Luis Garza Vasquez I.C., M.I. 1

4. Porticos arriostrados t i t DISEÑO DISEÑO SISMICO DE SISMICO DE ESTRUCTURAS ESTRUCTURAS DE ACERO DE ACERO exentricamente PAE Relación rigidez

Relación rigidez--vinculovinculo

e e=0 Rigidez 0 e L L Vinculo e e Vinculo Vinculo e e Vinculo Vinculo Configuraciones de PAE e e e e e e

PRM PAC

Mecanismos de Disipacion de Energia PAE

γp

Angulo de rotacion plástica del Vinculo

γp

γp

Angulo de rotacion plástica del Vinculo

M

Elementos Mecánicos en Vínculos

e e V P e V V M M

El vínculo puede fallar por flexion o cortante o ambos

V M

M

Depende de la longitud del vínculo "e"

e

V V

M M

La fluencia a cortante ocurre cuando: V

M

M

Esfuerzo de fluencia a

cortante Area del alma _{del vínculo} Vp= Capacidad plástica total V = Vp= 0.6 Fy (d - 2tf) tw

e

V V

M M

La fluencia a flexion ocurre cuando: V

M

M

M = Mp= Z Fy

Mp= Momento plástico total

e

V V

M M

Equilibrio estático del vínculo: Ve = 2M

e 2M V = e Vp Vp Mp Mp

La fluencia a cortante y flexion ocurren simultáneamente si:

V=Vpand M=Mp p p V M 2 e= La fluencia a cortante e Vp Vp M M

Fluencia a cortante del alma en toda la longitud del vínculo. ¡Muy uniforme! La fluencia a cortante ocurrira cuando V=Vpand M < Mp e 2M V p p ≤ V =Vp M < Mp

La fluencia a flexion ocurre

e

V V

Mp Mp

V V

Fluencia a flexion en los extremos. No es uniforme.

La fluencia a flexion ocurre cuando M = Mpand V < Vp V <Vp M = Mp e 2M V p p ≥ M = Mp

Fluencia a cortante y estructural de vínculos:

e 2M

V

p p ≤

Si no hubiera endurecimiento por deformacion ni interaccion entre el cortante y la flexion

Vinculo con fluencia a cortante:

p

Vinculo con fluencia a flexion:e 2M V

p p ≥

Vn= el menor de Vp 2Mp/ e para para e 2M V p p ≤ p V 2M e≥ Resistencia Nominal a Cortante, Vn:

2Mp/ e para

p V

Ejemplo: W14x82 A992 Resistencia nominal a cortante:

200 250 r S tr e ngt h 0 1 2 3 4 5 e / (Mp/Vp) Vn=Vp 0 50 100 150 0 36 72 108 144 180

Link Length e (inches)

Li n k N o m ina l S h e a r (k ip s ) Vn=2Mp/e 0 50 100 150 F or ce (kips)

Endurecimiento por deformacion

V_n Vult -150 -100 -50 0 -0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15

Link Rotation, γ (rad)

L ink S h ear F Experimentalmente Vult≈ 1.25 to 1.5 Vn e 1.6 M V p p ≤

Vínculo con fluencia a cortante:

Por endurecimiento se recomienda tomar:

p

Vínculo con fluencia a flexion: e 2.6 M V

p p ≥

Fluencia a cortante y flexion combinadas: 1 .6 M

V e 2 .6 M V p p p p ≤ ≤

Vinculos con fluencia a cortante

p p V M 1.6 e≤

Mejor comportamiento estructural por:

• resistencia • rigidez • ductilidad V Δ γ

Comportamiento experimental de vínculos a cortante

e

γ = Δ

e

W10x33 (A992) e = 1.1 M_p/V_p γ = 0.10 radianes

Falla por rotura del alma

0 50 100 150 Fo rce (k ip s) -150 -100 -50 -0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15

Link Rotation, γ (rad)

L ink S h ear 0 50 100 150 For ce (k ips ) γp= ± 0.10 rad -150 -100 -50 -0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15

Link Plastic Rotation, γ_p (rad)

Li nk Shear Vinculos largos p p V M 1.6 e>

Menor resistencia, rigidez y ductilidad Utilizar sólo si hay restricciones arquitectónicas

W12x16 (A36) e = 3.4 M_p/V_p

W16x36 (A992) e = 2 Mp/Vp(Fluencia a cortante y flexion combinadas)

0 50 100 150 200 a r F o rc e (k ip s ) -200 -150 -100 -50 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15

Link Rotation, γ (rad)

Lin k S h e a 0.08 0.12 γp (ra d)

Capacidad de rotacion plástica del vínculo obtenidas experimentalmente

0 0.04

0 1 2 3 4 5

Longitud de vínculo: e/ (Mp/ Vp)

