sistemas estructurales

1. 20/05/2016
1
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL Y GEOMATICA
SISTEMAS
ESTRUCTURALES
Profesor: Ing. Efrén Ramírez M.Sc
Abril/2016
efren.ramirez@correounivalle.edu.co
Capital Gate (Abu Dhabi)
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
SISTEMAS ESTRUCTURALES
• Existen cuatro grupos principales de
sistemas estructurales reconocidos por la
NSR-10, se subdividen según el sistema
vertical de resistencia sísmica y el grado
de disipación de energía.
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Sistemas Estructurales

2. 20/05/2016
2
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Muros de Carga
• No disponen de un pórtico esencialmente
completo.
– Muros Concreto, mampostería, PAC, PAE
• 100% Cargas Verticales
• 100% Cortante sísmico en la base
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Muros de carga
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Combinado
• Es un sistema estructural que emplea
pórticos resistentes a momento (PRM)
combinado con muros o pórticos con
diagonales(PAE O PAC) y que no cumple
los requisitos del sistema Dual.
– PRM
• 100% Cargas Verticales
• > 25% Cortante sísmico en la base
– MUROS, PAC O PAE
• < 75% Cortante Sísmico en la base

3. 20/05/2016
3
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Combinado
Pórticos Acero con
Diagonales
concéntricas
Pórticos concreto
con muros de
concreto
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Combinado
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Combinado
• Pórtico Arriostrado Excéntricamente (PAE)

4. 20/05/2016
4
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Combinado
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Combinado
• Muros de cortante con placas de acero
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Combinado

5. 20/05/2016
5
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Combinado
• Pórtico Arriostrado Concéntricamente
(PAC)
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Pórticos
• Sistema estructural compuesto por un
pórtico espacial, resistente a momentos,
esencialmente completo, sin diagonales.
Pórtico Resistente a
Momentos (PRM):
• 100% Cargas
Verticales
• 100% Cortante
sísmico en la base
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Pórticos
Nota 5: Se permite hasta una altura de 12m en edificios de un piso
(naves industriales o similares) que no sean del grupo de Uso IV.

6. 20/05/2016
6
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Dual
• Es un sistema estructural que emplea
pórticos resistentes a momento (PRM)
combinado con muros o pórticos con
diagonales(PAE O PAC).
– PRM
• 100% Cargas Verticales
• 25% Cortante sísmico en la base
– MUROS, PAC O PAE
• 75% Cortante Sísmico en la base
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Combinación de sistemas
Estructurales
• En Altura:
Estructura flexible
apoyada sobre
una estructura de
mayor rigidez
No es permitido
estructura rígida
apoyada sobre
una de menor
rigidez.
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
• Para calcular la fuerza sísmica de diseño E, sobre los
elementos estructurales, se deben evaluar las
irregularidades de la estructura.
E= Fs/R
R = Ro * fa* fp* fr
Ro: Coeficiente de capacidad de disipación de energía
básico.
fa: Coeficiente de reducción de capacidad de disipación
de energía por irregularidad en alzada.
Fp: Coeficiente de reducción de capacidad de disipación
de energía por irregularidad en planta.
Fr: Coeficiente de reducción de capacidad de disipación
de energía por ausencia de redundancia.
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL

7. 20/05/2016
7
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
• Espectro de Diseño
R
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
• fp: Irregularidades en planta
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
• fp: Irregularidades en planta
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL

8. 20/05/2016
8
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
• fp: Irregularidades en planta
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Configuración en Planta
• Debe existir resistencia sísmica en todas
las direcciones horizontales, lo cual se
logra empleando sistema de resistencia
en dos direcciones ortogonales
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
• Resistencia sísmica en las direcciones
horizontales ?

9. 20/05/2016
9
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Configuración en Planta
• Cómo garantizo que una estructura con
planta irregular sea diseñada en la dirección
que produzca los efectos más críticos?
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Configuración en Planta
• Una estructura “bien diseñada” debe ser
capaz de resistir los movimientos sísmicos
en cualquier dirección posible.
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Configuración en Planta
• Se deben calcular los ejes principales de
la estructura los cuales difieren de los ejes
cartesianos en estructuras irregulares o
realizar combinación direccional de los
efectos sísmicos?

