2. CONTENIDO
Diseño sismorresistente de
estructuras de acero
• Introducción
• Métodos de análisis
• Criterios generales
• Sistemas estructurales
• Detallamiento sísmico
Ing. Jesus Lacruz Noviembre 2016
6. 1. Introducción CARACTERISTICAS
DE SISMOS
Respuesta de diferentes elementos y contenido de
una edificación frente a un sismo
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7. Estructura de acero
típica resistente a momento
1. Introducción
Conexión típica viga-columna a momento
pre-Northridge.
EFECTOS
DE SISMOS
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9. 1. Introducción
Factores que influyeron:
• Ejecución incorrecta de soldaduras
• Grietas preexistentes en soldaduras o
metal base
• Tensiones residuales en las uniones
generadas durante construcción
• Falla del ala de la columna ocasionada
por tracciones en la dirección del espesor
EFECTOS
DE SISMOS
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10. 1. Introducción
Factores que influyeron:
• Aumento de tracción en ala inferior de la
viga debido a presencia de la losa de
hormigón
• Estados triaxiales de tensión
• Concentración en pocos lugares de
uniones rígidas para resistir sismo
EFECTOS
DE SISMOS
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11. 1. Introducción EFECTOS
DE SISMOS
Respuesta experimental de conexión
viga-columna pre-Northridge
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12. Sistema estructural típico para edificios de acero en Kobe
Columnas en cajón HSS y vigas tipo I o H, ambas laminadas
EFECTOS
DE SISMOS
1. Introducción
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13. Tipos de conexiones trabe-columna usuales en Japón.
Conexiones tipo “árbol o de brazo”
EFECTOS
DE SISMOS
1. Introducción
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14. Tipos de conexiones para columnas de acero
Sistema placa-base
a) Conexión placa base
sobre concreto reforzado
b) Placa base y tramo de columna
embebidos en hormigón
EFECTOS
DE SISMOS
1. Introducción
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17. Pandeo en contraventeos en forma de X
Edificio típico de acero
EFECTOS
DE SISMOS
1. Introducción
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18. CLASIFICACION
2. Métodos de análisis
• Análisis estático
– Método de la fuerzas laterales equivalentes
• Análisis dinámico
– Análisis modal (elástico)
• En el tiempo
• Espectral
– Análisis dinámico inelástico
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19. ANALISIS ESTATICO
2. Métodos de análisis
• Método de la fuerzas laterales
equivalentes
Vb = Cs · SWi
Vb
n
j
k
j
j
i
i
b
i
h
W
h
W
V
F
1
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21. NIVELES DE
RIESGO SISMICO
3. Conceptos generales
• Sismos frecuentes: 50% probabilidad
excedencia en 50 años.
• Sismos de diseño: ~10% probabilidad
excedencia en 50 años.
• Sismos máximos considerados: 2%
probabilidad de excedencia en 50 años
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22. NIVELES DE
DESEMPEÑO SISMICO
3. Conceptos generales
• Operacional: no hay daños de
importancia, la estructura puede seguir
cumpliendo sus funciones
inmediatamente.
• Ocupación inmediata: similar al nivel
operacional, pero con posibles daños en
elementos no estructurales. Requiere
reparaciones mínimas.
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23. NIVELES DE
DESEMPEÑO SISMICO
3. Conceptos generales
• Preservación de ocupantes: daños de
consideración en elementos estructurales
y no estructurales. No hay riesgo para
ocupantes. Reparación puede ser inviable
económicamente.
• Prevención de colapso: daños
significativos en elementos estructurales y
no estructurales. Riesgo para sus
ocupantes. No reparable.
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24. OBJETIVOS DE DISEÑO
3. Criterios generales
Sismo
frecuente
Sismo de
diseño
Sismo máximo
considerado
Operacional Ocupación
inmediata
Preservación
de ocupantes
Prevención
de colapso
I
II
III
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27. CLASIFICACION
4. Sistemas estructurales
• Marcos resistentes a momento
• Marcos arriostrados concéntricamente
• Marcos arriostrados excéntricamente
• Muros de corte de placas de acero
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33. RECOMENDACIONES
GENERALES
5. Detallamiento sísmico
• 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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34. RECOMENDACIONES
GENERALES
5. Detallamiento sísmico
• 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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35. 5. Detallamiento sísmico
• Sistema estructural:
– Proveer redundancia.
– Evitar falla por inestabilidad (P-D).
– Seguir recomendaciones para buena
estructuración
RECOMENDACIONES
GENERALES
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37. 5. Detallamiento sísmico
• Columna fuerte-viga débil
MARCOS A MOMENTO
( )
AISC
M
M
M
M
M
M
pbr
pbl
pcb
pct
pb
pc
1
*
*
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38. 5. Detallamiento sísmico
• Vigas:
– Usar secciones sísmicamente compactas
– Evitar cambios bruscos de sección
– Proteger zonas de rotulación plástica
• No conectores de corte
• No elementos soldados
• No perforaciones
MARCOS A MOMENTO
ps
t
b
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39. 5. Detallamiento sísmico
• Vigas:
– Proveer arriostramiento lateral adecuado
• Longitud de arriostramiento máxima sísmica
• Resistencia de arriostramiento lateral
• Rigidez de arriostramiento lateral
MARCOS A MOMENTO
( )
AISC
F
E
r
L
L y
y
ps
b 086
.
