1-Introduccion y Repaso General

(1)

Ing. Eduardo Nu

ñ

ez C.

DISE

(2)

CONTENIDO

1.

1. CONCEPTOS B

CONCEPTOS B

Á

SICOS

2.

2. PROPIEDADES DEL ACERO ESTRUCTURAL

PROPIEDADES DEL ACERO ESTRUCTURAL

3.

3. M

M

É

TODOS Y FILOSOF

Í

A DEL DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL EN ACERO

4.

4. NORMAS Y C

NORMAS Y C

Ó

DIGOS

5.

5. CASOS Y COMBINACIONES DE CARGA

CASOS Y COMBINACIONES DE CARGA

6.

6. REPASO GENERAL DE SOLICITACIONES EN LOS MIEMBROS

REPASO GENERAL DE SOLICITACIONES EN LOS MIEMBROS

7.

7. DISE

DISE

Ñ

O ESTRUCTURAL BAJO ACCIONES DE VIENTO

8.

8. DISE

DISE

Ñ

O DE SISTEMAS DE PISO

9.

9. DISE

DISE

Ñ

O SISMORRESISTENTE

9.1 SISTEMAS ESTRUCTURALES (SMF, STMF, SCBF, BRBF, EBF)

10. CONEXIONES (Conexiones a Corte, Conexiones Precalificadas pa

ra

Momento y Conexiones para Arriostramiento)

11. PLANCHAS BASE Y PERNOS DE ANCLAJE

(3)

CONCEPTOS B

Á

SICOS

Una edificaci

ó

n debe cumplir exigencias de:

ESTABILIDAD

RESISTENCIA

RIGIDEZ

FUNCIONALIDAD

ECONOM

Í

A

F

(4)

TIPOLOG

Í

AS

. Marcos rígidos

. Marcos con arriostramientos concéntricos

. Marcos con arriostramientos excéntricos

. Marcos rígidos con muros de cortante, o

. Combinación de los sistemas anteriores

(5)

CONCEPTOS B

Á

SICOS

Las conexiones pueden ser:

. Soldadas

. Apernadas

. Remachadas

DISE

Ñ

AR PARA EVITAR LA FALLA

EN CONEXIONES

(6)

PROPIEDADES DEL ACERO ESTRUCTURAL

. Alta resistencia

. Homogéneo

. Rango elástico amplio

. Durabilidad

. Ductilidad

. Reciclable

(7)

Curva idealizada Esfuerzo-Deformación del Acero

σ

ε

Rango elástico

Rango plástico

ε

_u

F

_yd

F

_u

Endurecimiento

por deformación

E

(8)

NORMA

DESIG.

F

y

kg/cm

²

F

_u

kg/cm

²

COVENIN

AE-25

2500

3700

COVENIN

AE-35

3500

5200

DIN

St-37

2400

3700

DIN

St-52

3600

5200

ASTM

A36

2530

4080

ASTM

A588

3520

4930

ASTM

A500 Gr

C

3520

4360

ASTM

A500 Gr

C

3240

4360

ASTM

A572 Gr

42 2950

4220

ASTM

A572 Gr

50 3520

4570

ASTM

A572 Gr

60 4220

5270

ASTM

A572 Gr

65 4570

5620

ASTM

A53B

2460

4220

ASTM

A992

3520

4570

(9)

(10)

• Establecer un Diseño Por Capacidad: Limitar Mecanismos Frágiles y propiciar

Mecanismos Dúctiles.

• Elegir y establecer el patrón de falla adecuado de los elementos “Fusibles”

que

entrarán en cedencia durante un evento sísmico.

• Los elementos “Fusibles”

deben ser capaces de desarrollar incursiones inelásticas

significativas y de disipar energía durante un evento sísmico.

• Diseñar el resto de los elementos del sistema resistente a sismo con la condición

de que permanezcan en el rango elástico al presentarse las fallas dúctiles (Rótulas

plásticas) esperadas en los “Fusibles”.

• Las Conexiones de los elementos “Fusibles”

deben ser diseñadas en función a la

capacidad inelástica esperada de los mismos.

