EL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL · Nodos Viga Columna La hipótesis simplificada supone que las...
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INTRODUCION AL DISEÑO SISMORESISTENTE
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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.
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Rigidez
La rigidez es un concepto relacionado con la fuerza necesaria paralograr una deformación, que puede ser de diferente forma dependiendo delmovimiento.
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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.
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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
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Variables Dinámicas
Frecuencia y Periodo
Frecuencia circular
f: Frecuencia natural
T: Periodo Natural
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INTRODUCION AL DISEÑO SISMORESISTENTE
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.
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Ecuaciones 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.
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Ecuaciones 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
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Ecuaciones de equilibrio dinámico
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 %.
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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.
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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.
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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:
INTRODUCION AL DISEÑO SISMORESISTENTE
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:
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DISEÑO SISMORRESISTENTE DE MARCOS RIGIDOS
Uniones RígidasColumna
Vigas
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DISEÑO SISMORRESISTENTE DE MARCOS RIGIDOS
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.
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Formación de Rotulas Plásticas
Mecanismos de falla
Mecanismo Deseable Mecanismo Indeseable
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Formación de Rotulas Plásticas
Rotulas en Columnas
Rotulas en Zona Panel
Rotulas en Vigas
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DISEÑO SISMORRESISTENTE DE MARCOS RIGIDOS
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
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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 Vigas y Columnas
<
Elementos Atiesados ALMA de Vigas
<
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DISEÑO SISMORRESISTENTE DE MARCOS RIGIDOS
Limitaciones para el diseño en vigas y columnas
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Limitaciones para el diseño en vigas y columnas
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DISEÑO SISMORRESISTENTE DE MARCOS RIGIDOS
Arriostramiento lateral de vigas compactas
Según Capitulo 9, sección 9.8 de AISC341-2005.
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.
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Criterio Columna Fuerte Viga Débil
Según Capitulo 9, sección 9.6 de AISC341-2005.
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.
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DISEÑO SISMORRESISTENTE DE MARCOS RIGIDOS
Calculo del Momento máximo probable en vigas
Según Capitulo 6, sección 6.10(1) de AISC358-2005.
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Calculo del Momento máximo probable en vigas
Según Capitulo 6, sección 6.10(1) de AISC358-2005.
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Calculo del Momento máximo probable en Columnas
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DISEÑO SISMORRESISTENTE DE MARCOS RIGIDOSCalculo del Momento máximo probable en Columnas
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DISEÑO SISMORRESISTENTE DE MARCOS RIGIDOSCaracterísticas de materiales para la determinación de la fuerza requerida de miembros y de conexiones
Según Capitulo 6, sección 6.2 de AISC341-2005.
Factores de sobre resistencia utilizados para determinar losesfuerzos esperados en los miembros de acero estructural.
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DISEÑO SISMORRESISTENTE DE MARCOS RIGIDOSFormación de rotulas plásticas
Según Capitulo 6, sección 6.10(1) de AISC358-2005.
Sh: distancia desde la cara de la columna hasta la rotula plásticaen la viga
Conexiones sin ridigizadores (4 pernos)
Sh = menor (d/3; 3bf)
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DISEÑO SISMORRESISTENTE DE MARCOS RIGIDOSFormación de rotulas plásticas
Según Capitulo 6, sección 6.10(1) de AISC358-2005.
Sh: distancia desde la cara de la columna hasta la rotula plásticaen la viga
Conexiones con ridigizadores (4 pernos)
Sh = Lst
Lst
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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.
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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.
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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.
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DISEÑO SISMORRESISTENTE DE MARCOS RIGIDOSRequisitos adicionales para los nodos viga columna
Según Capitulo 9, sección 9.2a de AISC341-2005.
•Las conexiones deben desarrollar como mínimo un momento resistenteigual al 0.80Mp de la viga conectada para una rotación de 0.04 radianes.
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DISEÑO SISMORRESISTENTE DE MARCOS RIGIDOSRequisitos adicionales para los nodos viga columna
Según Capitulo 9, sección 9.2a de AISC341-2005.
•Las uniones viga columna deben ser capaces de desarrollar el cortante porla presencia de rotulas plásticas originadas por la fuerza sísmica.
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