38913252-Diseno-Sismo-Resistente-en-Acero.pdf

Diseño Sismo-Resistente en Acero
 ANSI/AISC 360-05 “Specification for Structural Steel Buildings”
Normas y Códigos de Diseño de Estructuras de Acero
 ANSI/AISC 341-05 “Seismic Provisions for Structural Steel Buildings”
 ANSI/AISC 358-05 “Prequalified Connections for Special and
Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications”
 AISC LRFD-99 “Load Resistance Factor Design”
 AISC ASD-01 “Allowable Stress Design”
 AISC – Steel Design Guide (Second Edition)

Normas y Códigos de Diseño de Estructuras de Acero
 FEMA 350
Recommended Seismic Design Criteria for New Steel Moment-
Frame Buildings
 FEMA 351
Recommended Seismic Evaluation and Upgrade Criteria for
Existing Welded Steel Moment-Frame Buildings
 FEMA 352
Recommended Postearthquake Evaluation and Repair Criteria for
Welded Steel Moment-Frame Buildings
 FEMA 353
Recommended Specifications and Quality Assurance Guidelines
for Steel Moment-Frame Construction for Seismic Applications

Filosofia del Diseño Estructural Sismo-resistente
 Establecer un Diseño Por Capacidad: Limitar Mecanismos Frágiles y
Propiciar Mecanismos Ductiles.
 Elegir y establecer el patron de falla adecuado de los elementos “Fusibles”
que entrarán en cedencia durante un evento sísmico.
 Los elementos “Fusibles” deben ser capaces de desarrollar incursiones
inelásticas significativas y de disipar energía durante un evento sísmico.
 Diseñar el resto de los elementos del sistema resistente a sismo con la
condición de que permanezcan en el rango elástico al presentarse las fallas
ductiles (Rótulas plásticas) esperadas en los “Fusibles”.
 Las Conexiones de los elementos “Fusibles” deben ser diseñadas en función
a la capacidad inelástica esperada de los mismos.
 Las conexiones del resto de los elementos del sistema resistente a sismo
deben ser diseñadas para las fuerzas que se producen al presentarse las
fallas ductiles (Rótulas plásticas) esperadas en los “Fusibles”

Casos y Combinaciones de Carga
(1) 1.4 CP
(2) 1.2 CP + 1.6 CV + 0.5 CVt
(3) 1.2 CP + 1.6 CVt + 0.5 CV
(4) 1.2 CP + 0.5 CV + 1.0 Eb
(5) 0.9 CP + 1.0 Eb
(6) 1.2 CP + 0.5 CV + 1.0 Ea
(7) 0.9 CP + 1.0 Ea
CP : Carga Permanente
CV: Carga Variable
CVt: Carga Variable de Techo
Eb: Acción sísmica Básica
Ea: Acción Sísmica Amplificada
Combinaciones para el
Diseño de los Elementos
Fusibles.
Combinaciones para el Diseño
del Resto de los elementos que
conforman el sistema resistente a
sismo
Casos de Carga

Acción Sísmica
Eb = ρ QE  0.2 SDS CP
QE = Carga Sísmica Horizontal
SDS = Aceleración del espectro de diseño para períodos cortos
CP = Carga Permanente.
ρ = reliability factor que varia de 1.00 a 1.50 (Depende de la
Redundacia estructural “Hiperestaticidad”)
Ωo = Factor de Sobre-resistencia Sísmica (Depende del Sistema
Estructural)
Ea = Ωo QE  0.2 SDS CP
Efecto de Fuerzas
Horizontales
Efecto de Fuerzas
Verticales
E

Acción Sísmica en Combinaciones de Carga
Para la Combinación (4): 1.2 CP + 0.5 CV + 1.0 Eb
Se tiene que: Eb = ρ QE + 0.2 SDS CP
Para la Combinación (5): 0.9 CP + 1.0 Eb
Se tiene que: Eb = ρ QE - 0.2 SDS CP
(1.2 + 0.2 SDS) CP + 0.5 CV + 1.0 ρ QE
(0.9 - 0.2 SDS) CP + 1.0 ρ QE

Acción Sísmica en Combinaciones de Carga
Para la Combinación (6): 1.2 CP + 0.5 CV + 1.0 Ea
Se tiene que: Ea = Ωo QE + 0.2 SDS CP
Para la Combinación (7): 0.9 CP + 1.0 Ea
Se tiene que: Ea = Ωo QE - 0.2 SDS CP
(1.2 + 0.2 SDS) CP + 0.5 CV + 1.0 Ωo QE
(0.9 - 0.2 SDS) CP + 1.0 Ωo QE

Factor de Amplificación Sísmica
Tipos de Sistema Ωo
Moment Resistance Frames (SMF, IMF, OMF)
Special Truss Moment Frames (STMF)
Concentrically Braced Frames (SCBF, OCBF)
Eccentrically Braced Frames (EBF)
Special Plate Shear Walls (SPSW)
Buckling Restrained Braced Frames (BRBF)
Conexiones Viga-Columna
resistentes a Momentos
 Conexiones Viga-Columna No
resistentes a Momentos
3
2
2
2
2
2.5
2

Carga Sísmica Amplificada
Desplazamiento Lateral de la Estructura
Qe
Ωo Qe
La Carga Sísmica Amplificada, ΩoQe, se utiliza para estimar
las fuerzas que ocurren en cada uno de los elementos que
conforman el sistema resistente a sismo, para cuando los
“fusibles” de la estructura incursionan en el rango inelástico

