistentes a la traccin y a la compresin que al

corte, de manera que los esfuerzos determinantes son los de corte. Este tipo de

soldadura falla por corte en un ngulo de aproximadamente 45 grados a travs de la

garganta.

La dimensin efectiva de la garganta de una soldadura de filete es, nominalmente, la

distancia ms corta desde la raz a la cara de la soldadura. Si se asume que la soldadura

de filete tiene lados iguales de tamao nominal a, la garganta efectiva es igual a

0.707a. Si la soldadura a filete se disea para ser asimtrica (una situacin rara), con

lados desiguales, el valor de te debe calcularse de la forma de la soldadura. LRFD

modifica las dimensiones efectivas de la garganta para cordones de soldadura a filete

hechos con el proceso de arco sumergido (SAW), para tomar en cuenta la calidad

superior de dichas soldaduras:

Para cordones de soldadura a filete con el tamao nominal menor o igual a 3/8 (10

mm), la dimensin efectiva de la garganta se tomar igual al tamao nominal w.

Para cordones con tamao nominal mayor que 3/8 la dimensin efectiva de la

garganta se tomar como 0.707w + 2.8 mm (0.11 in).



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3.7. CONEXIONES APERNADAS

Las conexiones apernadas presentan ciertas caractersticas que las hacen ms o menos

apropiadas dependiendo de la aplicacin. Las principales ventajas de las conexiones

apernadas estn en la rapidez de ejecucin, el bajo nivel de calificacin requerido para

construirlas, la facilidad de inspeccin y reemplazo de partes daadas y la mayor

calidad que se obtiene al hacerlas en obra comparadas con conexiones soldadas. Entre

las desventajas se pueden mencionar el mayor trabajo requerido en taller, lo que

puede significar un costo ms alto: el mayor cuidado requerido en la elaboracin de los

detalles de conexin para evitar errores en la fabricacin y montaje; la mayor precisin

requerida en la geometra, para evitar interferencias entre conectores en distintos

planos; el peso mayor de la estructura, debido a los miembros de conexin y los

conectores y, el menor amortiguamiento.

Las fallas en las conexiones deben ser dctiles (deslizamientos de pernos, cedencia en

el acero, pandeo local menor) y no frgiles (pandeo local severo que conduce a

fracturas prematuras por fatiga de bajo ciclaje: fractura de los pernos o la soldadura y

fractura de la seccin de acero). La secuencia jerrquica de las fallas deseables en

conexiones es la indicada en la siguiente tabla:



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4. DISEO DEL PRTICO

4.1. CONFORMACION DEL PRTICO

PROCESO DE FABRICACION DEL PORTICO

MATERIALES.

PLATINAS DE ACERO PLATINAS DE ACERO

PERFIL TUBULAR PLACA DE

ACERO



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MAQUINA DE SOLDAR DISCO PULIDOR

COMBO, CINTA

METRICA, ETC DISCO DE CORTE

PERNOS PINTURA



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Aspectos Preliminares:

Conjuntamente con la investigacin de los antecedentes histricos de los ensayos

realizados, de anteriores promociones, y la cotizacin de los perfiles, que se

encuentran en el mercado, se estableci los perfiles a usarse, y posteriormente se

analiz el prtico conformado por dichos perfiles, mediante la conducta del link,

adems se utiliz el programa del SAP2000 como instrumento de apoyo para

determinar si los perfiles estaban sobredimensionados; dichos anlisis se mostraran

mas adelante.



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4.2. PROPIEDADES DE LOS PERFILES

4.2.1. PERFILES DE COLUMNA Y ARRIOSTRE

Mdulo de Elasticidad

Tensin de Fluencia (Acero ASTM

a-36)- Especificacion de Aceros

Arequipa

Peso Especfico del Acero

Constante, Mtodo LRFD

E 2100tonf

cm2

:=

Fy 50ksi:=

7850kgf

m3

:=

0.3:=

GE

2 1 +( )1.042 10

4 ksi=:=

PROPIEDADES DE LOS PERFILES ESTRUCTURALES

Designacion 2"X 2.58 lb/ft

Ancho de ala: bf 2in:= Altura del perfil d 2in:=

Espesor de ala: tf3

16in:= Espesor del alma: tc

3

16in:=

Propiedades de la columna y arriostre

d 2 in=Ancho de ala: bf 2 in= Altura del perfil

tf 0.187 in= tw 2 tc 0.375 in=:=Espesor de ala: Espesor del alma:

Distancia libre entre alas: h d 2tf-:= h 1.625 in= h 4.127 cm=

Distancia entre centroides de alas: h0 d tf-:= h0 1.812 in= h0 4.604 cm=

Ancho efectivo del ala: b 0.5bf:= b 1 in= b 2.54 cm=

Area de la seccion transversal

del perfil:

A 2 bf tf( ) h tw+:= A 1.359 in2

= A 8.77 cm2

=

Relacion espesor del alma con

el espesor del ala

rtw

tf:= r 2=

Momento de Inercia segun x-x x

bf d3

bf tw-( ) h3

-

12:= x 31.311 cm

4=



25

Momento de Inercia segun y-y y

2 tf bf3

h tw3

+

12:= y 10.703 cm

4=

Modulo plastico segun x-x x bf tf h tf+( ) tw h

2

4+:= x 15.19 cm

3=

Modulo plastico segun y-y y tf

bf2

2

h tw2

4+:= y 7.081 cm

3=

Constante torsional de la seccion: J2 bf tf

3

h tf+( ) tw

3+

3:= J 1.692 cm

4=

Constante de alabeo: Cw

tf bf3

h tf+( )2

24:= Cw 55.14 cm

6=

Modulo elastico referido al ala

traccionada o comprimida segun x-x

Sx

2x

d:= Sx 12.33 cm

3=


traccionada o comprimida segun y-y

Sy

2 y

bf

:= Sy 4.21 cm3

=

Radio de giro del ala comprimida

de un perfil en flexion:

ia

d y

2 Sx:= ia 1.49 cm=

Radio de giro ficticio torsional: it

bf tf

d:= it 0.476 cm=

Factor de pandeo lateral: X1

Sx

E G J A

2:=

X1 8.201 105

kgf

cm2

=

Radio de giro segun x-x. rx

x

A:= rx 1.89 cm=

Radio de giro segun y-y. ry

y

A:= ry 1.105 cm=



26

4.2.2. PERFIL DE VIGA

PERFIL DE VIGA

Modulo de Elasticidad: E 2100tonf

cm2

:=

Tension de Fluencia del Acero

ASTM A36:

Fy 36ksi:=

Peso Especifico del

Acero:

7850kgf

m3

:=

Por el metodo LRFD 0.3:=

GE

2 1 +( ):=

Propiedades del Perfil

Platinas para conformar el perfil W

Ancho de ala: bf 2in:= Altura del perfil d 2in:=

Espesor de ala: tf1

4in:= Espesor del alma: tw

3

16in:=

Distancia libre entre alas: h d 2tf-:= h 1.5 in= h 3.81 cm=

Distancia entre centroides de alas: h0 d tf-:= h0 1.75 in= h0 4.445 cm=

Ancho efectivo del ala: b 0.5bf:= b 1 in= b 2.54 cm=

Area de la seccion transversal

del perfil:

A 2 bf tf( ) h tw+:= A 1.281 in2

= A 8.266 cm2

=

Relacion espesor del alma con

el espesor del ala

rtw

tf

:= r 0.75=

Momento de Inercia segun x-x x

bf d3

bf tw-( ) h3

-

12:= x 34.279 cm

4=

Momento de Inercia segun y-y y

2 tf bf3

h tw3

+

12:= y 13.909 cm

4=



27

Modulo plastico segun x-x x bf tf h tf+( ) tw h

2

4+:= x 16.07 cm

3=

Modulo plastico segun y-y y tf

bf2

2

h tw2

4+:= y 8.41 cm

3=

Constante torsional de la seccion: J2 bf tf

3

h tf+( ) tw

3+

3:= J 1.027 cm

4=

Constante de alabeo: Cw

tf bf3

h tf+( )2

24:= Cw 68.53 cm

6=


traccionada o comprimida segun x-x

Sx

2x

d:= Sx 13.5 cm

3=


traccionada o comprimida segun y-y

Sy

2 y

bf

:= Sy 5.48 cm3

=

Radio de giro del ala comprimida

de un perfil en flexion:

ia

d y

2 Sx:= ia 1.62 cm=

Radio de giro ficticio torsional: it

bf tf

d:= it 0.635 cm=

Factor de pandeo lateral: X1

Sx

E G J A

2:=

X1 5.667 105

kgf

cm2

=

Radio de giro segun x-x. rx

x

A:= rx 2.036 cm=

Radio de giro segun y-y. ry

y

A:= ry 1.297 cm=



28

4.3. COMPORTAMIENTO BASICO DE PORTICOS EXCENTRICAMENTE

ARRIOSTRADOS

Comportamiento Bsico de Prticos Excntricamente

Arriostrados

Comportamiento del Link: Cortante

Fluencia por Cortante:

V.p capacidad cortante totalmente plastico de la seccion del link

Fy 36 ksi= d 2 in= tf 0.25 in= tw 0.187 in=

v 0.6Fy:= v 1.489 108

Pa=

Alink d 2 tf-( ) tw:= Alink 1.815 cm2

=

Vp v Alink:= Vp 3.037 tonf=



29

Fluencia a flexion:

Mp momento plastico completo de la seccion del link

x 16.067 cm3

= Fy 3.6 104

psi=

Mp x Fy:= Mp 44.827 tonf cm=

Equilibrio estatico del link

e: Longitud del link

ev

2Mp

Vp:= ev 29.516 cm=

DISEO DEL LINK POR CORTE

V Vp:= M Mp

Diseño Del Pórtico Final

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