clase 2 sistemas estructurales

20/05/2016

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FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL Y GEOMATICA

SISTEMAS

ESTRUCTURALES

Profesor: Ing. Efrén Ramírez M.ScAbril/2016

[email protected]

Capital Gate (Abu Dhabi)

Contenido

Introducción

Sistemas Estructurales

Configuración Estructural

Derivas

Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015

SISTEMAS ESTRUCTURALES

• Existen cuatro grupos principales desistemas estructurales reconocidos por laNSR-10, se subdividen según el sistemavertical de resistencia sísmica y el gradode disipación de energía.

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Derivas



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Derivas


Muros de Carga

• No disponen de un pórtico esencialmentecompleto.

– Muros Concreto, mampostería, PAC, PAE

• 100% Cargas Verticales

• 100% Cortante sísmico en la base

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Derivas


Muros de carga

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Combinado

• Es un sistema estructural que empleapórticos resistentes a momento (PRM)combinado con muros o pórticos condiagonales(PAE O PAC) y que no cumplelos requisitos del sistema Dual.– PRM


• > 25% Cortante sísmico en la base

– MUROS, PAC O PAE• < 75% Cortante Sísmico en la base

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Combinado

Pórticos Acero con

Diagonales

concéntricas

Pórticos concreto

con muros de

concreto

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Derivas


Combinado

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Combinado

• Pórtico Arriostrado Excéntricamente (PAE)

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Combinado

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Combinado

• Muros de cortante con placas de acero

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Combinado

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Combinado

• Pórtico Arriostrado Concéntricamente (PAC)

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Pórticos

• Sistema estructural compuesto por unpórtico espacial, resistente a momentos,esencialmente completo, sin diagonales.

Pórtico Resistente a

Momentos (PRM):

• 100% Cargas

Verticales

• 100% Cortante

sísmico en la base

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Pórticos

Nota 5: Se permite hasta una altura de 12m en edificios de un piso

(naves industriales o similares) que no sean del grupo de Uso IV.

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Dual

• Es un sistema estructural que empleapórticos resistentes a momento (PRM)combinado con muros o pórticos condiagonales(PAE O PAC).

– PRM


• 25% Cortante sísmico en la base

– MUROS, PAC O PAE

• 75% Cortante Sísmico en la base

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Combinación de sistemas Estructurales

• En Altura:

Estructura flexible

apoyada sobre

una estructura de

mayor rigidez

No es permitido

estructura rígida

apoyada sobre

una de menor

rigidez.

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Derivas


• Para calcular la fuerza sísmica de diseño E, sobre los elementos estructurales, se deben evaluar las irregularidades de la estructura.

E= Fs/RR = Ro * fa* fp* fr

Ro: Coeficiente de capacidad de disipación de energía básico.fa: Coeficiente de reducción de capacidad de disipación de energía por irregularidad en alzada.Fp: Coeficiente de reducción de capacidad de disipación de energía por irregularidad en planta.Fr: Coeficiente de reducción de capacidad de disipación de energía por ausencia de redundancia.

CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL

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• Espectro de Diseño

R

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• fp: Irregularidades en planta


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Configuración en Planta

• Debe existir resistencia sísmica en todaslas direcciones horizontales, lo cual selogra empleando sistema de resistenciaen dos direcciones ortogonales

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• Resistencia sísmica en las direccioneshorizontales ?

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• Cómo garantizo que una estructura conplanta irregular sea diseñada en la direcciónque produzca los efectos más críticos?

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• Una estructura “bien diseñada” debe sercapaz de resistir los movimientos sísmicosen cualquier dirección posible.

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• Se deben calcular los ejes principales dela estructura los cuales difieren de los ejescartesianos en estructuras irregulares orealizar combinación direccional de losefectos sísmicos?

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• La dirección de la cortante en la base dela forma modal asociada con lafrecuencia fundamental del sistema esvalida para definir las direccionesprincipales en un modelo tridimensional.

𝑡𝑎𝑛∅ =𝑌𝐷𝑖𝑟

𝑋𝐷𝑖𝑟

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FALSA SIMETRÍA o TORSIONAL

DISTRIBUCIÓN RIGIDEZ EN PLANTA

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FALSA SIMETRÍA o TORSIONAL

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CM

CR

GEOMETRÍA EN PLANTA

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• fa: Irregularidades en Alzada


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• ASCE/SEI 7–10


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PISO FLEXIBLE

CONFIGURACION EN ALTURA

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DISTRIBUCIÓN RIGIDEZ EN ALTURA

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ELEMENTOS VERTICALES DISCONTINUOS

• Las fuerzas axiales mayoradas de loselementos verticales que sostengan loselementos que se suspenden se debenobtener utilizando las combinaciones decarga apropiadas y considerando para lasfuerzas sísmicas E amplificadas elcoeficiente de sobrerresistencia Ωopropio del sistema estructural.

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DESPLAZAMIENTOS DENTRO DEL PLANO DE ACCIÓN

DISCONTINUIDAD TRAYECTORIA CARGAS

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DESPLAZAMIENTOS DENTRO DEL PLANO DE ACCIÓN

Marco excéntrico

A


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PISO DÉBIL, POR DISCONTINUIDAD DE RIGIDECESEN ELEVACIÓN


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Cambio Brusco de Rigidez


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COLUMNA CORTA


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Derivas


Ocurre cuando una

columna previamente

diseñada para moverse

en toda su altura, se le

restringe este

movimiento,

presentándose esfuerzos

cortantes en sitios

diferentes a donde

inicialmente se previó.

Caso de la columna corta


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COLUMNA CORTA


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Columna corta


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• fr: Ausencia de Redundancia.

– Sólo evaluar en los pisos que resistan más del 35% del cortante basal.


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• fr=1.0, si el sistema estructural cumple:


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Derivas


• fr=1.0,

-En los pisos que resistan más del 35% delcortante basal.

-Aunque no cumple los literales (a) a (d), peroel sistema estructural de resistencia sísmica esregular en planta y tiene al menos dos vanosen la periferia a ambos lados de la planta en lasdos direcciones principales.


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• fr=1.0,

• fr=0.75,


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• Ejemplo. Cálculo factor Redundancia fr

Evaluación de redundancia

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Derivas




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Derivas



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Derivas


• Wo: Sobrerresistencia, cuando losrequisitos para el material estructural y elgrado de disipación de energía requierenque los elementos frágiles o lasconexiones entre elementos se diseñenpara fuerzas sísmicas, E, amplificadas porel coeficiente de sobrerresistencia, seemplea:


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Derivas


Wo: Sobreresistencia, debe ser empleadaprincipalmente en los siguientes casos:

• Columnas metálicas en PRM, PAC, PAE yMuros de cortante.

• Conexiones a momento totalmenterestringidas.

• Pórticos con cerchas Dúctiles.• Vigas metálicas y sus conexiones en sistemas

PAC, PAE.• En sistemas con elementos verticales

discontinuos.


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Engineering