Hot-Rolled Shapes and Bars:
ASTM A36 1.5 1.2
ASTM A572 Gr 42 1.1 1.1
ASTM A992; A572 Gr 50 or Gr 55;
ASTM A913 Gr 50, 60 or 65; ASTM A588;
A1011 HSLAS Gr 50 1.1 1.1
ASTM A529 Gr 50 1.2 1.2
ASTM A529 Gr 55 1.1 1.2
Hollow Structural Sections (HSS):
ASTM A500 Gr B or Gr C; ASTM A501 1.4 1.3
Pipe:
ASTM A53 1.6 1.2
Plates:
ASTM A36 1.3 1.2
ASTM A572 Gr50; ASTM A588 1.1 1.2
Acero Estructural Ry Rt

Factores de Sobre-resistencia
Ry: Factor Mínimo de Sobre-resistencia Cedente
Rt : Factor Mínimo de Sobre-resistencia Ultima
Esfuerzos Esperados
Esfuerzo Cedente Esperado = Ry Fy
Esfuerzo Ultimo Esperado = Rt Fu
Los esfuerzos esperados (Rt Fu) y (Ry Fy) son utilizados para
establecer las fuerzas de diseño de las conexiones del sistema
resistente a sismos.

• Sistema de Vigas y Columnas con conexiones
resistentes a momentos.
• Comportamiento a flexión y corte en Vigas y
Columnas.
1.1 Caracteristicas.
1.- Porticos Resistentes a Momentos (MRF)

1.2 Respuesta Estructural ante Sismos.
M V

• Sistema capaces de desarrollar
ductilidad, disipación de Energía e
incursiones inelásticas significativas.
• Sistemas con muy poca rigidez
elástica.
• Los mecanismos que pueden
presentarse son:
Cedencia por Flexión en las Vigas.
Cedencia por Corte en la Zona del
panel.
Cedencia por Flexión y Fuerza
Axial en Columnas.
1.3 Desempeño Estructural.
Zona del Panel
(Cedencia por Corte)
Viga
(Cedencia por Flexión)
Columna
(Cedencia
por Flexion y
Fuerza Axial)
Posible Ubicación de
Rótulas Plasticas

• Para lograr una buena ductilidad y disipación de energía es necesario que
se presente el mecanismo de rótulas plásticas por flexión en Vigas.
• De presentarse rótulas plásticas en columnas podria generarse un entrepiso
débil y con ello provocar el colapso de la estructura.
h

L
Rótulas Plásticas

1.4 Clasificación según su nivel de Desempeño sismorresistente.
 1.4.1 Special Moment Frames (SMF). Pórticos Especiales a Momento.
 1.4.2 Intermediate Moment Frames (IMF). Pórticos Intermedios a Momento.
 1.4.3 Ordinary Moment Frames (OMF). Pórticos Intermedios a Momento.
• Sistemas capaces de desarrollar incursiones inelásticas Significativas,
de manera estable.
• Sistemas capaces de desarrollar incursiones inelásticas Moderadas, de
manera estable.
• Sistemas con una capacidad inelástica muy Limitada. Su desempeño
esta basado en el rango elástico.

Porticos Especiales de Momento (SMF)
a) Limitaciones en Vigas. (9.4 AISC Seismic Provisions )
y
s
f
f
F
E
30
.
0
t
2
b

Alas de Vigas Alma de Vigas
y
s
w F
E
45
.
2
t
h
≤
bf
tf
h
tw
a.1) Relación Ancho-Espesor: Las secciones deben ser
Compactas Sísmicas (ps), a fin de limitar el pandeo local.
a.2) Alas de Vigas: No se permite alterar las alas de las
vigas en la zona de rótulas plásticas, a menos que se
demuestre a través de ensayos calificados que la misma
puede lograr en dicha región incursiones inelásticas
estables.

bf
tf
h
tw
y
s
f
f
F
E
30
.
0
t
2
b
≤
125
.
0
P
P
y
u
≤
 







y
u
y
s
w P
P
54
.
1
1
F
E
14
.
3
t
h

≤
y
s
y
u
y
s
w F
E
49
.
1
P
P
33
.
2
F
E
12
.
1
t
h












Alas de Columnas
125
.
0
P
P
y
u


Alma de Columnas
b) Limitaciones en Columnas. (9.4 AISC Seismic Provisions )
b.1) Relación Ancho-Espesor: Las secciones deben ser
Compactas Sísmicas (ps), a fin de limitar el pandeo local.

Lb = Distancia entre arriostramientos
laterales
ry = Radio de Giro Menor
Arriostramientos Laterales
Lb Lb
c) Arriostramiento Lateral de Vigas (9.8 AISC Seismic Provisions )
Las Alas de las Vigas del sistema resistente a sismos deben
estar debidamente arriostradas lateralmente para controlar
el pandeo lateral torsional de las mismas.
r
F
E
086
.
0
L y
y
b 