• Las conexiones del resto de los elementos del sistema resistente

a sismo deben

ser diseñadas para las fuerzas que se producen al presentarse las fallas dúctiles

(Rótulas plásticas) esperadas en los “Fusibles”.

FILOSOF

(11)

H

(12)

(a)

(b)

(a)

Comportamiento más Dúctil

(13)

. Variabilidad de las solicitaciones:

–

Cambio de uso

–

Estimación poco conservativa de las solicitaciones

–

Mala estimación de los efectos de las solicitaciones debido a

simplificaciones excesivas durante análisis

–

Diferencias en el proceso constructivo

Q

Solicitaciones

Q

_c

Probabilidad de exceder Q

_c

M

(14)

. Variabilidad de la resistencia

–

Imperfecciones geométricas

–

Tensiones residuales.

–

Variabilidad de la resistencia del material

–

Defectos en el proceso constructivo

–

Deterioro de resistencia con el tiempo

–

Aproximación en fórmula para determinar la resistencia

R

Resistencia

R

_c

Probabilidad de tener

resistencia menor que R

_c

M

(15)

Q

R

Q

_m

R

_m

Falla

Diseño estructural debe proveer confiabilidad

adecuada para el caso de solicitaciones

mayores que las consideradas o baja resistencia

M

(16)

AISC

-

LRFD

Combinaciones de carga

β

(Índice de

confiabilidad)

Carga permanente + carga viva (o nieve)

3 para miembros

4.5 para uniones

Carga permanente + carga viva + viento

2.5 para miembros

Carga permanente + carga viva + sismo

1.75 para miembros

M

(17)

Q

R

Q

_m

R

_m

γ⋅Q

_c

φ⋅R

_c

(18)

• Método de Diseño por factores de carga y resistencia (LRFD)

–

Modelo probabilístico

–

Calibración con ASD

–

Evaluación de experiencias previas

u

i

n

Q

R

≥

∑

γ

=

φ

M

(19)

• LRFD:

–

Es una herramienta disponible.

–

Más racional que ASD.

–

Permite cambios más fácilmente que ASD.

–

Puede ser adaptado para solicitaciones no consideradas.

–

Permite compatibilizar diseños con distintos materiales.

• ASD:

–

Aún se sigue utilizando como método de diseño

–

Rehabilitación/reparación de estructuras antiguas.

M

(20)

NORMAS Y C

Ó

DIGOS

• ANSI/AISC 360-05 “Specification for Structural Steel Buildings”

• ANSI/AISC 341-05 “Seismic Provisions for Structural Steel Buildings”

• ANSI/AISC 358-05 “Prequalified Connections for Special and Intermediate

Steel Moment Frames for Seismic Applications”

• AISC LRFD-99 “Load Resistance Factor Design”

• AISC ASD-01 “Allowable Stress Design”

• AISC –

“Steel Design Guide (Second Edition)”

• SEI/ASCE 7-02: “Minimum Design Loads for Buildings and Other

Structures”

(21)

NORMAS Y C

Ó

DIGOS

• FEMA 350

Recommended Seismic Design Criteria for New Steel

Moment-Frame Buildings

• FEMA 351

Recommended Seismic Evaluation and Upgrade Criteria for

Existing Welded Steel Moment-Frame Buildings

• FEMA 352

Welded Steel Moment-Frame Buildings

• FEMA 353

Recommended Specifications and Quality Assurance Guidelines

for Steel Moment-Frame Construction for Seismic Applications

(22)

CASOS Y COMBINACIONES DE CARGA

• Cargas muertas (D).

• Cargas vivas estáticas (L, Lr).

• Cargas vivas móviles (L).

• Impacto (I).

• Nieve (S).

• Viento (W).

• Sismos (E).

• Lluvia (R).

• Empuje de suelos (H).

• Inundación (F).

• Otros.

(23)

Cargas Permanentes o Muertas:

• Peso propio de la estructura.

• Peso propio de las terminaciones de pisos y muros.

• Peso de ductos y servicios.

• Peso de tabiques.

