Asce 5b5d48

DISEÑO ESTRUCTURAL EN ACERO – EBF (Ing. Eliud Hernández)

Guía de Aplicación. Porticos con Arriostramientos Excéntricos Eccentrically Braced Frames (EBF) Estructuras de Acero NORMA ANSI/AISC 341-10

Ing. Eliud Hernández. www.inesa-adiestramiento.com Teléfonos: 58-412-2390553; 58-212-7616107; 58-212-7617872 Email: [email protected] Twitter: @iadiestramiento

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). a) Limitaciones en . (15.0 AISC Seismic Provisions) a.1) Relación Ancho-Espesor de Viga-eslabon (15.2a AISC S-P). Las secciones deben ser Compactas Sísmicas (lps), a fin de limitar el pandeo local.

bf

Alas de Viga-Eslabon

Alma de Viga-Eslabon tf

Es bf  0.30 2tf Fy

Es h ≤2.45 tw Fy

h tw

a.2) No se permite incorporar planchas adosadas ni soldaduras de penetración en el alma de los elementos “Eslabones”.

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). a) Limitaciones en . (15.0 AISC Seismic Provisions ) a.2) Relación Ancho-Espesor de Columnas (15.2a AISC S-P). Las secciones deben ser Compactas Sísmicas (lps), a fin de limitar el pandeo local.

Alas de Columnas

Es bf ≤0.30 2tf Fy

Alma de Columnas Pu ≤0.125  Py

bf tf

E  P  h ≤3.14 s 1 - 1.54 u  tw Fy   Py 

Pu    0.125 h  1.12 Es 2.33  Pu   1.49 Es  Py tw Fy   Py  Fy

h tw

Nota: Se exige que los Arriostramientos sean por lo menos Compactos en Alas y Almas (lp).

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). b) Comportamiento de Viga-Eslabon (15.2 AISC Seismic Provisions ) b.1) Equilibrio de Fuerzas

e

M

M V

Equilibrio de Fuerzas en el “Eslabón”

V Se debe determinar si la resistencia plástica del “Eslabón” es controlada por Corte o por Flexión

V M M

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). b) Comportamiento de Viga-Eslabon (15.2 AISC Seismic Provisions ) b.1) Equilibrio de Fuerzas.

e

Capacidad Plástica a Corte:

M

M V

V = Vp = 0.6 Fy (d - 2tf ) tw

V Esfuerzo cedente a Corte

V

Area del Alma

Vp = Capacidad Plástica a Corte del Eslabón.

M M

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). b) Comportamiento de Viga-Eslabon (15.2 AISC Seismic Provisions ) b.1) Equilibrio de Fuerzas.

e M

M V

V

Capacidad Plástica a Flexión

M = Mp = Z Fy Módulo de Sección Plástico

V

Vp = Capacidad Plástica a Flexión del Eslabón.

M M

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). b) Comportamiento de Viga-Eslabon (15.2 AISC Seismic Provisions ) b.2) Equilibrio Plástico de Fuerzas para la Falla Simultánea de Corte y Flexion

e Mp

Mp Vp

ecrit =

2 Mp Vp

Equilibrio Plástico

Vp El Corte y Momento Plástico ocurren simultáneamente cuando V=Vp and M=Mp

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). b) Comportamiento de Viga-Eslabon (15.2 AISC Seismic Provisions ) b.3) Cedencia por Corte del Eslabon.

e

La cedencia por Corte ocurre M cuando:

M Vp

V = Vp M < Mp

Vp

M < Mp

e ≤

y

2Mp Vp

V = Vp

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). b) Comportamiento de Viga-Eslabon (15.2 AISC Seismic Provisions ) b.4) Cedencia por Flexion del Eslabon.

e Mp

Mp V

V < Vp M = Mp

V

La cedencia por Flexión ocurre cuando:

M = Mp

e ≥

y

2Mp Vp

V < Vp

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). b) Comportamiento de Viga-Eslabon (15.2 AISC Seismic Provisions ) b.5) Resistencia por Corte ( Vn). (15.2b AISC S-P).

Si Pu  0.15 Py v = 0.9

Vn = Menor valor entre

Vp

2Mp / e

Controlado por:

Controlado por:

Vu  v Vn Vu: Corte ultimo proveniente del análisis.

2Mp e ≤ Vp 2Mp e ≥ Vp

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). b) Comportamiento de Viga-Eslabon (15.2 AISC Seismic Provisions ) b.5) Resistencia por Corte ( Vn). (15.2b AISC S-P).