0
( )
LRFD
AISC
h
M
P u
u -
0
06
.
0 h0
( )
( )
LRFD
AISC
h
L
M
b
u
br -
0
10
75
.
0
1
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40. 5. Detallamiento sísmico
• Columnas:
– Usar secciones sísmicamente compactas
– Proveer arriostramiento lateral adecuado
• Resistencia de arriostramiento lateral
• Rigidez de arriostramiento lateral
MARCOS A MOMENTO
ps
t
b
( )
LRFD
AISC
t
b
F
P f
f
y
br
ala
u -
02
.
0
( )
( )
LRFD
AISC
L
P
b
u
br -
8
75
.
0
1
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41. 5. Detallamiento sísmico
• Columnas:
– Diseñar bases de columna por capacidad
– Empalmes con capacidad ≥ columnas que
unen
– Zonas de panel adecuadamente reforzadas
MARCOS A MOMENTO
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42. 5. Detallamiento sísmico
• Conexiones:
– Resistir grandes desplazamientos entre pisos
– Capacidad a flexión mayor que la viga
– Capacidad al corte mayor que corte en viga
biarticulada plásticamente
MARCOS A MOMENTO
( )
2
2
h
con
esperado
pb
con
h
esperado
pb
con
L
b
L
V
M
M
L
M
V
-
-
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43. 5. Detallamiento sísmico
• Estructuración
MARCOS ARRIOSTRADOS
CONCENTRICAMENTE
No Sí
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44. 5. Detallamiento sísmico
• Estructuración
MARCOS ARRIOSTRADOS
CONCENTRICAMENTE
No Sí, condicionalmente
K V invertida V
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45. 5. Detallamiento sísmico
• Arriostramientos:
– Limitar esbeltez global
– Usar secciones sísmicamente compactas
MARCOS ARRIOSTRADOS
CONCENTRICAMENTE
( )
AISC
F
E
r
KL y
4
ps
t
b
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46. 5. Detallamiento sísmico
• Vigas:
– Diseñar para fuerza desbalanceada cuando
ocurre pandeo
MARCOS ARRIOSTRADOS
CONCENTRICAMENTE
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47. 5. Detallamiento sísmico
• Conexiones:
– Capacidad en tracción mayor que capacidad
esperada en fluencia del arriostramiento
– Resistir flexión o deformación asociada al
pandeo del arriostramiento
– Capacidad en compresión mayor que
capacidad esperada del arriostramiento
MARCOS ARRIOSTRADOS
CONCENTRICAMENTE
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48. 5. Detallamiento sísmico
• Deformación inelástica concentrada en los
“links”
• Vigas, columnas y arriostramientos
diseñados por capacidad
MARCOS ARRIOSTRADOS
EXCENTRICAMENTE
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49. 5. Detallamiento sísmico
• Links:
– Usar secciones sísmicamente compactas
– Capacidad dada por resistencia al corte,
considerando efecto de esfuerzo axial
– Longitud restringida (Llink < Lmax)
MARCOS ARRIOSTRADOS
EXCENTRICAMENTE
ps
t
b
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50. 5. Detallamiento sísmico
• Links:
– Diseño basado en deformación
MARCOS ARRIOSTRADOS
EXCENTRICAMENTE
Ddiseño q
Llink
qmax
0.08
0.02
w
y
y
A
F
Z
F
6
.
0
6
.
1
w
y
y
A
F
Z
F
6
.
0
6
.
2
(AISC)
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51. 5. Detallamiento sísmico
• Links:
– Atiesadores en extremos
– Arriostramiento lateral en extremos
MARCOS ARRIOSTRADOS
EXCENTRICAMENTE
Atiesadores
( )
LRFD
AISC
h
M
P
esperado
u
u -
0
06
.
0
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52. 5. Detallamiento sísmico
• Conexiones:
– Capacidad de soportar corte y momento en
extremos del “link”.
– Capacidad de absorber rotaciones de los
extremos del “link”
MARCOS ARRIOSTRADOS
EXCENTRICAMENTE
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53. 5. Detallamiento sísmico
• Deformación inelástica concentrada en las
placas
• Vigas y columnas diseñadas por
capacidad
MUROS DE CORTE
DE PLACAS DE ACERO
Placas
de acero
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54. 5. Detallamiento sísmico
• Placas:
– Capacidad controlada por fluencia en corte
– Razón altura/largo limitada
• Vigas, columnas, conexiones viga-
columna:
– Cumplir con requisitos de marcos a momento
• Conexiones placa-columna/viga
– Controladas por fluencia en tracción inclinada
MUROS DE CORTE
DE PLACAS DE ACERO
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55. 5. Detallamiento sísmico
• Viga de sección reducida
ESTRATEGIAS
AVANZADAS
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56. 5. Detallamiento sísmico
• Arriostramientos de pandeo restringido
ESTRATEGIAS
AVANZADAS
t
b
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