Clase II Dam
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7/17/2019 Clase II Dam
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CONCEPTUALIZACIONESTRUCTURAL
DISEÑO EN ACERO Y MADERA
Richard A. Depaz Blácido, Ing. Civil
OBJETIVO
Establecer recomendaciones generales paralograr una estructuración eficiente en edificios
de acero, especialmente en zonas de altoriesgo sísmico.
Diseño en acero y madera. Richard A. Depaz B.
ESTRUCTURACION
Introducción
Etapa inicial del diseño estructural, mediantela cual se definen, con base en el proyecto
arquitectónico, las dimensiones generales deuna estructura, tanto en planta como en
elevación (claros, alturas de entrepiso, etc.), ylos tipos de perfiles utilizados en trabes ycolumnas para formar la estructura básica de
la construcción
Diseño en acero y madera. Richard A. Depaz B.
Introducción
Una edificación debe cumplir exigencias de:1. ESTABILIDAD2. RESISTENCIA3. RIGIDEZ4. FUNCIONALIDAD
5. ECONOMÍA6. CONSTRUCTABILIDAD7. FORMA8. SIMBOLO9. MEDIO SOCIAL-ORGANIZATIVO
Diseño en acero y madera. Richard A. Depaz B.
ESTRUCTURACION
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Sistemas estructurales
• Marcos rígidos
• Marcos con contraventeos concéntricos
• Marcos con contraventeos excéntricos
• Marcos rígidos con muros de cortante, o
• Combinación de los sistemas anteriores
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TIPOS
A-1
Construcción RemachadaEstructuración simple
(Finales del siglo XIX y principios del XX)
Acero básico ASTM A7
MARCO RIGIDO
A-2
Construcción RemachadaEstructuración simple o patas de gallo
(edificio típico de la década de los cuarenta)
Acero básico ASTM A7
MARCO RIGIDO
Construcción SoldadaEstructura a base de marcos rígidos en dos direcciones
(edificio típico de mediados de la década de los cincuenta hasta fines de los sesenta)
Acero básico ASTM A36
MARCO RIGIDO
Construcción SoldadaEstructura a base de marcos rígidos en dos direcciones
(edificio típico de principios de la década de los ochenta hasta principios de los noventa)
Acero básico ASTM A36
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MARCO RIGIDO
Construcción Soldada o AtornilladaEstructura a base de marcos rígidos en dos direcciones
(edificio típico de la época actual con o sin diagonales de contraventeo concéntricos)
Acero básico ASTM A36
MARCO RIGIDO
Construcción CompuestaEstructura a base de marcos rígidos en dos direcciones
(edificio típico de principios de la época reciente)
Acero básico ASTM A36 y acero de alta resistencia
MARCO MIXTO
Combinación de Sistemas Estructurales
MARCO MIXTO
Combinación de Sistemas Estructurales
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MARCO
CONTRAVENTEADO
Construcción Hacia el 2000Estructura a base de marcos rígidos en dos direcciones, contraventeosexcéntricos
Acero básico ASTM A36 y acero de alta resistencia
MARCO
CONTRAVENTEADO
Construcción Después del 2000Estructura a base de marcos rígidos en dos direcciones, con aisladores de base o
disipadores de energía y aceros de alta resistencia.
SELECCIÓN DEL MATERIAL DE ACUERDO CON LA ALTURA DE UNA EDIFICACIÓN
BAJA MEDIA ALTA
Acero y mampostería Concreto reforzado Acero
Concreto reforzado Acero Concreto de altaresistencia
Concreto presforzado Concreto prefabricado Estructura mixta de aceroy concreto
Concreto prefabricado Concreto presforzado Concreto postensadoMampostería
NOTAS:
Altura baja: entre 1 y 5 niveles
Altura media: entre 5 y 20 niveles
Edificio alto: más de 20 niveles
PREFERENCIA DE
MATERIALES
Criterios de estructuración
• Estructura debe ser económica, confiable yresponder a las condiciones que sirvieron debase para su análisis y diseño.
• Sistema estructural elegido debe sercongruente con el tipo de suelo y zonasísmica.
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CRITERIOS
GENERALES
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Criterios de estructuración
• La estructura debe ser capaz de adaptarse acambios arquitectónicos o funcionales, los que
son inevitables durante el desarrollo delproyecto.