Fluencia a cortante Cortante + Flexion Fluencia a flexion

e

Relación entre ángulo de giro del vínculo y derivas

e γp p p e L_θ γ = L θp e L e γp p p e L_θ γ = L θp e e L e e θ γp γp L θp p p e 2 L _θ γ = Diseño Diseño de PAEde PAE

Procedimiento

1. Dimensionar vínculos para cargas mayoradas.

2. Dimensionar todos los otros miembros y conexiones para resistir toda la capacidad de los vínculos.

3 E ti l d d d d tilid d l 3. Estimar la demanda de ductilidad en el

vínculo; revisar que el vínculo pueda suministrar dicha ductilidad. 4. Realizar los detalles que garanticen

una buena ductilidad (atiesadores y arriostramiento lateral)

Limitaciones

Relaciones ancho-espesor para aletas y alma del vínculo:

M b/t ≤ p p p V M e para ≤1.6 λ p p ps V M e para >1.6 λ

Resistencia a cortante del vínculo

Resistencia cortante del vínculo= φVn

φ= 0.9 Vn= menor de Vp

2Mp/ e

Vu≤φVn

Vu = fuerza cortante en el vínculo para cargas elásticas mayoradas: 1.2D + 1.0E + 0.5L

0.9D + 1.0E

Preferir H’s por las grandes fuerzas axiales. Escoger perfil tal que:

Vn= menor de Vpa

2Mpa/ e Si Pu> 0.15 Pyen el vínculo hay riesgo de baja resistencia y ductilidad : pa/ e 2 y u p pa P P 1 V V _⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − = donde: ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − = y u p pa P P 1 M M Py= A Fy

Además, si Pu> 0.15 Pyen el vínculo, estos deben ser muy cortos.:

e ≤ 3 . 0 6 . 1 5 . 0 15 . 1 _⎟⎟≥ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ′ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ′ − g w p p g w A A para V M A A _ρ ρ ⎞ ⎛ 3 . 0 6 . 1 _⎟⎟< ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ′ g w p p A A para V M ρ donde: u u V P = ′ ρ Aw =(d−2tf)tw

Angulo de rotacion del vínculo

Para laderiva de diseño, Δ.

No debe ser mayor de:y

a) 0.08 radianes para:e≤ 1.6 Mp/ Vp b) 0.02 radianes para:e≥ 2.6 Mp/ Vp c) Interpolar para: 1.6 Mp/ Vp< e < 2.6 Mp/ Vp

Procedimiento de diseño para revisar el angulo de rotacion del vínvulo, γp

1. Calcular la deriva elástica con las cargas de la norma: Δ_E: Δ_p ≈ Δ_E

2. Calcular la deriva de pisop θpp

θp≈ Δp/ h donde h = altura de piso 3. Calcular el angulo de rotacion del vínculoγp

γp= (L / e) θp 4. Revisar el ángulo límite.

L θ γ = e L θp γp L e θp γp L θ γ = p p eθ γ = p p eθ γ = e e L θp γp γp p p e 2L θ γ = 5 10 15 γ p / θ p e γp 0 5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 e/L L θp

Los vínculos muy cortos requieren mucha ductilidad. Poner e =1.6 M_p/V_p

0 04 0.06 0.08 0.1 Per m is s ib le γ p 0 0.02 0.04 0 1 2 3 4 5

Non-dimensional Link Length: e / (Mp/Vp)

M

a

x

imum

1.6 2.6

Shear Yielding Shear + Flexure Flexural Yielding

Atiesadores en el vínculo

Deben colocarse en ambos lados del alma, en los extremos de la diagonal.

Deben tener un ancho combinado no menor de:

(b_f-2t_w) y un espesor no menor de 0.75 t_wo 9.5mm, el que sea mayor. e Atiesadores de profundidad total e≤ 1.6 Mp/ Vp (Vinculos a cortante) s s s s s e Atiesadores intermedios s ≤ 30 tw- d /5 paraγp= 0.08 radianes 52 tw- d /5 paraγp= 0.02 radianes

Interpolar para 0.02 < γp< 0.08 radianes

e

1.5 bf 1.5 bf

2.6 Mp/ Vp< e < 5 Mp/ Vp

(Vínculos a flexion)

e

1.5 bf 1.5 bf

1.6 Mp/ Vp< e < 2.6 Mp/ Vp

(Vínculo a cortante y flexion)

s s s s

s ≤

30 tw- d /5 paraγp= 0.08 radianes

52 tw- d /5 paraγp= 0.02 radianes

Interpolar para0.02 < γp< 0.08 radianes

Conexiones Vínculo-Columna e

La conexion vínculo columna Debe ser capaz de soportar:

γp≥ ± 0.08 rad. para e ≤ 1.6 Mp/ Vp γp≥ ± 0.02 rad. para e ≥ 2.6 Mp/ Vp e interpolar para 1.6 Mp/ Vp< e < 2.6 Mp/ Vp γp p p p

La conexion vínculo-columna no requiere ensayos si:

• La conexion estáreforzada

• Longitud del vínculo e≤ 1 6 M / V • Longitud del vínculo e≤ 1.6 Mp/ Vp

• Se colocan atiesadores en el vínculo

e

Conexion viga-columna reforzada

Arriostramiento lateral del vínculo

PonerArriostramiento lateral en ambas aletas en los extremos del vínculo.