Pandeo Lateral Torsional

Lb
Arriostramiento
Lateral
Ambas Alas Soportadas
Lateralmente
Viga del Sistema
Resistente a
Sismos (SMF)

d) Planchas de Continuidad (9.5 AISC Seismic Provisions )
d.1) En las Uniones Viga-Columna deben incorporarse planchas de
continuidad de conformidad a las conexiones precalificadas utilizadas y
siguiendo los parámetros mínimos que se describen a continuación:
tcp
tbf
tcp ≥ 1/2  tbf
tcp
tbf-2
tbf-1
tcp ≥ Mayor Valor entre (tbf-1 y tbf-2 )

d) Planchas de Continuidad (9.5 AISC Seismic Provisions )
d.2) Podrian Omitirse las Planchas de Continuidad si se presentan las siguientes
condiciones:
.- Si al Realizar el Análisis y Diseño de la Conexión Precalificada, no son
requeridas las planchas de continuidad para las fuerzas concentradas en la
Columna debido a los Momentos Máximos probables provenientes de las vigas.
yc
yc
yb
yb
bf
bf
cf
F
R
F
R
t
b
8
.
1
4
.
0
t 
.- Si se cumple que:
6
b
t bf
cf 
tcf = Espesor del Ala de la Columna
bbf = Ancho del Ala de la Viga
tbf = Espesor del Ala de la Viga
Ryb = Factor de sobre-resistencia en Vigas
Ryc = Factor de sobre-resistencia en Columnas

e) Relación de Momentos Columna-Viga (9.6 AISC Seismic Provisions )
e.1) Para establecer un Criterio Columna Fuerte – Viga Débil, debe cumplirse en
cada junta la Relación de Momentos presentada, salvo algunas excepciones.
0
.
1
M
M
*
pb
*
pc



De no cumplirse la relación de momentos
presentada podria generarse un Mecanismo de
colapso de piso al desarrollarse rótulas plásticas
en columnas del mismo nivel.

e) Relación de Momentos Columna-Viga (9.6 AISC Seismic Provisions )
 
*
pc
M Sumatoria de las resistencias teóricas a flexión plástica de las
columnas incluyendo la reducción de la carga axial mayorada,
ubicadas en los extremos (superior e inferior) de las conexiones a
momentos de las vigas, proyectadas sobre en el punto de
intersección de los ejes baricéntricos de vigas y columnas que
concurren al nodo.
 
*
pb
M Sumatoria de las resistencias esperadas a flexión ubicadas en las rótulas
plásticas de las vigas, proyectadas sobre el punto de intersección de los
ejes baricéntricos de las vigas y las columnas que concurren al nodo.
e.2) Definición de Momentos Máximos Probables en Vigas y Columnas.

C
L
C Viga
L
Columna
M*pc-Superior
M*pc-Inferior
M*pb-Izquierda
M*pb-Derecha
∑M*pc = M*pc-Superior + M*pc-Inferior
∑M*pb = M*pb-Izquierda + M*pb-Derecha
e.3) Momentos de Vigas y Columnas en el punto de Intersección de sus
ejes baricéntricos.

Mpr-Der.
Mpr-Izq.
Vuv (Der.)
Vuv (Izq).
Viga Izq.
Viga Der.
Rótula Plástica
Rótula Plástica
sh+dcol/2
M*pb-Izq. M*pb-der.
sh+dcol/2
M*pb = Mpr + Vuv (sh + dcol /2 )
dcol
e.4) Cálculo de M*pb
sh
Sh : Distancia donde ocurre la rótula
plástica, medida desde la cara de la
columna (Depende de la Conexión
Utilizada)
sh
Mpr : Resistencia Esperada a Flexión actuando en la rótula plástica de la viga
Vuv : Resistencia Esperada a Corte actuando en la rótula plástica de la viga

e.5) Definición de Mpr y Vuv
Lh
Q = (1.2 CP + 0.5 CV )
Vuv = (2 Mpr / Lh ) + Vg
Vuv Vuv
Rótula Plástica
Mpr = 1.1Ry Mp = 1.1Ry Zb Fyb
Vg = QLh / 2
sh
sh
Mpr Mpr

Columna Superior.
Mpc-Sup.
M*pc = Mpc + Vuc ( dviga /2 )
dviga
e.6) Cálculo de M*pc
Mpc : Resistencia Teórica a Flexión de la Columna incluyendo la Carga Axial Mayorada.
Vuc : Resistencia Esperada a Corte de la Columna actuando en la cara de la viga
Columna Inferior.
M*pc-Sup.
M*pc-Inf.
Mpc-Inf.
Vuc superior
Vuc inferior

e.7) Definición de Mpc y Vuc
Mpc = Zc ( Fyc - Puc /Ag ) Vuc = (2 Mpc / Lv )
Lv : Luz libre de la Columna
Mpc
Mpc
Vuc
Vuc
Punto de
Inflexión.
Puc
Puc : Carga Axial Mayorada actuando en la columna.
Ag : Area gruesa de la columna.
Lv

f) Conexiones Viga-Columna (9.2 AISC Seismic Provisions )
f.1) Las Conexiones Viga-Columna del sistema resistente a sismo tipo “SMF”
deben satisfacer los siguientes requisitos:
.- Deben ser capaces de desarrollar una deriva de piso “ ” (rotación plástica)
igual o mayor a  0.04 rad.
.- Deben ser diseñadas de acuerdo a la Resistencia Esperada a Flexión de la Viga
Conectada en la cara de la columna. Ademas, las conexiones deben desarrollar
como mínimo un Momento Resistente igual a 0.80Mp de la viga conectada, para
una deriva de piso “ ” (rotación plástica) de  0.04 rad.
.- Deben ser diseñadas a corte considerando el desarrollo de rótulas plásticas
en los extremos de la viga conectada:
Donde:
Mpr = 1.1 Ry Mp = 1.1 Ry Zb Fyb (Momento máximo esperado en la Viga)
Lh = Longitud entre rótulas plásticas
Vg = Corte proveniente de las cargas gravitacionales mayoradas

-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
Deriva de Piso  (rad)
Momento
de
la
Viga
en
la
Cara
de
la
Columna
(in-kips)
0.8 Mp
- 0.8 Mp
M0.04 0.8 Mp
M0.04 0.8 Mp
.- Despues de completar al menos un ciclo de carga con  0.04 radianes, la resistencia
a flexión medida en la cara de la columna, debe ser al menos 0.80 Mp de la viga
conectada. A continuación se presenta el Ciclo de Histéresis Típico Esperado.