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CRITERIOS
GENERALES
Criterios de estructuración
• Precauciones especiales:
– estructuras ubicadas en zonas de alta sismicidad
– suelos de baja capacidad de carga
– zonas de vientos fuertes (costas)
– zonas propensas a la corrosión
– sitios donde se tengan incertidumbres conrelación a las acciones.
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CRITERIOS
GENERALES
Criterios de estructuración
• Tomar en cuenta consideraciones deresistencia y de deformación.
– Millennium Bridge, Londres
– Tacoma Narrows Bridge, Tacoma
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CRITERIOS
GENERALES
Condiciones de regularidad
• Las condiciones de regularidad son requisitosgeométricos y estructurales que debencumplir las edificaciones,independientemente del material con que
estén construidas.• Daños se concentran en estructuras
irregulares, esbeltas y con cambios bruscos enrigidez y/o resistencia.
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DEFINICION
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Condiciones de regularidad
• Es deseable que la estructura cumpla losrequisitos de regularidad estipulados en las
normas antisísmicas• Planta y elevaciones regulares. Evitar:
– Pisos débiles
– Cambios bruscos de rigidez
– Cambios bruscos de simetría en elementos rígidostanto en planta y elevación
– Grandes entrantes y salientes
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RECOMENDACIONES
Problemas de comportamiento
Causas de problemas de comportamiento:• Configuración en planta
• Asimetría en planta• Configuración en altura• Discontinuidad de elementos verticales• Concentraciones de masa en pisos• Interacción entre elementos estructurales y no
estructurales• Inadecuada distancia entre edificaciones adyacentes
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FACTORES
Irregularidad en planta
CONFIGURACION
EN PLANTA
RECOMENDACIONES
Uso de juntas sísmicas para diseños estructurales
con configuración de planta compleja
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JuntasSísmicas
Los elementosarquitectónicos
deben respetar las juntas sísmicas
Problemas de comportamiento
• El uso adecuado de juntas de dilatación
sísmica, permiteconcebir edificacionescon configuraciones enplanta complejas.
RECOMENDACIONES
Asimetría, debidoa disposición de elementos resistentes
Problemas de comportamiento ASIMETRIA
Problemas de comportamientoEFECTO DE
EXCENTRICIDAD
Cuando existe excentricidad, los daños se
presentan en los elementos de los extremos
Problemas de comportamientoIRREGULARIDAD
EN ELEVACION
Irregularidad en altura:
Cambio abrupto en la geometría
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Problemas de comportamientoCONCENTRACION
DE MASAS
Irregularidad en altura:Cambio abrupto en la masa.
Problemas de comportamientoPROBLEMAS
DE RIGIDEZ
Irregularidad en altura:Cambio abrupto en la rigidez.
Discontinuidad en elementos y flujo de fuerzas
Problemas de comportamiento
DISCONTINUIDADES
Piso débil
Problemas de comportamientoPISOS
DEBILES
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Problemas de comportamiento
DISCONTINUIDADES
RECOMENDACIONES
Proyectar, siempre que sea posible, estructuras continuas en alturaen dos direcciones ortogonales para otorgar continuidad y
redundancia a la estructura.Interacción de muros de albañilería con marco de concreto
generando fallas por columnas corta
Problemas de comportamientoINTERACCION
Problemas de comportamiento
• Las columnas cortaspueden y deben serevitadas.
COLUMNA
CORTA
Interacción entre elementos
estructurales y no estructurales
Problemas de comportamiento
INTERACCION
RECOMENDACIONES
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Zona de choque entre edificios yformas de prevenirlo
Problemas de comportamiento
GOLPETEO
RECOMENDACIONES
Refuerzo de pisos críticos
Problemas de comportamiento
• Una adecuadaseparación entre
edificios, evita elchoque y el colapso.
GOLPETEO
RECOMENDACIONES
Estructuración de edificios
• Poco peso.
• Sencillez, simetría y regularidad en planta.
• Plantas poco alargadas.
• Uniformidad en la distribución de resistencia,
rigidez y ductilidad en elevación.• Hiperestaticidad y líneas escalonadas de
defensa estructural.
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RECOMENDACIONES
GENERALES
Estructuración de edificios
• Formación de articulaciones plásticas enmiembros horizontales antes que en losverticales para sismos excepcionales.
• Propiedades dinámicas de la estructura
adecuadas al terreno.
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RECOMENDACIONES
GENERALES
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VENTAJAS
Diseño con perfiles de acero
1. Acceso a una gran variedad de perfileslaminados o soldados en el medio
2. Alta capacidad de material para soportarcargas
3. Ductilidad intrínseca del acero
4. Rapidez constructiva
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VENTAJAS
Diseño con perfiles de acero
5. Grandes espacios libres entre columnas
6. Estructuras más ligeras comparadas con las
estructuras de concreto.7. Facilidad en la remodelación o ampliación
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Diseño con perfiles de acero
1. Utilizar distancia entre elementos verticalesestándar de acuerdo a la práctica del país.
2. Aprovechar los espacios arquitectónicos para lossistemas resistentes a fuerzas laterales
– Muros resistentes a los esfuerzos cortantes.
– Elementos en X ó Λ.
– Pórticos rígidos que ofrecen espacios abiertos.
3. Evitar el uso de secciones que no son de fabricacióncomún.
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RECOMENDACIONES
Diseño con perfiles de acero
4. Diseñar los elementos horizontales para accióncompuesta haciendo uso del concreto para soportarlas cargas sobrepuestas.
5. Repetir, repetir, repetir haciendo uso de elementosidénticos
Beneficios – Reduce el costo de fabricación
– Reduce el número de errores inherentes por mano deobra
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RECOMENDACIONES
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Diseño con perfiles de acero
6. Disminuir la complejidad del control deconstrucción:
– Reducir la soldadura en obra – Aumentar el uso de conexiones atornilladas.
– No hay necesidad de andamios ni cimbras
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RECOMENDACIONES
Estructuración
• Lograr un nivel de seguridad adecuado contrafallas estructurales causadas por sismos
fuertes y• Lograr un comportamiento estructural
aceptable en condiciones normales deoperación durante su vida útil.
Diseño en acero y madera. Richard A. Depaz B.
OBJETIVOS
Estructuración
• Evitar pérdidas de vidas humanas y lesiones a sereshumanos durante la ocurrencia de un sismo fuerte. – Impedir, durante un sismo fuerte, daños severos en la
estructura y en los elementos no estructurales (murosdivisorios, pretiles, escaleras, plafones, etc.)
– Lograr que después de un sismo fuerte, sigan funcionandolas edificaciones estratégicas (hospitales, estaciones debomberos, refugios, albergues, oficinas de gobierno, etc.)para atender el evento.
Diseño en acero y madera. Richard A. Depaz B.
RESPONSABILIDAD
Conexiones
• EVITAR LA FALLA DE LA CONEXION.
• Diseñar considerando modos de falla yeligiendo cual será el modo de falladominante.
• Usar detalles de conexión sencillos.• Evitar soldadura en obra.
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RECOMENDACIONES
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Conexiones típicas a columna W
ConexionesDETALLES
TIPICOS
Conexiones continuas viga-columna
Atiesadores externos al tubo
ConexionesDETALLES
TIPICOS
Conexiones continuas viga-columna
Atiesadores continuos
ConexionesDETALLES
TIPICOS
Conexiones
Conexiones continuas viga-columna
Atiesadores continuos
DETALLES
TIPICOS
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Conexiones
Conexiones continuas viga-columna
Atiesadores continuos, muñón acartelado
DETALLES
TIPICOS
Detalles estructurales
• Especificar soldaduras de filete en lugar depenetración completa cuando sea posible.
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RECOMENDACIONES
SOLDADURA
Sección de cuatro placas
con soldadura de penetración.
Evitar
Detalles estructuralesRECOMENDACIONES
SOLDADURA
Alternativa 1
Alternativa 2
Sección de cuatro placas
con soldadura de filete.
Detalles estructuralesForma eficiente de soldar el atiesador interior en
sección de cuatro placas.
Paso 1: soldar con filete en las primeras tres caras
Paso 2: soldar la cuarta cara con soldadura de tapón o de ranura
RECOMENDACIONES
SOLDADURA