L i t i id d d i t d b La resistencia requerida de cada riostradebe ser:

[ ] o vínculo y y b h Z F R P=0.06

ho= distancia entre centroides de aletas

e

Arriostramiento lateral en ambas aletas

Riostra diagonal y viga por fuera del vínculo

La resistencia requerida de la riostra diagonal y la viga fuera del vínculose calcula con las máximas fuerzas que pueden ser generadas por la fluencia y el endurecimiento por deformacion del vínculo.

Viga por fuera del vínculo Riostra diagonal Mult Mult Vult Vult Vult Mult Vult Mult Mult Mult Vult Vult

Determinacion del cortante y momento último en los extremos del vínculo:

e

Para diseño de la riostra: V = 1 25 R V

Para diseño de la riostra: Vult= 1.25 RyVn Para el diseño de la viga por fuera del vínculo: V_ult= 1.1 R_yV_n

Vn= Resistencia nominal del vínculo= menor de Vpo 2 Mp/ e

2 V e M ult ult= M V P

Conexiones de la Riostra

La resistencia requerida de las conexiones de la riostra, en ambos extremos de la riostra deberá ser como mínimo igual a la resistencia requerida de la riostra.

La resistencia requerida a compresion de la conexion debe ser como mínimo 1.1 RyPnde la riostra,

donde: P_n= resistencia nominal a compresion de la riostra.

Vult Mult

Conexiones de Riostra Conexiones de Riostra • Diseñar para las fuerzas (P y M)

generadas en la riostra Vulty Mult

del vínculo.

• Revisar la compresion axial 1.1 RyPnde la riostra.

• No requiere línea de rotacion

Conexiones viga-columna lejos del vínculo Articuladas: R=7 Resistentes a momento (DMI): R=8 Vult Mult Vult Mult Vult Mult Vult Mult Resistencia requerida de las columnas:

Vult= 1.1 RyVnpara cada vínculo.

Vult Mult Vult Mult Zonas protegidas Zonas protegidas

Pantallas

Pantallas

de

de Acero

Acero

de

de Acero

Acero

Mecanismo

Mecanismo dúctildúctil

Desarrollo de

diagonales _{Flexion del portico}

Pandeo por cortante

ENSAYOS ENSAYOS Astaneh-Asl and Zhao Takanaka SISTEMAS ESTRUCTURALES SISTEMAS ESTRUCTURALES • COMBINADO -Verticales;Porticos resistentes o no a momento - Horizontales;Muros estructurales ó porticos con diagonales.

SISTEMAS ESTRUCTURALES SISTEMAS ESTRUCTURALES

• DUAL

-Verticales: Porticos resistentes a Momento sin diagonales, Mínimo 0.25VB. -Horizontales:Muros ó diagonales.Mínimo 0.75V_B.

-Resistencia escalonada

SISTEMAS MIXTOS

SISTEMAS MIXTOS

Concreto Reforzado. Concreto Reforzado.

CONEXIONES CONEXIONES

•

•

REHABILITACION DE EDIFICIOS REHABILITACION DE EDIFICIOS DE CONCRETO CON ESTRUCTURAS DE CONCRETO CON ESTRUCTURAS

METALICAS METALICAS

ARRIOSTRAMIENTOS CONCENTRICOS

E.D.E.Q. E.D.E.Q. ANTES

•

•

•

•

•

E.D.E.Q. E.D.E.Q. DESPUES

•

•

compresión

•

•

Foto jesus maria o Foto jesus maria o

CONEXIONES CONEXIONES A A CONCRETO CONCRETO

ARRIOSTRAMIENTOS ARRIOSTRAMIENTOS CON CONEXIÓN CON CONEXIÓN INDIRECTA INDIRECTA BANCOLOMBIA ARMENIA BANCOLOMBIA ARMENIA ANTES

•

•

•

•

ESTADIO ATANASIO

ESTADIO ATANASIO

GIRARDOT

GIRARDOT

•

•

REHABILITACION REHABILITACION Y Y AMPLIACION AMPLIACION

CLINICA DEL PARQUE CLINICA DEL PARQUE

ANTES

•

•

CLINICA DEL PARQUE CLINICA DEL PARQUE

REFORZAMIENTO

•

•

•

•

•

•

VALORES RECOMENDADOS

VALORES RECOMENDADOS

DE R