Δ
Hcolumna

Deriva de Piso
Δ
Hcolumna
 =
Carga Cíclica

f) Conexiones Viga-Columna (9.2 AISC Seismic Provisions )
f.2) Deben Utilizarse Conexiones Precalificadas ANSI/AISC 358 “Prequalified
Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic
Applications"
• Viga de Sección Reducida (RBS)
• Conexión con Plancha Extrema (End Plate)
 De 4 Pernos por Ala “No rigidizada” (4E)
 De 4 Pernos por Ala “Rigidizada” (4ES)
 De 8 Pernos por Ala “Rigidizada” (8ES)

• Conexión con Plancha Extrema (End Plate). 6.2 AISC “Prequalified Connections
for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications"
f) Conexiones (9.2 AISC Seismic Provisions )

Ejemplos de Conexiones con Plancha
Extrema

Ejemplos de Conexiones
con Plancha Extrema

• Conexión con Viga de Sección Reducida (RBS). 6.2 AISC “Prequalified Connections
for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications"
f) Conexiones (9.2 AISC “Seismic Provisions” )
Sección Reducida

Ejemplos de Conexiones con Viga de
Sección Reducida (BRS)

g) Conexiones Viga-Columna con Arriostramiento Lateral
(9.7a AISC Seismic Provisions )
g.1) En las conexiones Viga – Columna del sistema resistente a sismo tipo
“SMF”, las alas de la columna se podrán arriostrar lateralmente solo en el
nivel de las alas superiores de las vigas, cuando se demuestre que fuera de
la zona del panel, la columna permanece elástica. Se considera que la
columna permanece elástica cuando la relación de Momentos Columna/Viga
es mayor que 2.00
0
.
2
M
M
*
pb
*
pc




g.2) Si la relación de Momentos Columna/Viga es menor a 2.00, se aplicarán
las siguientes disposiciones:
 Las alas de la columna estarán soportadas lateralmente al nivel
de ambas alas de las vigas.
 El soporte lateral de cada ala de columna se diseñará para una
solicitación mayorada igual al dos por ciento (2 %) de la resistencia
teórica del ala de la viga (Fyb bf tf ).
 Las alas de la columna se soportarán lateralmente, directa o
indirectamente, por medio del alma de la columna o de las alas de
las vigas perpendiculares.
g) Conexiones Viga-Columna con Arriostramiento Lateral
(9.7a AISC Seismic Provisions )

h.1) Las columnas con conexiones Viga-Columna sin soporte lateral en la dirección
transversal al del pórtico sísmico, se diseñarán utilizando la distancia entre los
soportes laterales adyacentes como la altura de la columna para efectos del pandeo
en dicha dirección. El diseño se realizará de acuerdo con el Capítulo (H) de la Norma
ANSI/AISC 360-05 “Specification for Structural Steel Buildings”, excepto que:
h.1.1) La solicitación mayorada sobre la columna se calculará para las combinaciones de
cargas establecidas, siendo la acción sísmica S el menor valor entre:
La fuerza sísmica amplificada Ωo SH ,donde SH representa la componente
horizontal de la fuerza sísmica.
Ciento veinticinco por ciento (125 %) la resistencia minorada del pórtico, calculada
como la resistencia minorada a flexión de la viga o la resistencia minorada a corte
de la zona del panel.
h) Conexiones Viga-Columna sin Arriostramiento Lateral
(9.7b AISC Seismic Provisions )

h.1.2) Para estas columnas, la relación de esbeltez L/r no excederá de 60.
h.1.3) En dirección transversal al pórtico sísmico, el momento mayorado
en la columna deberá incluir el momento generado por la fuerza en el
ala de la viga, como se especifica en la sección 9.7a, más el momento
de segundo orden que resulta del desplazamiento del ala de la
columna.
h) Conexiones Viga-Columna sin Arriostramiento Lateral
(9.7b AISC Seismic Provisions )

I) Zona del Panel (9.3 AISC Seismic Provisions )
i.1) Distribución de Fuerzas en la Zona del Panel (Junta Viga-Columna)

Mpr-Der.
Mpr-Izq.
Vuv (Der.)
Vuv (Izq).
Viga Izq.
Viga Der.
Rótula Plástica
Rótula Plástica
Mf1. Mf2
Mf = Mpr + Vuv x sh
dcol
i.2) Cálculo de Mf
sh
Sh : Distancia donde ocurre la rótula
plástica, medida desde la cara de la
columna (Depende de la Conexión
Utilizada)
sh
Mpr : Resistencia Esperada a Flexión actuando en la rótula plástica de la viga
Vuv : Resistencia Esperada a Corte actuando en la rótula plástica de la viga
Mf : Resistencia Esperada a Flexión actuando en la cara de la Columna

i.3) Definición de Mpr y Vuv
Lh
Q = (1.2 CP + 0.5 CV )
Vuv Vuv
Rótula Plástica
Mpr = 1.1Ry Mp = 1.1Ry Zb Fyb
Vg = QLh / 2
sh
sh
Mpr Mpr

i.4) Definición de Mpc y Vuc
Mpc = Zc ( Fyc - Puc /Ag ) Vuc = (2 Mpc / Lv )
Mpc
Mpc
Vuc
Vuc
Punto de
Inflexión.
Puc
Puc : Carga Axial Mayorada actuando en la columna.
Ag : Area gruesa de la columna.
Lv

j) Zona del Panel (9.3 AISC Seismic Provisions )
j.1) Diseño de la Zona del Panel (Junta Viga-Columna)
  uc
f
b
f
u V
t
d
M
R 