Losa

estructural

CASOS Y COMBINACIONES DE CARGA

(24)

CASOS Y COMBINACIONES DE CARGA

Cargas vivas:

• Sobrecargas de uso

–

habitacional,

–

de oficinas,

–

de almacenamiento,

–

de estacionamiento

• Tráfico peatonal o vehicular

–

Cargas distribuidas

(25)

Acciones de Viento:

• Velocidad máxima Vmax de viento esperada (en N años)

–

Localización geográfica

–

Irregularidad del terreno

• Presión básica q = q(Vmax).

• Variación de la presión en altura.

• Modificación por

–

Dirección de incidencia

–

Inclinación de superficies

a

C

₂

·q

C

₁

·q

C

₃

·q

C

₄

·q

q(h)

Viento

CASOS Y COMBINACIONES DE CARGA

(26)

CASOS Y COMBINACIONES DE CARGA

Cargas Sísmicas:

W

₁

M·a

Movimiento del suelo

W

₂

W

₁

Q

₁

+ Q

₂

= Q

Cortante basal

W

₂

Q

₂

Q

₁

(27)

CASOS Y COMBINACIONES DE CARGA

• Combinaciones de carga LRFD (ASCE 7-02)

–

1.4(D + F)

–

1.2(D + F + T ) + 1.6(L + H) + 0.5(Lr or S or R)

–

1.2D + 1.6(Lr or S or R) + (L or 0.8W)

–

1.2D + 1.6W + L + 0.5(Lr or S or R)

–

1.2D + 1.0E + L + 0.2S

–

0.9D + 1.6W + 1.6H

–

0.9D + 1.0E + 1.6H

(28)

M

₁

>M

_y

Fy

-Fy

M

_y

Fy

-Fy

Comportamiento Plástico:

(29)

• Existe reserva de resistencia en la estructura (hiperestaticidad)

Rango elástico

P

₁

≤Py

Plastificación de viga

P

₂

>Py

Colapso

P

_u

>P

₂

(30)

• Comportamiento o Método plástico

–

Material es elástico-perfectamente plástico.

–

No hay inestabilidad

–

No hay fractura

–

No hay fatiga

ε

σ

_y

E

σ

M

_p

Fy

-Fy

(31)

REPASO GENERAL DE

SOLICITACIONES EN MIEMBROS

(32)

CAP

Í

TULO D. DISE

Ñ

O DE MIEMBROS A TRACCI

Ó

N

L/r<300

(33)

CAP

Í

TULO D. DISE

Ñ

O DE MIEMBROS A TRACCI

Ó

N

SIEMPRE DISE

Ñ

AR CON LA MENOR RESISTENCIA

OBTENIDA!!!

(34)

CAP

Í

TULO E. DISE

Ñ

O DE MIEMBROS A COMPRESI

Ó

N

KL/r<200

(35)

CAP

(36)

CAP

(37)

CAP

(38)

COMPORTAMIENTO DE LA SECCI

Ó

N

• Secciones tipo 1 o

s

í

smicamente

compactas

• Secciones tipo 2 o compactas

• Secciones tipo 3 o no compactas

(39)

MOMENTO PL

Á

STICO

(

)

x

y

t

c

y

t

y

c

y

p

Z

F

y

A

y

A

F

y

A

F

y

A

F

M

⋅

=

⋅

+

⋅

=

⋅

+

⋅

=

c

t

y

c

y

t

A

F

A

F

A

N

=

⇒

=

⋅

−

⋅

=

0 x

x

Eje neutro plástico

t

c

x

A

y

A

y

Z

=

⋅

+

⋅

Módulo plástico

(40)

SECCIONES TIPO 1

. Secciones para diseño sísmico

. Alcanzan Mp

. Capac. rotación inelástica de 8 a 10 veces la rotación de fluencia

(41)

Clasificación de las secciones de acero

M

_p

M

_y

1

2

3

4 θ

3 θ

_y

6-8

θ

_y

(42)

CAP

(43)

V

_n

V

_p

V

_r

λ

_p

λ

_r

λ

w

“compacta” “no compacta”

“esbelta”

Fluencia

Pandeo

inelástico

Pandeo

elástico

Resistencia

post-pandeo