Si Pu > 0.15 Py v = 0.9

Vn = Menor valor entre

Vpa 2Mpa / e

V pa = V p

M pa

Vu  v Vn Vu: Corte Ultimo proveniente del Análisis. Pu: Carga Axial Ultima proveniente del Análisis Py = A Fy

 Pu  1   P   y

2

 Pu  = 1.18M p 1    Py 

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). b) Comportamiento de Viga-Eslabon (15.2 AISC Seismic Provisions ) b.5) Resistencia por Corte ( Vn). (15.2b AISC S-P).

Si Pu > 0.15 Py

e

  Aw  M p 1.15  0.5   1.6 Vp   Ag  1.6

Donde:

Adicionalmente la Longitud “e” del Eslabon No debe exceder de:

 =

 Aw    0.3     Ag 

Mp Vp Pu Vu

 Aw      0.3  Ag 

Aw = d  2t f  t w

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). b) Comportamiento de Viga-Eslabon (15.2 AISC Seismic Provisions ) e / (Mp/Vp)

Link Nominal Shear Strength (kips)

0

1

2

3

4

5

250

Vn=Vp

200 150

Vn=2Mp /e

100 50 0 0

36

72

108

Link Length e (inches)

144

180

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). b) Comportamiento de Viga-Eslabon (15.2 AISC Seismic Provisions ) b.6) Rotación Plástica del Eslabon (p). (15.2c AISC S-P).

p

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). b) Comportamiento de Viga-Eslabon (15.2 AISC Seismic Provisions )

b.6) Rotación Plástica del Eslabon (p). (15.2c AISC S-P). e

Dp

e

Dp

p

p

H

H p

p L

p =

L

L p e

p = H

L p e

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). b) Comportamiento de Viga-Eslabon (15.2 AISC Seismic Provisions ) b.6) Rotación Plástica del Eslabon (p). (15.2c AISC S-P).

La Rotación Máxima del Eslabon esta definida por las siguientes condiciones:

p max

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

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). b) Comportamiento de Viga-Eslabon (15.2 AISC Seismic Provisions )

b.6) Rotación Plástica del Eslabon (p). (15.2c AISC S-P).

Rotación Máxima del “Link” p  p Eslabón Permissible Maximum

0.1 0.08 0.06

Cedencia por Flexion

Cedencia por Corte 0.04

Corte + Flexion

0.02 0 0

1

1.6

2

2.6

3

4

Non-dimensional Link“Link”: Length: (M p)/V p ) Longitud del Eslabón e/(Me / /V p

p

5

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). b) Comportamiento de Viga-Eslabon (15.2 AISC Seismic Provisions ) b.6) Rotación Plástica del Eslabon (p). (15.2c AISC S-P). 15

p / p

10

5

0 0

0.2

0.4

0.6

e/L

0.8

1

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). c) Rigidizadores (15.3 AISC Seismic Provisions )

Long. del Eslabon “e” Espesor Mínimo

Rigidizadores Intermedios

Deben colocarse rigidizadores completos a ambos lados del alma, al principio y al final del eslabón.

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). c) Rigidizadores (15.3 AISC Seismic Provisions )

e  1.6 Mp / Vp

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

tw = Espesor del alma del Eslabon d = Altura del Eslabon

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). c) Rigidizadores (15.3 AISC Seismic Provisions )

e  1.6 Mp / Vp

e s s s s s

Disposición de Rigidizadores Intermedios.

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). c) Rigidizadores (15.3 AISC Seismic Provisions ) 2.6 Mp / Vp < e < 5 Mp / Vp

e 1.5 bf

1.5 bf

bf = Ancho del Ala del Eslabon

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). c) Rigidizadores (15.3 AISC Seismic Provisions ) 1.6 Mp / Vp < e < 2.6 Mp / Vp

e > 5 Mp / Vp

Interpolar

No se Requieren

En general, el espesor Mínimo de los rigidizadores sera el mayor valor entre 0.75 tw o 10mm

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). c) Rigidizadores (15.3 AISC Seismic Provisions )

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). d) Arriostramiento Lateral del Eslabón (15.5 AISC Seismic Provisions )

e

Se requiere arriostramiento lateral en ambas alas del eslabón, en los extremos del mismo

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). d) Arriostramiento Lateral del Eslabón (15.5 AISC Seismic Provisions )

Resistencia requerida del arriostramiento lateral, ubicado en cada extremo del “Eslabon”.

Pb = 0.06

[R F Z ] y

y

Link

ho

ho = Distancia entre los centroides de las alas del eslabon.

