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NSR -09TITULO F.3
EAC 2009 15/10/09ASOCIACION COLOMBIANA DE
INGENIERIA SISMICA
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ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
TÍTULO F
ESTRUCTURAS METÁLICAS
ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
CAPITULO F.3Provisiones Sísmicas Para
Estructuras de Acero con Perfiles Laminados, Armados y Tubería
Estructural
NSR-98 basado en AISC LRFD 1992NSR-09 basado en AISC 2010
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F.3.1 – REQUISITOS GENERALES
• F.3.1.1- Alcance• F.3.1.2- Definiciones• F.3.1.3- Simbología• F.3.1.4- Materiales
1. Materiales• A53• A992• A1011
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Propiedades para eterminacion de la resistenciarequerida de miembros y conexiones
Fluencia esperada = Ry FyResistencia esperada = Rt Fu
Fy = fluencia esperada mínimaFu = resistencia esperada mínima
Ry y Rt basados en análisis estadísticos de datosde los productores
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Ejemplo: Riostra DES y conexion
Diseño de riostra:
Resistencia de diseño con Fy min y fuerzasdel análisis elástico
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Ejemplo: Riostra DES y conexion
Resistencia de diseño de la conexion con Ry Fy Ag
Ry Fy Ag
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Ejemplo: Riostra DES y conexion
Placa de conexion:
Calcular su resistencia de diseño con Fy yFu min de la placa
Ry Fy Ag
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Ejemplo: Riostra DES y conexion
Tornillos:
Calcular la resistencia de diseño con Fumin del tornillo
Ry Fy Ag
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Ejemplo: Riostra DES y conexion
Rotura en el area neta y rotura por bloquede cortante en la riostra:
Calcular la resistencia de diseño con la fluencia esperada, RyFy y la resistenciaesperada, Rt Fu de la riostra.
Ry Fy Ag
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REQUISITOS SOLDADURA
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F.3.1.5 – PLANOS Y ESPECIFICACIONES DE DISEÑO ESTRUCTURAL
Generales
• Designación del sistema de resistencia a carga sísmica.• Designación de los miembros y conexiones que hacen
parte del sistema de resistencia a carga sísmica.• Localización y dimensiones de las zonas protegidas. • Detalles de conexión entre el diafragma y los elementos de
acero en el sistema de resistencia sísmico.• Planos de taller y montaje no indicados en el numeral
F.3.9.1.
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F.3.1.5 – PLANOS Y ESPECIFICACIONES DE DISEÑO ESTRUCTURAL
Estructuras de Acero
• Configuración de las conexiones. • Especificaciones y tamaños del material de conexión.• Localización de soldaduras de demanda crítica.• Ubicación de placas de unión que deben ser detalladas para permitir rotaciones inelásticas.• Localización de placas de conexión que requieran tenacidad Charpy de acuerdo con la sección F.3.1.4.3.• Temperatura de servicio mínima esperada de la estructura de acero, si la estructura no fuera recubierta y mantenida a
una temperatura de 10° C ó mayor.• Localización donde las platinas de respaldo deben ser removidas.• Localización donde se requieren filetes de soldadura suplementarios cuando pueda dejarse instalada la platina de
respaldo.• Ubicación donde se deben utilizar filetes de soldadura para reforzar soldaduras a tope para mejorar la geometría de la
conexión.• Localización donde deben removerse las extensiones de soldadura.• Localización de los empalmes en los que se requieren transiciones graduales.• La geometría de los agujeros de acceso de soldadura, en caso de que estos sean especiales.• Juntas o grupos de juntas en los que se requiera un orden especifico de ensamble, secuencia de soldadura, técnica de
soldadura u otras precauciones especiales.
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F.3.1.5 – PLANOS Y ESPECIFICACIONES DE DISEÑO ESTRUCTURALConstruccion Compuesta
• Ubicación del acero de refuerzo, cortes, traslapos y empalmes mecánicos, ganchos y anclajes mecánicos, estribos y otros refuerzos transversales.
• Requisitos para cambio de dimensiones que resulten de cambios de temperatura y contracción.
