Presentada por: Andrés Emén

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Andrés EménAndrés Emén

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Andrés EménAndrés Emén

Facultad de Ingeniería en Ciencias de la TierraFacultad de Ingeniería en Ciencias de la TierraFacultad de Ingeniería en Ciencias de la TierraFacultad de Ingeniería en Ciencias de la Tierra

Tesis de Grado:Tesis de Grado:

““Análisis, Diseño y Evaluación Sísmica de Análisis, Diseño y Evaluación Sísmica de Pórticos Especiales de Acero Resistentes a Pórticos Especiales de Acero Resistentes a

Momento (PEARM) a base de Planchas Momento (PEARM) a base de Planchas Soldadas” Soldadas”

Tesis de Grado:Tesis de Grado:

““Análisis, Diseño y Evaluación Sísmica de Análisis, Diseño y Evaluación Sísmica de Pórticos Especiales de Acero Resistentes a Pórticos Especiales de Acero Resistentes a

Momento (PEARM) a base de Planchas Momento (PEARM) a base de Planchas Soldadas” Soldadas”

ContenidoContenido

IntroducciónIntroducción ObjetivosObjetivos Conexiones con alas no reforzadas soldadas y Conexiones con alas no reforzadas soldadas y

alma soldada (ANRS-AS).alma soldada (ANRS-AS). Investigación PreviaInvestigación Previa Diseño por Desempeño de Edificio Prototipo Diseño por Desempeño de Edificio Prototipo

Compuesto con PEARM Compuesto con PEARM Modelo Analítico de Pórtico PrototipoModelo Analítico de Pórtico Prototipo Evaluación Sísmica de Pórtico PrototipoEvaluación Sísmica de Pórtico Prototipo ConclusionesConclusiones

ContenidoContenido




IntroducciónIntroducción GuayaquilGuayaquil

La construcción en acero La construcción en acero se ha popularizado (de 4 se ha popularizado (de 4 pisos promedio)pisos promedio)

Cassagne (2008) ha Cassagne (2008) ha investigado el estado del investigado el estado del arte y de la práctica de arte y de la práctica de varios edificios varios edificios construidos en la ciudad.construidos en la ciudad.


El sistema estructural que se usa con más El sistema estructural que se usa con más frecuencia son los PEARM en donde:frecuencia son los PEARM en donde:

Vigas generalmente son fabricadas utilizando Vigas generalmente son fabricadas utilizando armaduras o perfiles armaduras o perfiles II soldados soldados

Columnas se fabrican a partir de perfiles Columnas se fabrican a partir de perfiles tubulares rectangulares formados a base de tubulares rectangulares formados a base de canalescanales

Se utilizan generalmente perfiles doblados en fríoSe utilizan generalmente perfiles doblados en frío Ciertas estructuras han sido diseñadas para Ciertas estructuras han sido diseñadas para

resistir solo cargas gravitacionalesresistir solo cargas gravitacionales Se utiliza soldadura de filete en las conexiones Se utiliza soldadura de filete en las conexiones

viga – columna.viga – columna.


Algunos de estos edificios podrían tener un Algunos de estos edificios podrían tener un desempeño sísmico inadecuado, cuyas principales desempeño sísmico inadecuado, cuyas principales causas serían:causas serían:

Criterios obsoletos de diseño sísmicoCriterios obsoletos de diseño sísmico Diseño para perfiles laminados en caliente, Diseño para perfiles laminados en caliente,

mientras que se utilizan laminados en fríomientras que se utilizan laminados en frío Mano de obra no calificada y pobre inspecciónMano de obra no calificada y pobre inspección Poco conocimiento de la soldadura y sus Poco conocimiento de la soldadura y sus

procesos (por ejemplo el uso de soldadura de procesos (por ejemplo el uso de soldadura de filete en la conexión viga-columna)filete en la conexión viga-columna)

Conectores de corte en las losas.Conectores de corte en las losas.


Este desempeño sísmico inadecuado ha sido observado en los siguientes Terremotos:Este desempeño sísmico inadecuado ha sido observado en los siguientes Terremotos:

- Ciudad de México 1985 (México)- Ciudad de México 1985 (México)

- Northridge 1994 (EE.UU.)- Northridge 1994 (EE.UU.)

- Kobe 1995 (Japón)- Kobe 1995 (Japón)

IntroducciónIntroducción Sismo de México 1985Sismo de México 1985

Septiembre 19 de 1985Septiembre 19 de 1985 M = 8.1M = 8.1 30 mil estructuras 30 mil estructuras

destruidas, 68 mil con destruidas, 68 mil con

daños parcialesdaños parciales 35 mil muertes35 mil muertes

IntroducciónIntroducción Sismo de México 1985Sismo de México 1985 Torres Pino SuárezTorres Pino Suárez

A y E de 14 pisos; B, C y D de 21 pisosA y E de 14 pisos; B, C y D de 21 pisos B tuvo daños significativos, C estuvo cerca del B tuvo daños significativos, C estuvo cerca del

colapso y D colapsó y cayó sobre E. colapso y D colapsó y cayó sobre E.