10. 20/05/2016
10
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Configuración en Planta
• La dirección de la cortante en la base de
la forma modal asociada con la
frecuencia fundamental del sistema es
valida para definir las direcciones
principales en un modelo tridimensional.
𝑡𝑎𝑛∅ =
𝑌𝐷𝑖𝑟
𝑋𝐷𝑖𝑟
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
FALSA SIMETRÍA o TORSIONAL
DISTRIBUCIÓN RIGIDEZ EN PLANTA
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
FALSA SIMETRÍA o TORSIONAL

11. 20/05/2016
11
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
CM
CR
GEOMETRÍA EN PLANTA
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
• fa: Irregularidades en Alzada
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
• fa: Irregularidades en Alzada
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL

12. 20/05/2016
12
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
• fa: Irregularidades en Alzada
• ASCE/SEI 7–10
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
PISO FLEXIBLE
CONFIGURACION EN ALTURA
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
DISTRIBUCIÓN RIGIDEZ EN ALTURA

13. 20/05/2016
13
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
ELEMENTOS VERTICALES
DISCONTINUOS
• Las fuerzas axiales mayoradas de los
elementos verticales que sostengan los
elementos que se suspenden se deben
obtener utilizando las combinaciones de
carga apropiadas y considerando para las
fuerzas sísmicas E amplificadas el
coeficiente de sobrerresistencia Ωo
propio del sistema estructural.
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
DESPLAZAMIENTOS DENTRO DEL PLANO DE ACCIÓN
DISCONTINUIDAD TRAYECTORIA CARGAS
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
DISCONTINUIDAD TRAYECTORIA CARGAS

14. 20/05/2016
14
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
DESPLAZAMIENTOS DENTRO DEL PLANO DE ACCIÓN
Marco excéntrico
A
DISCONTINUIDAD TRAYECTORIA CARGAS
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
PISO DÉBIL, POR DISCONTINUIDAD DE RIGIDECES
EN ELEVACIÓN
DISCONTINUIDAD TRAYECTORIA CARGAS
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Cambio Brusco de Rigidez
DISCONTINUIDAD TRAYECTORIA CARGAS

15. 20/05/2016
15
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
COLUMNA CORTA
DISCONTINUIDAD TRAYECTORIA CARGAS
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Ocurre cuando una
columna previamente
diseñada para moverse
en toda su altura, se le
restringe este
movimiento,
presentándose esfuerzos
cortantes en sitios
diferentes a donde
inicialmente se previó.
Caso de la columna corta
DISTRIBUCIÓN RIGIDEZ EN ALTURA
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
COLUMNA CORTA
DISTRIBUCIÓN RIGIDEZ EN ALTURA

16. 20/05/2016
16
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Columna corta
DISTRIBUCIÓN RIGIDEZ EN ALTURA
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
• fr: Ausencia de Redundancia.
– Sólo evaluar en los pisos que resistan más del
35% del cortante basal.
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
• fr=1.0, si el sistema estructural cumple:
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL

17. 20/05/2016
17
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
• fr=1.0,
-En los pisos que resistan más del 35% del
cortante basal.
-Aunque no cumple los literales (a) a (d), pero
el sistema estructural de resistencia sísmica es
regular en planta y tiene al menos dos vanos
en la periferia a ambos lados de la planta en las
dos direcciones principales.
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
• fr=1.0,
• fr=0.75,
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
• Ejemplo. Cálculo factor Redundancia fr
Evaluación de redundancia

18. 20/05/2016
18
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
• Ejemplo. Cálculo factor Redundancia fr
Evaluación de redundancia
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
• Ejemplo. Cálculo factor Redundancia fr
Evaluación de redundancia
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Evaluación de redundancia

19. 20/05/2016
19
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Evaluación de redundancia
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
• Wo: Sobrerresistencia, cuando los
requisitos para el material estructural y el
grado de disipación de energía requieren
que los elementos frágiles o las
conexiones entre elementos se diseñen
para fuerzas sísmicas, E, amplificadas por
el coeficiente de sobrerresistencia, se
emplea:
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
Contenido
 Introducción
 Sistemas
Estructurales
 Configuración
Estructural
 Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.Sc
Cali, 2015
Wo: Sobreresistencia, debe ser empleada
principalmente en los siguientes casos:
• Columnas metálicas en PRM, PAC, PAE y
Muros de cortante.
• Conexiones a momento totalmente
restringidas.
• Pórticos con cerchas Dúctiles.
• Vigas metálicas y sus conexiones en sistemas
PAC, PAE.
• En sistemas con elementos verticales
discontinuos.
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL