Capítulo 5 Pórticos arriostrados excéntricamente.

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1 Capítulo 5 Pórticos arriostrados excéntricamente

2 Pórticos arriostrados excéntricamente Se caracterizan por desarrollar una respuesta dúctil y estable. En este sistema estructural, las fuerzas axiales inducidas en las riostras son transferidas mediante esfuerzos de corte y flexión en segmentos de reducida longitud. Enlaces o links, donde se disipa energía por fluencia del acero. (Deben detallarse adecuadamente para evitar que el pandeo local) Vigas fuera de la zona de enlace, columnas, conexiones. (Se dimensionan aplicando conceptos del diseño por capacidad para asegurar que permanecen en rango elástico. Se analizan también los requerimientos de diseño de acuerdo a las especificaciones AISC 341-05.

3 Importancia de los ¨Links¨ vigas Eslabón los eslabones son dimensionados y detallados para las fuerzas sísmicas establecida por Norma

4 Configuración geométrica Arriostramiento en V-invertida [el enlace, o zona dúctil, se genera en la parte central de la viga] (5.1 a) Arriostramientos en V [el enlace se encuentra adyacente a una conexión viga-columna] (5.2 a) (5.1 b) Esta conexión debe diseñarse para resistir los elevados esfuerzos que se generan en el enlace adyacente. (5.2a) Arriostramientos en V para generar enlaces en ambos extremos de las vigas. Como limitaciones debe considerarse la complicación en el diseño de las conexiones y el hecho de que el enlace vertical debe transferir parte de la carga gravitatoria que resisten las vigas.

5 En este caso las riostras diagonales se ubican de modo que se generan enlaces en ambos extremos de las vigas. Si el enlace A (viga superior) y el enlace B (viga inferior) se diseñan con resistencias diferentes, es probable que uno de ellos se deforme inelásticamente, con lo cual se limita la fuerza que se trasmite por la diagonal y el otro enlace no alcanza a desarrollar su resistencia. Cuando esta situación se produce, el enlace que fluye se denomina activo, mientras que el otro es un enlace inactivo. La presencia de enlaces potencialmente inactivos no es recomendable, debido a que dificultan el análisis de la estructura y aumentan la complejidad de los detalles y en definitiva el costo de la construcción.

6 Rigidez lateral La rigidez lateral de los pórticos arriostrados excéntricamente depende significativamente de la longitud del enlace. El efecto de la longitud del enlace sobre la rigidez lateral (relación entre el momento de inercia de la viga y de la columnas es Ib/Ic=0.25). A los efectos de la comparación de resultados, en todos los casos la rigidez relativa se determina dividiendo la rigidez lateral del pórtico arriostrado excéntricamente por la rigidez del mismo pórtico sin arriostrar. Si la longitud del enlace relativa, e/L, se adopta entre 0.1 y 0.15, la rigidez del pórtico arriostrada excéntricamente es elevada; para valores mayores de e, las riostras pierden efectividad y la rigidez decae rápidamente.

7 Comportamiento estructural del enlace A medida que los esfuerzos internos en el enlace se incrementan como consecuencia de la acción sísmica, se pueden desarrollar rótulas plástica (debido a la flexión) en los extremos o, alternativamente, se puede formar una rótula de corte, con la fluencia del alma debido a dicho esfuerzo. A partir de consideraciones de equilibrio: Donde Mp es el momento de plastificación del enlace y Vp la resistencia corte correspondiente al estado límite de fluencia del alma: A partir de la condición de fluencia balanceada se pueden definir los enlaces cortos (e = eo) se formarán rótulas plásticas por flexión.

8 Es recomendable que el momento en los extremos no exceda el valor 1.2 Mp, para evitar problemas de fractura por fatiga de bajo ciclaje. Por estas razones, la condición para definir los enlaces cortos se modifica: Con igual criterio, los resultados experimentales indican que las rótulas plásticas por flexión se producen en los extremos del enlace cuando:

9 Resistencia del enlace Determinación de la resistencia de diseño a corte: adopta el menor valor que surge de considerar los estados límites de fluencia por corte en el alma y plastificación por flexión. Donde φv es el factor de resistencia a corte, Pu es la resistencia axial requerida y Py la resistencia axial nominal. En los casos de que la carga axial en el enlace es reducida, esto es Pu <= 0.15 Py, el efecto de la carga axial puede despreciarse.

10 Deformación inelástica del enlace La deformación inelástica puede cuantificarse mediante el ángulo de rotación plástica, ϒp, entre el enlace y el tramo de viga adyacente a él. Deformación inelástica en el enlace en función de la distorsión de piso, θp=δp/h.

11 DETALLE DEL ENLACE Y CONEXIONES Los aspectos más importantes a considerar para evitar o limitar la ocurrencia de pandeo local son: (I) control de la relación ancho-espesor, (II) arriostramiento lateral del enlace y (III) colocación de rigidizadores de alma con altura completa. Los rigidizadores deben disponerse en los extremos del enlace y en ambos lados del alma, con un ancho combinado no menor que (bf – 2 tw) y un espesor no menor que 0.75 tw o 10mm. Enlaces cortos, e 1.6 Mp/Vp: a = 30 tw – d/5 para rotaciones de enlace ϒp=0.08 a = 52 tw – d/5 para rotaciones de enlace ϒp=0.02 Donde d es la altura total de la viga. Para casos de rotaciones con valores intermedios se debe interpolar linealmente. Enlaces largos, e 2.6 Mp/Vp: a = 1.5 bf Donde bf es el ancho del alma de la viga.

12 Enlaces intermedios, 1.6 Mp/Vp < e <6 Mp/Vp: La separación máxima a debe cumplir simultáneamente los límites indicados para enlaces cortos y largos. Los Arriostramientos se dispongan de manera que se tienen conexiones enlace-columna dicha conexión debe ser capaz de resistir la rotación inelásticas que se genera en el enlace. Además, la conexión debe ser precalificada, en forma similar a las conexiones viga-columna en pórticos no arriostrados. Las especificaciones AISC 341-05 incluyen requerimiento detallados para un único tipo de pórticos arriostrados excéntricamente, que por su ductilidad y capacidad de disipar energía se denominan “especiales”. El factor de modificación de respuesta se adopta como R=8 para pórticos arriostrados excentricamente con conexiones viga- columna a momento fuera del enlace dúctil.

13 Relación ancho- espesor límite para secciones de pórticos arriostrados excéntricamente.