• Localización, magnitud y secuencia de cualquier presforzado o postensionado que se aplique.
• Localización de anclajes de acero con cabeza y anclajes con acero de refuerzo soldado.
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F.3.2- REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO
• F.3.2.1 – REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO SÍSMICO– Zonas de amenaza sísmica– Capacidad de disipación de energía
• F.3.2.2 - CARGAS, COMBINACIONES DE CARGA Y RESISTENCIA REQUERIDA
P.ej: Placas Base
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Carga sismica amplificadaFu
erza
late
rals
ism
ica
Deformacion lateral
Fs
Ωo Fs
ΩoQe, es una aproximacion a la resistencia lateral plástica por:
Factores de resistenciaFy mayor y endurecimiento por deformacionTamaño de miembros gobernado por derivas o deflexionesMiembros mayores por construcciónResiste más que la primera plastificacion
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F.3.3- ANALISIS• ACERO: Secciones Elásticas• COMPUESTAS: Secciones Fisuradas• DERIVAS: 0.7E
F.3.4 - REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO– Miembros de ductilidad alta– Miembros de ductilidad baja
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ZONAS PROTEGIDAS
ZonasProtegidas
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• F.3.4.2 – CONEXIONES– Juntas pernadas :
• Tornillos alta resistencia: A325 y A490
• Totalmente tensionados
• Superficie clase A, excepto Placas de Extremo
• Perforaciones estándar o cortas perpendiculares
• Aplastamiento deslizamiento crítico: 2.4dpFu
• No sumar pernos y soldadura para la misma fuerza y sus componentes
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Comportamiento de conexión pretensada
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Fig. C-I-7.1a. Desirable details that avoid shared forces between welds and bolts.
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Uniones de Columnas
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Pu - union
Mu - union
Vu - unionCargas últimas
Carga Amplificada
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Soldadura de penetracion parcialConcentracion de esfuerzos: punto de iniciacion de rotura
Diseñar parar200 % de resistenciarequerida
( PJP no se permiten para DES ni DMO
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1.2m min
Para soldaduras de penetracion Parcial o filetes
1.2 m min
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Debe biselarse por AWS D.1.1
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F.3.5 - PORTICOS RESISTENTES A MOMENTO (PRM)
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CAMBIOS MAS IMPORTANTES
Calificar conexiones PRM Sistemas Mixtos Nuevos SRS:
• Armaduras Especiales•Riostras de Pandeo Restringido•Pantallas de Acero
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Condiciones para poder utilizar conexiones PRM
1. La conexion debe ser capaz de soportar lassiguientes derivas, en ensayos cíclicos:
2. La resistencia a flexion mínima de la viga,medidaen la cara de la columna, debe ser 0.80 Mp para la deriva especificada
SISTEMA DERIVA PRM-DES 0.04 PRM-DMO 0.02 PRM-DMI ----
Ejemplo:
-40000
-30000
-20000
-10000
0
10000
20000
30000
40000
-0.08 -0.06 -0.04 -0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08
Interstory Drift Angle (rad)
Bea
mM
omen
tatF
ace
ofC
olum
n(in
-kip
s)
0.8 Mp
- 0.8 Mp
M0.04 ≥0.8 Mp
M0.04 ≥0.8 Mp
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CONEXIONES PRECALIFICADAS AISC
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CONEXIONES EN COLOMBIA
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CONEXIONES EN COLOMBIA
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CONEXION SIN REFUERZOS
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HISTORIA DE DESPLAZAMIENTO
-10
-5
0
5
10
CONEXION SIN REFUERZOS
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CONEXION REFORZADA
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ENSAYO CÍCLICO DE CALIFICACIÓN• Resultados del ensayo.
Ciclo 32 con Ciclo 32 con θθ = 0.05 = 0.05 radrad..