Ru  v Rv donde v = 1.0
Resistencia Requerida por Corte
Resistencia Nominal basada en el
estado límite de cedencia por Corte
J10.6 AISC “Specification for Structural
Steel Buildings”

Cuando Pu  0.75 Py en la Columna:










p
c
b
2
cf
cf
p
c
y
v
t
d
d
t
b
3
1
t
d
F
6
.
0
R (AISC Spec EQ J10-11)
j.2) Definición de Rv (Resistencia a Corte)



















y
u
p
c
b
2
cf
cf
p
c
y
v
P
P
2
.
1
9
.
1
t
d
d
t
b
3
1
t
d
F
6
.
0
R
Cuando Pu > 0.75 Py en la Columna (No Recomendado):
(AISC Spec EQ J10-12)
Pu : Carga Axial Mayorada actuando en la zona del Panel

j.3) Parámetros de la Zona del Panel
dc = Altura de la Columna
db = Altura de la Viga
bcf = Ancho del Ala de la Columna
tcf = Espesor del Ala de la Columna
Fy = Resistencia Cedente de la Columna
Ag = Area Gruesa de la Columna
tp = Espesor Total del Alma de la Columna, incluyendo las planchas
adosadas de refuerzo
Py = Fy Ag
db
dc
tcf
bcf
tp
Zona del Panel

j) Zona del Panel (9.3 AISC Seismic Provisions)
j.4) Incorporación de planchas refuerzo en el alma de columnas en la
zona del panel.
Si Ru > v Rv
Requiere planchas de refuerzo
planchas de refuerzo
adosadas al alma
Tipo 1 Tipo 2

2.- Porticos con Arriostramientos Concéntricos (CBF)
• Sistema de vigas, columnas y
arriostramientos concéntricos.
• Sistemas con desarrollo de
deformaciones y fuerzas axiales
significativas.

2.2 Tipos de Sistemas Concéntricos.
V-Invertida
X (1 piso)
V
Simple
X (2 Pisos)

2.2 Tipos de Sistemas Concéntricos.

2.3 Respuesta Estructural ante Sismos.
Tracción
Compresión

• Sistemas capaces de desarrollar
ductilidad, disipación de Energía e
incursiones inelásticas moderadas.
• Sistemas con una gran rigidez
elástica.
• Los mecanismos que pueden
presentarse son:
Cedencia en los
arriostramientos en Tracción.
Pandeo en los
arriostramientos en
Compresión.
2.4 Desempeño Estructural.
Tracción
Compresión
Tracción Compresión

2.5 Diagrama de Histéresis de un Arriostramiento Concéntrico.
P

Tracción
Compresión
Alargamiento
Acortamiento

P
Esquema General

P

Tracción
Compresión
Alargamiento
Acortamiento
P
PC
1
1. Representa la capacidad a compresión definida por
el pandeo del elemento.
Primera Fase: Se carga axialmente el elemento a
Compresión.

P

Tracción
Compresión
Alargamiento
Acortamiento
PC
1
2
1. Representa la capacidad a compresión definida por
el pandeo del elemento.
2. Representa la resistencia remanente a compresión
(Post-Pandeo). Se genera una rótula plástica en el
centro del elemento
P
Δ
Rótula
Plástica
Primera Fase: Se carga axialmente el elemento a
Compresión.

P

Tracción
Compresión
Alargamiento
Acortamiento
PC
1
2
3. Representa la deformación (acortamiento)
remanente del elemento generada al superar su
capacidad elástica a compresión.
Segunda Fase: Se descarga axialmente el elemento
(P = 0)
3

P

Tracción
Compresión
Alargamiento
Acortamiento
PC
1
2
4. Representa la capacidad cedente del elemento a
tracción.
Tercera Fase: Se carga axialmente el elemento a
tracción.
3
4
Py
P

P

Tracción
Compresión
Alargamiento
Acortamiento
PC
1
2
5. Representa la deformación (alargamiento)
remanente en el elemento al superar la capacidad
elástica.
Cuarta Fase: Se descarga axialmente el elemento
(P = 0)
3
4
Py
5

P

Tracción
Compresión
Alargamiento
Acortamiento
PC
1
2
6. Representa la capacidad a Compresión
“Reducida” por el primer ciclo.
7. Representa la capacidad a compresión para
cuando se forma nuevamente la rótula plástica en
el medio del elemento.
Quinta Fase: Se carga axialmente el elemento a
compresión (Segundo Ciclo).
3
4
Py
5
6
7
P
Rótula
Plástica

2.6 Clasificación según su nivel de Desempeño sismorresistente.
 2.6.1 Special Concentrically Braced Frames (SCBF). Pórticos Especiales
de arriostramientos Concéntricos.
 2.6.2 Ordinary Concentrically Braced Frames (OCBF). Pórticos Ordinarios
de arriostramientos Concéntricos.
• Sistemas capaces de desarrollar incursiones inelásticas Moderadas, de
manera estable.
• Sistemas con una capacidad inelástica muy Limitada. Su desempeño
esta basado en el rango elástico.

Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricos (SCBF)
a) Limitaciones en Miembros. (13.2 AISC Seismic Provisions )
y
s
f
f
F
E
30
.
0
t
2
b

Alas de
arriostramientos
Alma de
arriostramientos
y
s
w F
E
45
.
2
t
h
≤
bf
tf
h
tw
a.1) Relación Ancho-Espesor en arriostramientos (13.2.d AISC S-P).
Las secciones deben ser Compactas Sísmicas (ps), a fin de limitar el
pandeo local.

a.2) Relación Ancho-Espesor en Columnas (13.2.d AISC S-P).
pandeo local.
tf
h
tw
y
s
f
f
F
E
30
.
0
t
2
b
≤
125
.
0
P
P
y
u
≤
 







y
u
y
s
w P
P
54
.
1
1
F
E
14
.
3
t
h

≤
y
s
y
u
y
s
w F
E
49
.
1
P
P
33
.
2
F
E
12
.
1
t
h












Alas de Columnas
125
.
0
P
P
y
u


Alma de Columnas
bf

a.3) Resistencia Esperada en Arriostramientos (13.2.b AISC S-P).
P

P

Pmax = Py
Resistencia Esperada
Pmax = Ry Fy Ag
a.3.1) Arriostramientos a Tracción

a.3) Resistencia Esperada en Arriostramientos (13.2.b AISC S-P).
a.3.2) Arriostramientos a Compresión
P

Pc
Resistencia Esperada
Pc = 1.1 Ry Pn
( Pn = Ag Fcr )
Take Presidual = 0.3 Pn
P
Presidual  0.3 Pn
Porticos Especiales de Arriostramientos Concéntricos (SCBF)

a.4) Esbeltez en Diagonales (13.2.a AISC S-P).
Los arriostramientos deben tener una relación de esbeltez muy
controlada, a fin de limitar el pandeo local.
200
r
KL
F
E
4
y


Relación de Esbeltez Máxima Aplicable si se
cumple la Condición “A” o la Condición “B”
r
KL
F
E
4
y

Relación de Esbeltez Máxima Aplicable
sólo si se cumple con la Condición “B”

Condición A:
La resistencia disponible de las
columnas debe ser igual o
mayor a la demanda impuesta
en las mismas, considerando la
Amplificación de la fuerza
sísmica condicionada por el
factor “Ωo”
Ω0 QE - Pgrav 2

T
C
T
T
C
C
Ω0 QE + Pgrav 1
Pgrav 1 :  [ (1.2 + 0.2SDS) CP + 0.5CV ]
Pgrav 2 :  (0.9 - 0.2SDS) CP
Ω0 = 2
QE : Acción Sísmica

Condición B:
La resistencia disponible de las columnas debe
ser igual o mayor a la demanda impuesta en las
mismas, considerando en el equilibrio del pórtico,
la resistencia esperada en cada uno de los
arriostramientos condicionada por el factor “Ry” a
tracción y el efecto de post-pandeo a compresión.

Ry Fy Ag
Ry Fy Ag
Ry Fy Ag
0.3 Pn
0.3 Pn
0.3 Pn
(Resistencia Axial a Compresión
Requerida en Columnas)
[  (Ry Fy Ag ) cos  +  (0.3 Pn) cos  ] + Pgrav
Donde:
Pgrav :  [ (1.2 + 0.2SDS) CP + 0.5CV ]

Condición B:
La resistencia disponible de las columnas debe
ser igual o mayor a la demanda impuesta en las
mismas, considerando en el equilibrio del
pórtico, la resistencia esperada en cada uno de
los arriostramientos condicionada por el factor
“Ry” a tracción y el efecto de post-pandeo a
compresión.
(Resistencia Axial a Tracción Requerida
en Columnas)
[  (Ry Fy Ag ) cos  +  (0.3 Pn) cos  ] - Pgrav
Donde:
Pgrav :  (0.9 - 0.2SDS) CP

Ry Fy Ag
0.3 Pn
Ry Fy Ag
Ry Fy Ag
0.3 Pn
0.3 Pn

a.5) Distribución de Fuerzas Laterales (13.2.c AISC S-P).
Los arriostramientos se dispondrán a lo largo de cualquier línea resistente
en direcciones alternadas, en forma tal que para cualquier dirección de la
fuerza, paralela al arriostramiento, por lo menos un treinta por ciento (30%),
pero no más del setenta por ciento (70 %), de la fuerza horizontal total, sea
resistida por los arriostramientos traccionados, a menos que la resistencia
teórica Nt , de cada arriostramiento comprimido sea mayor que la
solicitación mayorada que resulta al aplicar las combinaciones que incluyen
la carga sísmica amplificada a través del factor Ω0.
La disposición debe ser alternante a fin de obtener una respuesta estructural
estable y similar, en ambos sentidos de la acción sísmica.
Se define como línea de arriostramiento, una línea única o líneas paralelas
que no se desvíen en planta más de un diez por ciento (10 %) de la
dimensión de la edificación perpendicular a la línea de arriostramiento.