Torres Pino Suárez: Torre DTorres Pino Suárez: Torre D

Edificio Irregular en planta y en Edificio Irregular en planta y en elevaciónelevación

Respuesta estructural excedió Respuesta estructural excedió ductilidad original del diseño ductilidad original del diseño


Torres Pino Suárez: Torre DTorres Pino Suárez: Torre D Almas de las vigas (celosía) se pandearon Almas de las vigas (celosía) se pandearon

(soldadura intermitente)(soldadura intermitente)

Columnas en los entrepisos 2, 3 y 4 se Columnas en los entrepisos 2, 3 y 4 se pandearon, perdieron su capacidad de pandearon, perdieron su capacidad de resistir cargas y rigidez.resistir cargas y rigidez.

Pandeo de columnas y fluencia en las Pandeo de columnas y fluencia en las vigas desencadenaron un mecanismo de vigas desencadenaron un mecanismo de colapso que causó grandes derivas, colapso que causó grandes derivas, inclinación del edificio, incremento del inclinación del edificio, incremento del efecto P-efecto P-ΔΔ y colapso estructural. y colapso estructural.

IntroducciónIntroducción Sismo de Northridge 1994Sismo de Northridge 1994

Enero 17 de 1994Enero 17 de 1994 M = 6.7M = 6.7 US$ > 20 billones US$ > 20 billones

en daños en daños

(Bruneau et. al. 98)(Bruneau et. al. 98) 61 muertes y 61 muertes y

9000 heridos9000 heridos

IntroducciónIntroducción Sismo de Northridge 1994Sismo de Northridge 1994

Provocó daños en Provocó daños en

mas de 100000 mas de 100000

edificiosedificios Deshabilitó mas deDeshabilitó mas de

11 carreteras11 carreteras

importantesimportantes Dejó sin techo aDejó sin techo a

mas de 22000mas de 22000

personaspersonas

IntroducciónIntroducciónConexión Pre-NorthridgeConexión Pre-Northridge

Viga con alas soldadas y alma empernadaViga con alas soldadas y alma empernada

1965-1994 Soldadura de arco con núcleo

fundente Popular en EE.UU. y en

muchos países Se creía que era dúctil Capaz de resistir los ciclos

repetidos a grandes niveles de deformación inelástica

E70T-4, tip.

agujero de accesopara la soldadura

barra de respaldo

placa de continuidad

placa de cortante

zona de panel

IntroducciónIntroducción Northridge -Northridge - Tipos de dañosTipos de daños

Fallas típicas (Bruneau et. al. 1998)Fallas típicas (Bruneau et. al. 1998)

IntroducciónIntroducción Causas de los Daños (Causas de los Daños (FEMA-352)FEMA-352)

Baja tenacidad de la soldaduraBaja tenacidad de la soldadura Pobre mano de obra e inspección Pobre mano de obra e inspección Elevados esfuerzos de fluencia en vigasElevados esfuerzos de fluencia en vigas Concentraciones de esfuerzos Concentraciones de esfuerzos Poca redundancia Poca redundancia Zonas de panel extremadamente débilZonas de panel extremadamente débil Presencia de la losa compuestaPresencia de la losa compuesta Pobre detallamientoPobre detallamiento

IntroducciónIntroducción Sismo de Kobe 1995Sismo de Kobe 1995

Enero 17 de 1995Enero 17 de 1995 M = 7.2M = 7.2 US$ = 150 billones en US$ = 150 billones en

daños (FEMA 355-E)daños (FEMA 355-E) 5500 muertos, 35000 5500 muertos, 35000

heridos y 300000 sin heridos y 300000 sin viviendavivienda

IntroducciónIntroducción Sismo de Kobe 1995Sismo de Kobe 1995

Mas de 100000 Mas de 100000

edificios destruidos edificios destruidos

y 80000 dañados y 80000 dañados

severamenteseveramente 4530 edificios viejos 4530 edificios viejos

de acero dañadosde acero dañados 1067 edificios nuevos 1067 edificios nuevos

de acero colapsaronde acero colapsaron

IntroducciónIntroducción Sismo de Kobe 1995 Sismo de Kobe 1995 (FEMA 355-E)(FEMA 355-E)

Soldadura de Soldadura de filetefilete

Soldadura de Soldadura de filetefilete

IntroducciónIntroducción

Investigar una Conexión Investigar una Conexión con alas no reforzadas con alas no reforzadas soldadas y alma soldada soldadas y alma soldada (ANRS-AS).(ANRS-AS).

A ser usada en Pórticos A ser usada en Pórticos Especiales de Acero Especiales de Acero Resistentes a Momento Resistentes a Momento (PEARM).(PEARM).

Planchas soldadas.Planchas soldadas. Adecuada resistencia, Adecuada resistencia,

ductilidad y capacidad de ductilidad y capacidad de disipación de energía. disipación de energía.

IntroducciónIntroducción

Fase 1:Fase 1: Identificación de posibles deficiencias Identificación de posibles deficiencias de los edificios metálicos de la ciudad.de los edificios metálicos de la ciudad.

Fase 2: Criterios de Diseño Sísmico para PEARM con conexiones ANRS-AS fabricados a partir de planchas soldadas.

Fase 3: Evaluación Sísmica de PEARM con conexiones ANRS-AS.

Fase 4: Fase 4: Análisis, Diseño y Evaluación de Análisis, Diseño y Evaluación de PEARM con columnas tubulares rellenas de PEARM con columnas tubulares rellenas de concreto. concreto.

ContenidoContenido




Objetivos Objetivos Desarrollar criterios de diseño sísmico con Conexiones de Alas No

Reforzadas Soldadas y Alma Soldada (ANRS-AS) para Pórticos Especiales de Acero Resistentes a Momento (PEARM), fabricados a partir de planchas soldadas.

Introducir este tipo de conexiones para que puedan ser utilizadas en el país

Evaluar el desempeño sísmico del edificio a fin de estudiar su comportamiento ante diferentes intensidades de movimientos del terreno.

Comparar el costo de la estructura de un edificio prototipo con PEARM y conexiones ANRS-AS, fabricado a partir de planchas soldadas, con el costo de un edificio similar pero en concreto reforzado.

ContenidoContenido




Conexión con Alas no Reforzadas Soldadas Conexión con Alas no Reforzadas Soldadas y Alma Soldada (ANRS-AS)y Alma Soldada (ANRS-AS)

Concepto (FEMA 350 y ANSI/AISC 358-05)Concepto (FEMA 350 y ANSI/AISC 358-05)

Es una de las Conexiones Es una de las Conexiones Precalificadas del FEMA 350 y Precalificadas del FEMA 350 y y Borrador ANSI/AISC 358-05.y Borrador ANSI/AISC 358-05.

Conexión completamente Conexión completamente restringida.restringida.

Utilizan soldadura de ranura Utilizan soldadura de ranura de penetración completa para de penetración completa para unir los elementos que la unir los elementos que la componen.componen.

Conexión con Alas no Reforzadas Soldadas Conexión con Alas no Reforzadas Soldadas y Alma Soldada (ANRS-AS)y Alma Soldada (ANRS-AS)

VentajasVentajas Se puede diseñar y construir sin verificación teórica, ya que ha sido Se puede diseñar y construir sin verificación teórica, ya que ha sido

precalificada por los códigos pertinentesprecalificada por los códigos pertinentes

Viene acompañada de procedimiento y limitaciones detalladas en Viene acompañada de procedimiento y limitaciones detalladas en FEMA 350 y en Borrador para Revisión Pública de ANSI/AISC 358-05.FEMA 350 y en Borrador para Revisión Pública de ANSI/AISC 358-05.

Adecuada resistencia, ductilidad y capacidad de disipación de Adecuada resistencia, ductilidad y capacidad de disipación de energíaenergía

Su ejecución es económica en comparación con otras conexiones Su ejecución es económica en comparación con otras conexiones precalificadas.precalificadas.

ContenidoContenido


alma soldada (ANRS-AS).alma soldada (ANRS-AS). Investigación Previa.Investigación Previa. Diseño por Desempeño de Edificio Prototipo Diseño por Desempeño de Edificio Prototipo


Investigación PreviaInvestigación PreviaEstudios Analíticos y Experimentales Estudios Analíticos y Experimentales

(FEMA-355D)(FEMA-355D)

El beneficio de combinar soldadura, barras de respaldo El beneficio de combinar soldadura, barras de respaldo retiradas y detalles de agujeros de acceso de soldadura retiradas y detalles de agujeros de acceso de soldadura mejorado, no es suficiente sin otras mejoras.mejorado, no es suficiente sin otras mejoras.

Análisis no lineales, (Ricles et al., 2000) mostraron que Análisis no lineales, (Ricles et al., 2000) mostraron que los accesorios del alma, reducían las demandas los accesorios del alma, reducían las demandas inelásticas.inelásticas.

Análisis inelásticos del comportamiento de la conexión Análisis inelásticos del comportamiento de la conexión (El Tawil, Kunnath, Ricles) muestran que la transferencia (El Tawil, Kunnath, Ricles) muestran que la transferencia de cortante depende del alma de la conexión.de cortante depende del alma de la conexión.



Fueron examinados tres niveles de soldadura, con Fueron examinados tres niveles de soldadura, con un mínimo de pernos utilizados en el alma para un mínimo de pernos utilizados en el alma para simular un montaje temporal de la conexión.simular un montaje temporal de la conexión.



Especimenes están basados en las pruebas Especimenes están basados en las pruebas

Michigan (Lee at al, 2000)Michigan (Lee at al, 2000):: LU-T1: LU-T1: p p de 0.018 rad y fractura a 0.019 rad.de 0.018 rad y fractura a 0.019 rad.

LU-T2: LU-T2: p p de 0.025 rad y fractura a 0.035 rad.de 0.025 rad y fractura a 0.035 rad.

LU-T3: LU-T3: p p de 0.035 radde 0.035 rad



Las vigas desarrollaron un mayor endurecimiento por deformaciónLas vigas desarrollaron un mayor endurecimiento por deformación . .

Los momentos máximos superaran (26-42%) el momento plástico, MLos momentos máximos superaran (26-42%) el momento plástico, Mpp..

Un gran endurecimiento por deformación significó que los momentos flectores Un gran endurecimiento por deformación significó que los momentos flectores grandes serían transferidos a las columnasgrandes serían transferidos a las columnas..

Sistema estructural de columna fuerte – viga débil.Sistema estructural de columna fuerte – viga débil.

Fractura inicial desarrollada en LU-T3 es fuertemente influenciada, aparentemente, Fractura inicial desarrollada en LU-T3 es fuertemente influenciada, aparentemente,

por las deformaciones de la zona de panel.por las deformaciones de la zona de panel.