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COMPARACION DE CONEXIONES
-600000
-400000
-200000
0
200000
400000
600000
-6 -4 -2 0 2 4 6θ (rad %)
Mom
ento
(kN
-mm
)
MprMp0.80Mp
-600
-400
-200
0
200
400
600
-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8
ROTACIÓN (%)
MO
MEN
TO
(103
kN-m
m)
Mpe
Mp
Mpe
Mp
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y = 0.2504xR² = 0.9235
-0.01
-0.008
-0.006
-0.004
-0.002
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
-0.01 -0.008 -0.006 -0.004 -0.002 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01
Rotación de viga en la conexión, rad
Rot
ació
nde
colu
mna
enla
cone
xión
,rad
y=x
Zona de mayores tensiones
Tensión máxima
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-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
-2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Rotación, rad x 10-5
Mom
ento
,kN
m
-300
-200
-100
0
100
200
300
0 5 10 15 20 25 30
Tiempo, s
Des
plaz
amie
nto
dele
xtre
mo
dela
viga
,mm
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CAMBIOS MAS IMPORTANTES
Calificar conexiones PRM Sistemas Mixtos Nuevos SRS:
• Cerchas dúctiles PCD•Riostras de Pandeo Restringido PAPR•Muros de Acero MCA•Columnas en Voladizo PCV-DMI y DES
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SISTEMAS MIXTOSAcero Estructural Compuesto o
Combinado con Concreto Reforzado.• PRMC-DMI• PRMC-DMO• PRMC-DES• PRMC-PR• PACC-DMI• PACC-DES• PAEC• MCC-DMI• MCC-DES• MCAC
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CAMBIOS MAS IMPORTANTES
Calificar conexiones PRM Sistemas Mixtos Nuevos SRS:
• Pórticos de Cerchas Dúctiles PCD•Riostras de Pandeo Restringido PAPR•Muros de Cortante de placa de acero MCA•Columnas en Voladizo SCV-DMI y DES
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ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
Convencional de Alma Abierta
Dúctil con Diagonales X
Dúctil tipoVierendeel
ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
Pushover VierendeelPaso 0 (Estado no deformado)Paso 0 (Estado no deformado)
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ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
Paso 1 (Formación de las primeras rótulas)Paso 1 (Formación de las primeras rótulas)
ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
Paso 2 (rótulas plásticas en todos los Paso 2 (rótulas plásticas en todos los segmentos especiales)segmentos especiales)
NSR -09TITULO F.3
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ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
Paso 3 (primeras rotulas en la base de las Paso 3 (primeras rotulas en la base de las columnas)columnas)
ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
Paso Paso 55 (todas las columnas se plastifican (todas las columnas se plastifican en la base)en la base)
NSR -09TITULO F.3
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ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
Paso Paso 88 (Variación de los niveles de (Variación de los niveles de plastificación)plastificación)
ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
Estado finalEstado final (deriva máxima del 4%, nivel (deriva máxima del 4%, nivel máximo de plastificación)máximo de plastificación)
NSR -09TITULO F.3
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ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
Porticos Arriostrados con Riostras Pandeo RestringidoPAPR
ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
AA
Seccion A-A
Nucleo de acero
Material despegador
Forro
Camisa de aceroMortero
Riostra de Pandeo Restringido
NSR -09TITULO F.3
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Riostra Convencional bajo carga axial cíclica
PPy
P
• Fluye a tension (Dúctil)
• Pandea a compresion(No dúctil)
• Resistencias a tension y compresion muydiferentesPCR
δ
δ
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PPy
P
PCR
Py
• Fluye a tension (ductil)• Fluye a compresion (ductil)• Resistencia a tension y
compresion similar (algomás a compresion)
δ
δ
Riostra Restringida bajo carga axial cíclica
NSR -09TITULO F.3
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ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
Hacer ensayos de calificacion
Cmax
Tmax
-2Δbm 2Δbm
ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
NSR -09TITULO F.3
EAC 2009 15/10/09
55
ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
Muros de Cortante de
AceroMCA
ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
Mecanismo dúctil
Pandeo por cortante
Desarrollo de diagonales Flexion del portico
NSR -09TITULO F.3
EAC 2009 15/10/09
56
ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
ENSAYOS
Astaneh-Asland Zhao
ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICACourtesy of Takanaka
NSR -09TITULO F.3
EAC 2009 15/10/09
57
ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA
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NSR -09TITULO F.3
EAC 2009 15/10/09
58
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Columnas en VoladizoSCV-DMI y DES