Disposición Correcta de
Arriostramientos debido a
que hay una adecuada
proporcionalidad de
miembros a compresión y
a tracción.
Disposición Incorrecta de
Arriostramientos debido a que
todos los miembros estan a
compresión.
( Arriostramientos “Alternados” )
Linea Resistente
Linea Resistente
(Arriostramientos orientados en una sola Dirección)

By
Sx
L
Los ejes 1 y 2 pertenecen a una misma línea de arriostramiento siempre
y cuando la distancia “L” entre ellos sea menor o igual al 10% del ancho
(By) de la planta.
Arriostramientos

b) Resistencia Requerida en Conexiones de Arriostramientos.
(13.3 AISC Seismic Provisions )
b.1) Resistencia Requerida a Tracción (13.3.a AISC S-P).
La solicitación en las Conexiones de Arriostramientos, incluyendo las uniones
Viga-Columna que son parte del sistema de arriostramiento, deberá ser el menor
de los siguientes valores:
b.1.1) La Resistencia Teórica Esperada en el Arriostramiento.
Pt = Ry Fy Ag
b.1.2) La fuerza máxima que el sistema puede transferir al arriostramiento
obtenida del análisis “No Lineal”
Caso Recomendado
Porticos Especiales de arriostramientos Concéntricas (SCBF)

b.1) Resistencia Requerida a Tracción (13.3.a AISC S-P).
Pt = Ry Fy Ag

b.2) Resistencia Requerida a Flexión (13.3.b AISC S-P).
.- Para arriostramientos “Empotrados”, las rótulas plásticas a flexión se forman
en el centro y en los extremos del Miembro. Esto genera que los arriostramientos
transmitan momentos a la conexión y a los miembros unidos a la misma.
Rótulas
Plásticas
P
M
M
M = 1.1 Ry Mp = 1.1 Ry Fy ZArriostramiento
(Respecto al eje de Pandeo)
P

1.1 Ry Mp-diagonal

b.2) Resistencia Requerida a Flexión (13.3.b AISC S-P).
.- Para arriostramientos “Articulados”, las rótulas plásticas a flexión se forman
sólo en el centro del Miembro. Esto genera que los arriostramientos No
transmitan momentos a la conexión y a los miembros unidos a la misma.
P
P
Rótula Plástica
P
P

b.3) Resistencia Requerida a Compresión (13.3.c AISC S-P).
.- La resistencia requerida a compresión de la conexión deber ser igual o mayor a
la resistencia máxima esperada a compresión del arriostramiento.
Pc = 1.1 Ry Pn

Disposición General de una Conexión Articulada.
2t
Plancha Nodo “Gusset Plate”

Ejemplo de Conexion Articulada.
> 2t
Plancha Nodo “Gusset Plate”

Conexiones con Angulos

c) Requerimientos Especiales en Configuraciones de Arriostramientos.
c.1) Arriostramientos Tipo V y Tipo V “Invertida” (13.4.a AISC S-P).
Tipo “V” Tipo “V-Invertida”

c.1.1) La resistencia requerida de las vigas intersectadas por los arriostramientos, sus
conexiones y miembros de soporte, deberá ser determinada de acuerdo a las
combinaciones de carga aplicables para el diseño de edificaciones, considerando
que los arriostramientos no generan soporte a las vigas para las cargas
gravitacionales (permanentes y variables). Para las combinaciones que incluyen la
carga Sísmica “E” amplificada, la misma se calculará considerando lo siguiente:
Fuerza en Arriostramientos a Tracción Ry Fy Ag
Fuerza en Arriostramientos a Compresión 0.3 Pn

c.1) Arriostramientos Tipo V y Tipo “V-Invertida” (13.4.a AISC S-P).
Ry Fy Ag
0.3 Pn

Pgrav = ( 1.2 + 0.2 SDS ) CP + 0.5 CV
( Ry Fy Ag - 0.3 Pn ) sen 
( Ry Fy Ag + 0.3 Pn ) cos 
Pgrav = ( 1.2 + 0.2 SDS ) CP + 0.5 CV
c.1.2) Distribución de Fuerzas en el Sistema Viga-Arriostramientos

c.1.4) Ambas alas de la viga deben estar soportadas lateralmente a una distancia
menor que el límite Lpd.
y
y
2
1
pd r
F
E
M
M
076
.
0
12
.
0
L 

























c.1.5) Ambas alas de la viga deben estar soportadas lateralmente en el punto de
intersección de los arriostramientos concéntricos.
c.1.3) Las Vigas deben ser continuas entre las columnas.

c.2) Arriostramientos Tipo K (13.4.b AISC S-P).
Están prohibidos debido a que se genera un mecanismo por la
falla en la Columna.

d) Empalmes de Columnas. (13.5 AISC Seismic Provisions )
d.1) Los empalmes de columnas deben diseñarse como mínimo para desarrollar el
50% de la menor resistencia a flexión de los miembros conectados.
Mpc-1
Mpc-2
M > 0.5 Mpc
Mpc = Zc ( Fyc - Puc /Ag )
Empalme

d) Empalmes de Columnas. (13.5 AISC Seismic Provisions )
d.2) La resistencia requerida por corte en los empalmes de columnas se establece
considerando la resistencia esperada a flexión en los extremos de la columna.
Mpc
Vuc
Vuc
Lv
Mpc
V = Vuc
Vuc = (2 Mpc / Lv )

Ejemplo de una Edificación Dual
Porticos Especiales de Momento + Arriostramientos Concéntricos

• Sistema de Columnas, Vigas y
Arriostramientos Excentricos
• Comportamiento a flexión y corte
en Vigas-Eslabon.
• Desarrollo de deformaciones
axiales en columnas y
arriostramientos.
3.- Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF)