Conexiones con:Conexiones con:

Barras de respaldo inferiores removidas, limpieza de Barras de respaldo inferiores removidas, limpieza de escorias y remanente de soldadura; y refuerzo con escorias y remanente de soldadura; y refuerzo con soldadura de tenacidad a muesca.soldadura de tenacidad a muesca.

Barras de respaldo superiores reforzadas con soldadura Barras de respaldo superiores reforzadas con soldadura de filete tenaces a la presencia de muesca.de filete tenaces a la presencia de muesca.

La geometría y acabados de los agujeros de acceso La geometría y acabados de los agujeros de acceso mejorado.mejorado.

Soldadura de ranura de penetración completa entre el Soldadura de ranura de penetración completa entre el alma de la viga y la columna, y soldadura de filete alma de la viga y la columna, y soldadura de filete adicionales entre el alma de la viga y la placa de montaje.adicionales entre el alma de la viga y la placa de montaje.

Resultará en un incremento de la ductilidad de la conexión. Resultará en un incremento de la ductilidad de la conexión.

ContenidoContenido



Compuesto con PEARM. Compuesto con PEARM. Modelo Analítico de Pórtico PrototipoModelo Analítico de Pórtico Prototipo Evaluación Sísmica de Pórtico PrototipoEvaluación Sísmica de Pórtico Prototipo ConclusionesConclusiones

Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Niveles de desempeño sísmico de edificiosNiveles de desempeño sísmico de edificios

Objetivos de Diseño por Desempeño (ODD) para Objetivos de Diseño por Desempeño (ODD) para los diferentes Grupos de uso sísmico (FEMA 350)los diferentes Grupos de uso sísmico (FEMA 350)

Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Objetivos del diseño por desempeñoObjetivos del diseño por desempeño

Para un terremoto al nivel de DBE el sistema Para un terremoto al nivel de DBE el sistema estructural debe satisfacer el nivel de estructural debe satisfacer el nivel de desempeño de Seguridad de Vida.desempeño de Seguridad de Vida.

Para un terremoto al nivel del MCE el sistema Para un terremoto al nivel del MCE el sistema estructural debe satisfacer el nivel de estructural debe satisfacer el nivel de desempeño de Prevención del Colapso.desempeño de Prevención del Colapso.

Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Limitaciones para vigas y columnasLimitaciones para vigas y columnas

Relación Ancho - EspesorRelación Ancho - Espesor

Salmon y Johnson 1996Salmon y Johnson 1996

nonocompactacompacta

p p < < < < rr

esbeltaesbelta

> > rr

compactacompactasism. compactasism. compacta

< < pp

R = 3R = 3R = 8R = 8

Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Limitaciones para vigas y columnas Limitaciones para vigas y columnas


Para las Para las alas de la alas de la

vigaviga

Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Limitaciones para vigas y columnasLimitaciones para vigas y columnas


Para el Para el alma de la alma de la

vigaviga

Para la Para la columnacolumna

Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Relación Columna Fuerte – Viga DébilRelación Columna Fuerte – Viga Débil

)/(*gucyccpc APFZM

0.1*

*

pb

pc

M

M

)2

( cpuv

dxVM

)1.1(*uvxybypb MZFRM

Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Soldadura de los Miembros EstructuralesSoldadura de los Miembros Estructurales

Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Edificio Prototipo - PlantaEdificio Prototipo - Planta

Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Edificio Prototipo - ElevaciónEdificio Prototipo - Elevación

Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Carga muerta y carga vivaCarga muerta y carga viva

ASCE/SEI 7-05

Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Cargas: Fuerzas Laterales EquivalentesCargas: Fuerzas Laterales Equivalentes

Procedimiento descrito por el Procedimiento descrito por el

ASCE/SEI 7-05 (IBC 2003).ASCE/SEI 7-05 (IBC 2003). R = 6R = 6 Clase de Sitio : D Clase de Sitio : D II = 1 (oficinas) = 1 (oficinas)

Peso sísmico W: 10334Peso sísmico W: 10334 tonftonf


CCss = S = Sdsds/(R/I)/(R/I)<< SSd1d1 / T*(R/I) / T*(R/I)

Para cálculos de resistencia el período T no Para cálculos de resistencia el período T no puede ser mayor que: Cpuede ser mayor que: Cuu * T * Taa..

Para cálculos de derivas el período T es el del Para cálculos de derivas el período T es el del resultado del análisis modal.resultado del análisis modal.

Análisis Modal: TAnálisis Modal: T1y1y = 1.51, T = 1.51, T2x2x = 1.22, T = 1.22, T33 = 1.15 = 1.15


V = CV = Css * W * W

Para los análisis de resistencia:Para los análisis de resistencia:

VVxx = 849 ton = 849 ton

VVyy = 792 ton = 792 ton

Para los análisis de derivas:Para los análisis de derivas:

VVxx = 849 ton = 849 ton

VVyy = 685 ton = 685 ton

Para distribuir los cortantes se pone el 100% del cortante en Para distribuir los cortantes se pone el 100% del cortante en una dirección y el 30% del cortante de la otra dirección, una dirección y el 30% del cortante de la otra dirección, para luego distribuirlos por pisos.para luego distribuirlos por pisos.

Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Análisis Elástico LateralAnálisis Elástico Lateral

Todos los pórticos son resistentes a momentoTodos los pórticos son resistentes a momento Columnas empotradas en la baseColumnas empotradas en la base Zonas rígidas para vigas y columnasZonas rígidas para vigas y columnas Conexiones totalmente restringidas para todos Conexiones totalmente restringidas para todos

los pórticoslos pórticos Torsión accidentalTorsión accidental Diafragmas rígidosDiafragmas rígidos No se consideró interacción suelo-estructuraNo se consideró interacción suelo-estructura

Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Diseño de SeccionesDiseño de Secciones

Vigas:Vigas: Estado límite de resistencia a la fluenciaEstado límite de resistencia a la fluencia Estado límite de resistencia de fluencia al corteEstado límite de resistencia de fluencia al corte Estado límite de serviciabilidadEstado límite de serviciabilidad

Columnas:Columnas: Criterio Columna Fuerte – Viga DébilCriterio Columna Fuerte – Viga Débil Ecuación de InteracciónEcuación de Interacción Estado límite de resistencia de fluencia al corteEstado límite de resistencia de fluencia al corte

Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Edificio Prototipo - Secciones finalesEdificio Prototipo - Secciones finales

Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Cumplimiento del Criterio Columna Fuerte-Viga Cumplimiento del Criterio Columna Fuerte-Viga

DébilDébil Conexión B2 del 1er pisoConexión B2 del 1er piso Columna HSS 550x550x30Columna HSS 550x550x30 Viga de alas de 200x25 y alma de 600x10Viga de alas de 200x25 y alma de 600x10

Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Cumplimiento del Criterio Columna Fuerte-Viga Cumplimiento del Criterio Columna Fuerte-Viga

DébilDébil ∑ ∑ MMpcpc / ∑ M / ∑ Mpbpb > 1.0 > 1.0

Se calcula la capacidad de la columna:Se calcula la capacidad de la columna:

∑ ∑ MMpcpc = ∑ Z = ∑ Zcc (F (Fyy – P – Pucuc/A/Agg))

Se calcula la capacidad de la viga:Se calcula la capacidad de la viga:

∑ ∑ MMpbpb = ∑ (1.1 R = ∑ (1.1 Ryy F Fybyb Z Zbb + M + Muvuv))

MMuvuv = V = Vpp ( x + d ( x + dcc/2)/2)

∑ ∑ MMpcpc / ∑ M / ∑ Mpbpb = 1.17 = 1.17

El criterio columna fuerte – viga débil se cumpleEl criterio columna fuerte – viga débil se cumple

Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Edificio Prototipo - Diseño de la conexión ANRS-ASEdificio Prototipo - Diseño de la conexión ANRS-AS

Datos:Datos: Columna:Columna:

HSS 550x550x30HSS 550x550x30 A36, FA36, Fycyc = 2.5 ton/cm2, F = 2.5 ton/cm2, Fuu = 4.06 ton/cm2 = 4.06 ton/cm2

Viga:Viga: Alas de 200x25 y alma de 600x10Alas de 200x25 y alma de 600x10 A36, FA36, Fycyc = 2.5 ton/cm2, F = 2.5 ton/cm2, Fuu = 4.06 ton/cm = 4.06 ton/cm22

Luz del pórtico: 9.15 m Luz del pórtico: 9.15 m


Paso 1:Paso 1: Limitaciones para la viga según ANSI/AISC 358-05.Limitaciones para la viga según ANSI/AISC 358-05.

Tipo:Tipo: Vigas I fabricadas a partir de planchas soldadas, permitidas por Vigas I fabricadas a partir de planchas soldadas, permitidas por

las limitaciones.las limitaciones. Peralte:Peralte:

650mm < máximo permitido: W920 650mm < máximo permitido: W920 Peso:Peso:

130 kg/m < máximo permitido: 447 kg/m130 kg/m < máximo permitido: 447 kg/m Espesor del ala de la viga:Espesor del ala de la viga:

25mm < máximo permitido 44.5 mm25mm < máximo permitido 44.5 mm Relación luz/peralte:Relación luz/peralte:

9.15/0.65 = 14 > 7 mínimo permitido para PEM 9.15/0.65 = 14 > 7 mínimo permitido para PEM Relaciones ancho-espesor:Relaciones ancho-espesor:

bbff/2t/2tff = 5 < máximo permitido: 0.3√(E/F = 5 < máximo permitido: 0.3√(E/Fyy) = 8.5) = 8.5


Paso 2:Paso 2: Limitaciones para la columna según ANSI/AISC 358-05Limitaciones para la columna según ANSI/AISC 358-05

Tipo:Tipo: Columnas tipo cajón fabricadas a partir de planchas soldadasColumnas tipo cajón fabricadas a partir de planchas soldadas

Conexión a la Viga:Conexión a la Viga: La viga deberá conectarse al ala de la columnaLa viga deberá conectarse al ala de la columna

Peralte o ancho:Peralte o ancho: 550mm < máximo permitido: 610mm550mm < máximo permitido: 610mm

Relaciones ancho-espesor:Relaciones ancho-espesor: b/t = h/tb/t = h/tww = (55-6)/3 = 16.33 < máximo permitido 0.64√(E/F = (55-6)/3 = 16.33 < máximo permitido 0.64√(E/Fyy) = 18.2) = 18.2


Paso 3:Paso 3: Determinar el MDeterminar el Mcc de la conexión: de la conexión:

MMcc = M = Mprpr + V + Vpp (d (dbb/3+d/3+dcc/2) /2)


CCyy = 0.737 = 0.737

MMcc = 386 ton-m = 386 ton-m

Como 2tComo 2tcfcf = 60.0m, y = 60.0m, y

es mayor a 39.7 mm, es mayor a 39.7 mm, entonces no se entonces no se requerirá doble requerirá doble placas.placas.

Paso 4:Paso 4: Cálculo del espesor requerido de la zona de panel. El Cálculo del espesor requerido de la zona de panel. El espesor mínimo para no requerir doble placas lo espesor mínimo para no requerir doble placas lo determina la sgte. ecuación :determina la sgte. ecuación :


Paso 5:Paso 5: Cálculo de las placas de continuidad. Se necesitarán Cálculo de las placas de continuidad. Se necesitarán placas de continuidad a través del alma de la placas de continuidad a través del alma de la

columna columna si el espesor del ala de la columna, tsi el espesor del ala de la columna, tcfcf, ,

es menor quees menor que

Como tComo tcfcf = 30 mm, entonces = 30 mm, entonces

se requerirán placas de se requerirán placas de continuidad de 40 mm de continuidad de 40 mm de espesor.espesor.

óó

ContenidoContenido



Compuesto con PEARM.Compuesto con PEARM. Modelo Analítico de Pórtico PrototipoModelo Analítico de Pórtico Prototipo Evaluación Sísmica de Pórtico PrototipoEvaluación Sísmica de Pórtico Prototipo ConclusionesConclusiones

Modelo Analítico del Pórtico PrototipoModelo Analítico del Pórtico Prototipo

DRAIN-2DXDRAIN-2DX

Permite hacer análisis no-lineales estáticos y dinámicos para pórticos bi-dimensionales

• Elemento Fibra

• Elemento de Conexión

• Elemento Viga-Columna

• Simple (E4)

• Refinado (E5)

Elemento Fibra

Nudo I Nudo J

Segmento

Fibra


Modelo con DRAIN-2DXModelo con DRAIN-2DX

Vigas:Vigas:

Rótulas PlásticasRótulas Plásticas

Elemento Fibra

Nudo I Nudo J

Segmento

Fibra



Columnas:Columnas:



Zonas de Panel:Zonas de Panel:



Configuración Estructural:Configuración Estructural:

Propiedades de los materiales:Propiedades de los materiales:

ContenidoContenido




Evaluación Sísmica de Pórtico PrototipoEvaluación Sísmica de Pórtico Prototipo

Modelo analítico DRAIN-2DX de pórtico prototipo.Modelo analítico DRAIN-2DX de pórtico prototipo.

Modelo que simula un PEARM.Modelo que simula un PEARM.

Conexiones restringidas que no modelan la soldadura.Conexiones restringidas que no modelan la soldadura.

Análisis lateral estático (pushover)Análisis lateral estático (pushover)

Análisis dinámicos con cinco registros de Análisis dinámicos con cinco registros de aceleraciones a nivel DBE y MCE.aceleraciones a nivel DBE y MCE.

-1.20

-0.90

-0.60

-0.30

0.00

0.30

0.60

0.90

1.20

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Evaluación Sísmica de Pórtico RehabilitadoEvaluación Sísmica de Pórtico RehabilitadoResultados Estáticos LateralesResultados Estáticos Laterales

y (θtotal = 0.93%) 3y (θtotal = 2.78%)5.4y (θtotal =

5%)

Análisis Estático PushoverAnálisis Estático Pushover

Evaluación del Desempeño SísmicoEvaluación del Desempeño SísmicoDBE – Espectro de RespuestaDBE – Espectro de Respuesta

Evaluación Sísmica de Pórtico RehabilitadoEvaluación Sísmica de Pórtico Rehabilitado Desempeño Sísmico: Resultados DinámicosDesempeño Sísmico: Resultados Dinámicos





Vigas:Vigas:

Columnas:Columnas: Zonas de Panel:Zonas de Panel:

ContenidoContenido




ConclusionesConclusiones

El desempeño sísmico de un PEARM con conexiones ANRS-AS El desempeño sísmico de un PEARM con conexiones ANRS-AS es satisfactorio en términos de resistencia, disipación de energía es satisfactorio en términos de resistencia, disipación de energía y deformación.y deformación.

El peso de la estructura metálica es de 65 kg/ m2 (para edificios El peso de la estructura metálica es de 65 kg/ m2 (para edificios medianos localizados en Guayaquil.)medianos localizados en Guayaquil.)

El costo estimado de la estructura resultó estar en el orden de los El costo estimado de la estructura resultó estar en el orden de los 170 us/m2: 170 us/m2: Costo mas elevado que el de un edificio similar en hormigón. Costo mas elevado que el de un edificio similar en hormigón. Diferencia de costos se compensa con la rapidez del trabajo Diferencia de costos se compensa con la rapidez del trabajo

en acero.en acero. Permite realizar distintas actividades a la vez.Permite realizar distintas actividades a la vez. Construcción en concreto reforzado es más pesada, lo cual se Construcción en concreto reforzado es más pesada, lo cual se

traduce en una cimentación más costosa. traduce en una cimentación más costosa.


Las vigas no sufrieron degradación de la resistencia y las rótulas Las vigas no sufrieron degradación de la resistencia y las rótulas plásticas desarrolladas en la base de las columnas de la planta baja plásticas desarrolladas en la base de las columnas de la planta baja fueron realmente bajas.fueron realmente bajas.

Edificio con las mismas características localizado en Los Angeles Edificio con las mismas características localizado en Los Angeles estudiado por Rojas: estudiado por Rojas:

Mayor calidad de inspección y mano de obra; R = 8Mayor calidad de inspección y mano de obra; R = 8 Edificio poco redundante Edificio poco redundante Tuvo un peso de 60 kg/m2 Tuvo un peso de 60 kg/m2

La sobrerresistencia máxima, La sobrerresistencia máxima, MAXMAX, de 4.33 resultante del análisis , de 4.33 resultante del análisis estático lateral no lineal (estático lateral no lineal (pushoverpushover) resultó mayor a 3) resultó mayor a 3..

Por medio de la Teoría de Análisis al Límite para PEARM se obtuvo un Por medio de la Teoría de Análisis al Límite para PEARM se obtuvo un factor de sobrerresistencia de 4.13; es decir, muy similar al 4.33 factor de sobrerresistencia de 4.13; es decir, muy similar al 4.33 obtenido con el análisis estático lateral no lineal. obtenido con el análisis estático lateral no lineal.


Las derivas ocurridas en el edificio fueron menores a los límites Las derivas ocurridas en el edificio fueron menores a los límites establecidos en los códigos, tanto en el análisis elástico como en establecidos en los códigos, tanto en el análisis elástico como en la evaluación sísmica.la evaluación sísmica.

Las relaciones ancho - espesor para secciones sísmicamente Las relaciones ancho - espesor para secciones sísmicamente compactas, dadas por la ASCE/SEI 7-05, resultaron ser compactas, dadas por la ASCE/SEI 7-05, resultaron ser satisfactoriassatisfactorias..

RecomendacionesRecomendaciones

Realizar ensayos experimentales locales de ANRS-AS para PEARM Realizar ensayos experimentales locales de ANRS-AS para PEARM fabricados a partir de planchas soldadas.fabricados a partir de planchas soldadas.

Investigar la posibilidad de rellenar las columnas tubulares de acero Investigar la posibilidad de rellenar las columnas tubulares de acero con concreto.con concreto.

Realizar diseños y análisis no- lineales para otro tipo de geometría de Realizar diseños y análisis no- lineales para otro tipo de geometría de PEARM, PEARM,

Realizar una investigación adicional respecto a las relaciones ancho-Realizar una investigación adicional respecto a las relaciones ancho-espesor para secciones sísmicamente compactas y factor de espesor para secciones sísmicamente compactas y factor de amplificación de deflexión para la determinación de derivas de amplificación de deflexión para la determinación de derivas de entrepiso.entrepiso.

Efectuar un estudio de cómo detallar las zonas de los empalmes de Efectuar un estudio de cómo detallar las zonas de los empalmes de columnas que presenten cambios de secciones.columnas que presenten cambios de secciones.

AgradecimientosAgradecimientos

Dr. Pedro Rojas C. – Director de Tesis de GradoDr. Pedro Rojas C. – Director de Tesis de Grado

Dr. Seo por la empatía al responder Dr. Seo por la empatía al responder oportunamente las preguntas relacionadas a esta oportunamente las preguntas relacionadas a esta investigacióninvestigación

Escuela Superior Politécnica del Litoral, Escuela Superior Politécnica del Litoral, ESPOLESPOL

GraciasGracias

GraciasGracias

Causas de los DañosCausas de los Daños BajaBaja tenacidad de la soldadura tenacidad de la soldadura

Soldadura E70T-4 (70 grados F; 10 ft-lbs) Ensayo de impacto “Charpy de muesca en V” (U. Lehigh; Kaufmann et al. 1996)


(EERI, CD-98-1)(EERI, CD-98-1)

Fractura de soldadura

- falta de fusión entre barra de falta de fusión entre barra de respaldo y la columnarespaldo y la columna

- Fractura de conexión de ala Fractura de conexión de ala superior de vigasuperior de viga

- Pernos fallaron por corte - Pernos fallaron por corte




- Grieta se propagó enGrieta se propagó en ala y alma de columna. ala y alma de columna.




- Grieta se inició en la Grieta se inició en la soldadura de filete entre soldadura de filete entre la columna y las placas la columna y las placas basesbases

Causas de los DañosCausas de los Daños Elevados esfuerzos de fluencia en vigasElevados esfuerzos de fluencia en vigas A36 para vigasA36 para vigas

A572-Grado 50 para columnasA572-Grado 50 para columnas

Diferentes materiales para garantizar Diferentes materiales para garantizar criterio de criterio de Columna fuerte-viga débilColumna fuerte-viga débil

A572 Grado 50 aumenta la resistencia de A572 Grado 50 aumenta la resistencia de la zona de panella zona de panel

Causas de los DañosCausas de los Daños Elevados esfuerzos de fluencia en vigasElevados esfuerzos de fluencia en vigas

ASTMASTM Par.Par. MinMin

(ksi)(ksi)MediaMedia

(ksi)(ksi)MáxMáx

(ksi)(ksi)

A36A36 FFyy

FFuu

36.736.7

585846.846.8

65.965.97171

8080

A36 - A36 - EcuadEcuadoror

FFyy

FFuu

3636

515147.247.2

64.864.86363

8484(A36 - para alas; Dexter et al. 2000)

Causas de los DañosCausas de los Daños Elevados esfuerzos de fluencia en vigasElevados esfuerzos de fluencia en vigas

ASTMASTM Par.Par. MinMin

(ksi)(ksi)MediaMedia

(ksi)(ksi)MáxMáx

(ksi)(ksi)

A36A36 FFyy

FFuu

43.543.5

616150.550.5

69.169.165.565.5

7676

A36 - A36 - EcuadEcuadoror

FFyy

FFuu

3636

515147.247.2

64.864.86363

8484

(A36 - para almas; Dexter et al. 2000)

Causas de los DañosCausas de los Daños Elevados esfuerzos de fluencia en vigas Elevados esfuerzos de fluencia en vigas

(Bruneau et al. 1998)(Bruneau et al. 1998) FFyy = 36 ksi (diseño) = 36 ksi (diseño) FFy,my,m = 46.8, 50.5 ksi (valores medios) = 46.8, 50.5 ksi (valores medios) FFy,my,m/F/Fyy = 1.30, 1.40 = 1.30, 1.40 FuerzasFuerzas en las alas de la viga actuando en en las alas de la viga actuando en

la soldadura fueron probablemente la soldadura fueron probablemente subestimadassubestimadas

Posiblemente Posiblemente soldadura más débilsoldadura más débil que el que el metal base de las vigasmetal base de las vigas

Probablemente Probablemente columna débil-viga fuertecolumna débil-viga fuerte

Causas de los DañosCausas de los Daños Pobre mano de obra e inspección Pobre mano de obra e inspección

(FEMA 352)(FEMA 352) Pobre calidad de las soldaduras Pobre calidad de las soldaduras

PorosidadesPorosidades Falta de fusión en la raíz de la soldaduraFalta de fusión en la raíz de la soldadura Estos defectos se convierten en iniciadores Estos defectos se convierten en iniciadores

de grietasde grietas

Pobre inspecciónPobre inspección Prueba ultrasónica atrás de la barra de Prueba ultrasónica atrás de la barra de

apoyo y del alma de la viga no es muy apoyo y del alma de la viga no es muy confiableconfiable

Diseño por DesempeñoDiseño por DesempeñoNiveles de desempeño sísmico Niveles de desempeño sísmico

estructural estructural

Diseño por DesempeñoDiseño por DesempeñoNiveles de desempeño sísmico de Niveles de desempeño sísmico de

edificiosedificios

Niveles de desempeño sísmico para edificaciones asignadas al Niveles de desempeño sísmico para edificaciones asignadas al Grupo de Uso Sísmico IGrupo de Uso Sísmico I

Diseño por DesempeñoDiseño por DesempeñoNiveles de desempeño sísmico Niveles de desempeño sísmico

estructural estructural

Evaluación del Desempeño SísmicoEvaluación del Desempeño SísmicoEspectros de Respuesta - DiseñoEspectros de Respuesta - Diseño

Conexión Soldada a MomentoConexión Soldada a Momento

E70-T4, typ.E70-T4, typ.

agujero de accesoagujero de accesopara la soldadurapara la soldadura

barra de respladobarra de resplado

placa de placa de cortantecortante

zona de panelzona de panel

placa de continuidadplaca de continuidad

MM

θθ

Totalmente Restringida (TR) – Rígidas

Parcialmente Restringida (PR) – Semirígidas

Parcialmente Restringida (PR) – Simples

Tipos de ConexionesTipos de Conexiones

Conexión Pre-NorthridgeConexión Pre-Northridge¿Dúctil?¿Dúctil?

M

p

dúctildúctilfrágilfrágil

Mp p 0.03 rad(diseño sísmico)

Procedimiento de DiseñoProcedimiento de Diseño

1.1. Suposiciones Iniciales RecomendadasSuposiciones Iniciales Recomendadas2.2. Determinación de Fuerzas Laterales EquivalentesDeterminación de Fuerzas Laterales Equivalentes3.3. Realizar Análisis Elástico: Determinación de secciones Realizar Análisis Elástico: Determinación de secciones

de los elementos estructurales.de los elementos estructurales.4.4. Diseño de la Conexión ANRS-AS.Diseño de la Conexión ANRS-AS.5.5. Diseño de las placas de continuidadDiseño de las placas de continuidad6.6. Diseño de la zona de panelDiseño de la zona de panel7.7. Realizar Análisis No-linealesRealizar Análisis No-lineales


Combinaciones de carga:Combinaciones de carga:

en donde E = ρQE+0.2SDSD (con SDS = 1.0) es el efecto combinado de las fuerzas de sismo vertical y horizontal; QE es el efecto de las fuerzas sísmicas horizontales; ρ es un factor basado en la redundancia del sistema, igual a 1.0 (ver ASCE/SEI 7-05); D es la carga muerta (ver Tabla 4.1); y L es la carga viva (ver Tabla 4.2).



(a) Zona de panel exterior del primer piso. (b) Zona de panel interior del primer piso.

(c) Zona de panel interior del segundo piso.

(d) Zona de panel interior del tercer piso.

(e) Zona de panel interior del cuarto piso.

(f) Zona de panel interior del quinto piso.

(g) Zona de panel interior del sexto piso.

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Presentada por: Andrés Emén