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8/17/2019 DetallamientoSismico.pdf

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Diseño de edificios en acero29 y 30 de septiembre de 2015


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Detallamiento sísmico demarcos rígidos

Ricardo Herrera Mardones, Ph.D.


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Diseño de Edificios de Acero

Recomendaciones generales

Material base:

Usar aceros con ductilidad y resiliencia significativa.

Usar aceros con buena resistencia a fractura.

No perturbar “zonas protegidas”


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Elementos estructurales:

Evitar pandeo local.

Relaciones ancho/espesor

Niveles de esfuerzo axial

Evitar pandeo global por flexión, torsión o flexo-torsión.

Longitudes de arriostramiento

Rigidez y resistencia de arriostramientos

Evitar fallas por cargas concentradas

Diseñar por capacidad elementos que no deben fallar.


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Conexiones:

Diseñar para lograr falla dúctil de la conexión o del

elemento.

Evitar concentración de tensiones.

Evitar estados triaxiales de tensiones

Evitar delaminación.

Usar electrodos con buena resistencia a fractura.


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Mecanismo de falla


7/39Diseño de Edificios de Acero

Columna fuerte-viga débil

AISC M M

M M

M

M

pbr pbl

pcb pct

pb

pc1

*

*



Conexiones

Resistir grandes desplazamientos entre pisos

Capacidad a flexión mayor que la viga

Capacidad al corte mayor que corte en viga

biarticulada plásticamente

2

2

hcon

esperado

pbcon

h

esperado

pb

con

Lb LV M M

L

M V



Conexiones precalificadas

AISC 358-2010

Para uso en SMF e IMF

Todas las conexiones se diseñan como FR




AISC 358-2010

Limitaciones en tamaño y fabricación de vigas y

columnas




AISC 358-2010

Consideraciones de diseño

Distancia de la rótula plástica a la cara de la columna

preestablecida

Momento de diseño en la rótula plástica




AISC 358-2010

Soldaduras:

Ejecutar de acuerdo a AWS D1.8

Eliminar posibles puntos de inicio de fractura

Pernos:

Calidades A325, A490, F1852 o F2280

Instalados con pretensión “slip critical”




Viga de sección reducida (RBS)




Placa de extremo apernada (Bolted extended end

plate connection)




Placa apernada al ala (Bolted flange plate

connection)




Ala y alma soldada (Welded unreinforced flange-

welded web, WUF-W)



Empalmes y bases de columnas

Diseñar bases de columna por capacidad

Empalmes con capacidad ≥ columnas que unen

Zonas de panel adecuadamente reforzadas



Empalmes y bases de columnas

Diseñar bases de columna por capacidad

Artícul



Llaves de corte

Norma Chilena NCh2369.Of 2003 (INN,2003)

100% Corte Basal

Criterios conservadores de diseño

Artícul

o

Indicación

8.6.3

Las placas bases de columnas y equipos en general deben estar

provistas de placas de corte o topes sísmicos diseñados para transmitir el

100% del esfuerzo de corte basal.

Se exceptúan de esta exigencia los casos siguientes:

a) Apoyos con esfuerzo de corte inferior a 50 kN; en este caso

se aceptará tomar el corte con los pernos, considerando que sólo dos de ellos

son activos para ese fin y las correspondientes fórmulas de interacción corte-

tracción.

b) Bases de estanques y equipos provistos de nueve o más pernos; en

este caso se aceptará tomar el 100% del corte con los pernos, considerando

activos un tercio del número total de pernos, y aplicando las

correspondientes fórmulas de interacción corte-tracción con la tracción

máxima y el corte así calculado.

c) Estanques de razón de aspecto menor que uno, que no requieren

anclaje de acuerdo con 11.8. En este caso el corte podrá ser tomado con

conicidad en la base.

8.6.4

En el diseño de la placa de corte no se debe considerar la

resistencia del mortero de nivelación.

8.6.5

El diseño de los elementos de anclaje al corte no debe contemplar el

roce entre la placa base y la fundación.

8.6.6

No se debe considerar la superposición de resistencia entre

placas de corte y pernos de anclaje.

8.6.8

El hormigón de las fundaciones se debe diseñar para resistir los

esfuerzos verticales y horizontales transmitidos por los elementos metálicos

de anclaje. La resistencia del hormigón y sus refuerzos debe ser tal que la

eventual falla se produzca en los dispositivos metálicos de anclaje y

no en el hormigón.



Llaves de corte

Guía de diseño N°1 “Column Base Plates”

(AISC, 2003)

Modo de falla: fluencia a flexión en la base.

Hipótesis: Viga en voladizo y Presión constante en H.

Llave de Corte(plancha)

Presión uniforme

Grout

GH

t

t

W

Plancha simple

Columna(AISC, 2003)



Llaves de corte

Estudio experimental de llaves de corte en

cruz (Palma, 2008)

Carga vertical

Pieza rígida de acero

Grout

Llave de corte

Placa Base

4 pernos 3/8’’

Bloquede hormigón

Perfil de acero doble T

(Palma, 2008)

(Agu irre & Palm a, 2009)



Llaves de corte

Estudio experimental de llaves de corte en

cruz (Palma, 2008)

Modos de falla: Compresión en hormigón (frágil)

Fluencia al corte (dúctil)

(Agu irre & Palm a, 2009)



Llaves de corte

Daño observado en bases de columnas para el

27-F

Falla en pedestales: Daño en elementos de concreto

Fluencia en pernos de anclaje

(Montecin os, Herrera, Verdu go & Beltrán,

2012)


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Modelo de Elementos Finitos

• Geometría

Bloque

Placa Base

Llave

de Corte

Grout

Eje de simetría

Grout

Llavede Corte

Placa

Base Bloque

ENSAYOS MODELOS

C.B: ≡ 0 ≡ 0

C.B: ≡ ≡ ≡ 0

C.B:

≡ ≡ 0


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• Mesh ELEMENTOS SÓLIDOS 3D

Hexaédricos

Tetraédricos

Llavede Corte

Bloque Grout

Placa Base

3 g.d.l de traslación por nodo

Funciones de interpolaciónlineales

(4 nodos)

(8 nodos)


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Deformada

Llave N°1 Llave N°4 Llave N°6

(Palma, 2008)


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Esfuerzos

FLEXIÓN


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Esfuerzos

CORTE


29/39



Tensiones

= 0.577 = 183

= = 317

CORTE YZ

VON MISES


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Tensiones FLEXIÓN (NORMAL en Z)

> 317

> 317


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Deformaciones Equivalentes

Modo de falla FLUENCIA ALCORTE


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Comportamiento elementos de concreto

Bloque de hormigón

Desplazamiento en Y


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Bloque de hormigón: Tensiones principales

>

>


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Bloque de hormigón: Tensión de Von Mises

Daño localizadoHormigón nopresentaría falla

d l d l i i


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Comportamiento elementos de concreto

Grout

Desplazamiento en Y

d l d l i i


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Grout: Tensiones principales

>

>

M d l d El Fi i


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Grout: Tensión de Von Mises

DañoNo provocaríafalla del sistema

Confinamiento(efectivo)

M d l d El Fi i


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Bloque y hormigón: Tensión normal en H

No es consistente con:

C l i


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Conclusiones

Modo de falla predominante

Fluencia al corte:

Revisión criterios de diseño actuales

Análisis paramétrico

Influencia de (t) por sobre (H)

Consistente conevidencia

experimentalreciente

Consistente conmodo de fallaidentificado

• Fluencia a flexión• Hipótesis viga en voladizo

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