3.2 Tipos de Sistemas Excéntricos.
e e e e
e
e

3.3 Ejemplos de Sistemas Excéntricos.

3.4 Definición de Elemento Eslabón “LINK”.
Link
Link

3.5 Respuesta Inelástica.

y
s
f
f
F
E
30
.
0
t
2
b

Alas de
arriostramientos
Alma de
arriostramientos
y
s
w F
E
45
.
2
t
h
≤
bf
tf
h
tw
a.1) Relación Ancho-Espesor (15.2a AISC S-P).
pandeo local.
a) Eslabones (15.2 AISC Seismic Provisions )
3.6 Requisitos Sismorresistentes (15.0 AISC Seismic Provisions )
a.2) No se permite incorporar planchas adosadas ni soldaduras de
penetración en el alma de los elementos “Eslabones”.

b) Cedencia del Eslabon.
e
V V
M M
V
M
M
Equilibrio de Fuerzas
en el “Eslabón”
Se debe determinar si la
resistencia plástica del
“Eslabón” es controlada por
Corte o por Flexión

e
V V
M M
V
M
M
Capacidad Plástica a Corte:
Esfuerzo
cedente a Corte Area del Alma
Vp = Capacidad Plástica a
Corte del Eslabón.
V = Vp = 0.6 Fy (d - 2tf ) tw

e
V V
M M
V
M
M
Capacidad Plástica a Flexión
Módulo de Sección Plástico
Vp = Capacidad Plástica a
Flexión del Eslabón.
M = Mp = Z Fy

e
Vp
Mp
Vp
Mp
p
p
V
M
2
e 
El Corte y Momento plástico
ocurren simultáneamente
cuando V=Vp and M=Mp
Equilibrio Plástico

e
Vp Vp
M M
V = Vp
La cedencia por Corte ocurre
cuando:
M < Mp
V = Vp
y
2M
e
V
p
p
≤
M < Mp

e
V V
Mp Mp
V < Vp
La cedencia por Flexión
ocurre cuando:
M = Mp
V < Vp
y
2M
e
V
p
p
≥
M = Mp

c) Resistencia por Corte ( Vn). (15.2b AISC S-P).
Vn = Menor
valor entre
Vp
2Mp / e
Controlado por:
2M
e
V
p
p
≤
Controlado por:
2M
e
V
p
p
≥
 = 0.9
Vu   Vn
Vu: Corte ultimo proveniente del análisis incluyendo la carga
sísmica amplificada.

0
50
100
150
200
250
0 36 72 108 144 180
Link Length e (inches)
Link
Nominal
Shear
Strength
(kips)
0 1 2 3 4 5
e / (Mp/Vp)
Vn=Vp
Vn=2Mp /e

d) Rotación Plástica del Eslabon (p). (15.2c AISC S-P).
p

e
L
p
p
p
p
e
L

 
e
L
p
p
p
p
e
L

 
p
H H
p

La Rotación Máxima del Eslabon esta definida por las siguientes condiciones:
0.08 radianes para: e  1.6 Mp / Vp
0.02 radianes para: e  2.6 Mp / Vp
Interpolación Lineal para valores de “e” entre :
1.6 Mp / Vp < e < 2.6 Mp / Vp
p max

b) Rigidizadores (15.3 AISC Seismic Provisions )
Long. del Eslabon “e”
Deben colocarse rigidizadores
completos a ambos lados del alma,
al principio y al final del eslabón.
Rigidizadores Intermedios
Espesor Mínimo

s 
30 tw - d /5 para p = 0.08 radianes
52 tw - d /5 para p = 0.02 radianes
interpolar para 0.02 < p < 0.08 radianes
e  1.6 Mp / Vp
tw = Espesor del alma del Eslabon
d = Altura del Eslabon

s s s s s
e
Disposición de Rigidizadores
Intermedios.
e  1.6 Mp / Vp

2.6 Mp / Vp < e < 5 Mp / Vp
e
1.5 bf 1.5 bf
bf = Ancho del Ala del
Eslabon

1.6 Mp / Vp < e < 2.6 Mp / Vp Interpolar
e > 5 Mp / Vp No se Requieren
En general, el espesor Mínimo de los rigidizadores sera el mayor
valor entre 0.75 tw o 10mm

c) Arriostramiento Lateral del Eslabon (15.5 AISC Seismic Provisions )
e
Se requiere arriostramiento lateral
en ambas alas del eslabon, en los
extremos del mismo

c) Arriostramiento Lateral del Eslabon (15.5 AISC Seismic Provisions )
Resistencia requerida del arriostramiento lateral,
ubicado en cada extremo del “Eslabon”.
 
o
Link
y
y
b
h
Z
F
R
06
.
0
P 
ho = Distancia entre los centroides de las alas del eslabon.

d) Arriostramiento y Viga Fuera de la Zona del Eslabon
Vigas Fuera del
Eslabon
Arriostramientos

Vult
Mult
Vult
Mult
Mult
Mult
Vult Vult

15.6a: Para el Diseño del Arriostramiento. Vult = 1.25 Ry Vn
15.6b: Para el Diseño de la Viga. Vult = 1.1 Ry Vn
Vn = Resistencia Nominal a Corte
2
V
e
M ult
ult


Vult
Mult
• Diseño para las fuerzas (P y M)
generadas por la acción de Vult y Mult
en el Eslabon.
• La conexión debe ser diseñada para
1.1 Ry Pn del arriostramiento.

e) Resistencia Requerida
en Columnas (15.8 AISC
Seismic Provisions )
Vult
Mult
Vult
Mult
Vult
Mult
Vult
Mult
Vult
Mult
Vult
Mult
La columna debe revisarse
considerando el desarrollo de la
resistencia ultima a corte y momento
en cada uno de los eslabones.
Vult = 1.1 Ry Vn.
2
V
e
M ult
ult


f) Zonas Protegidas (15.9 AISC Seismic Provisions )
Zonas protegidas

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