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). e) Arriostramiento y Viga Fuera de la Zona del Eslabón (15.6 AISC Seismic Provisions )

Vigas Fuera del Eslabón

Arriostramientos

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). e) Arriostramiento y Viga Fuera de la Zona del Eslabón (15.6 AISC Seismic Provisions ) VMP

Equilibrio de Fuerzas

VMP

MMP

MMP VMP

VMP MMP

MMP

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). e) Arriostramiento y Viga Fuera de la Zona del Eslabón (15.6 AISC Seismic Provisions )

Para el Diseño de la Viga fuera del Eslabon y el Arriostramiento, se define un valor de Corte Máximo Probable en el Eslabon “Link”

15.6a: Para el Diseño del Arriostramiento.

VMP = 1.25 Ry Vn

15.6b: Para el Diseño de la Viga.

VMP = 1.10 Ry Vn

Vn = Resistencia Nominal a Corte

Mult

=

e VMP 2

La Viga fuera del eslabón y el arriostramiento deben permanecer elásticos para cuando ocurren las Fuerzas Máximas Probables en el Eslabón “Link” a fin de mantener la estabilidad del sistema estructural durante un evento sísmico.

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). e) Arriostramiento y Viga Fuera de la Zona del Eslabón (15.6 AISC Seismic Provisions )

15.6.a Diseño de Viga Fuera del Eslabón: • Para fines prácticos se determina un factor de Amplificación sísmica a traves de la relación entre el Corte Máximo Probable y el Corte por Sismo en el Eslabón “Link”. MMP = e Vult /2 VMP = 1.1 Ry Vn

W1

=

1.1 Ry Vn ≥ 2 Vsismo “Link”

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). e) Arriostramiento y Viga Fuera de la Zona del Eslabón (15.6 AISC Seismic Provisions )

15.6.a Diseño de Viga Fuera del Eslabón: • Luego, se aplican las combinaciones de carga incluyendo el Factor de Amplificación W1 para determinar las Cargas Ultimas de Corte, Axial y Momento , en la Viga fuera del Eslabón:

(1.2 + 0.2 SDS) +  CV + Ω1 QE (0.9 - 0.2 SDS) + Ω1 QE

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). e) Arriostramiento y Viga Fuera de la Zona del Eslabón (15.6 AISC Seismic Provisions )

15.6.b Diseño del Arriostramiento: • Para fines prácticos se determina un factor de Amplificacion sísmica a traves de la relación entre el Corte Máximo Probable y el Corte por Sismo en el Eslabón “Link”. MMP = e VMP /2 VMP = 1.25 Ry Vn

W2

=

1.25 Ry Vn Vsismo “Link”

≥ 2

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). e) Arriostramiento y Viga Fuera de la Zona del Eslabón (15.6 AISC Seismic Provisions )

15.6.b Diseño del Arriostramiento: • Luego, se aplican las combinaciones de carga incluyendo el Factor de Amplificación W2 para determinar las Cargas Ultimas de Corte, Axial y Momento, en el Arriostramiento :

(1.2 + 0.2 SDS) +  CV + Ω2 QE (0.9 - 0.2 SDS) + Ω2 QE

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). e) Arriostramiento y Viga Fuera de la Zona del Eslabón (15.6 AISC Seismic Provisions )

15.6.c Conexión del Arriostramiento : MMP VMP

La conexión del Arriostramiento en sus extremos debe diseñarse para las fuerzas maximas de Tracción y Compresión que ocurre en el Mismo considerando las combinaciones de carga con el sismo amplificado utilizando el factor W2 W2

=

1.25 Ry Vn

≥ 2

Vsismo “Link”

(1.2 + 0.2 SDS) +  CV + Ω2 QE (0.9 - 0.2 SDS) + Ω2 QE

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). f) Conexiones Viga – Columna (15.7 AISC Seismic Provisions )

Las conexiones Viga - Columna pueden ser dispuestas a Corte Simple o a Momento con los requerimientos de un sistema “Ordinary Moment Frames”. MMP VMP

Estas conexiones deben diseñarse para las Fuerzas máximas que ocurren en el extremo de la Viga considerando las combinaciones de carga con el sismo amplificado utilizando el factor W1 W1

=

1.25 Ry Vn Vsismo “Link”

≥ 2

(1.2 + 0.2 SDS) +  CV + Ω1 QE (0.9 - 0.2 SDS) + Ω1 QE

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). g) Resistencia Requerida en Columnas (15.8 AISC Seismic Provisions )

Si se cumple esta relación se deben aplicar los siguientes aspectos:

Pu  0.4  Pn

Pu: Carga Axial Ultima proveniente del Análisis sin considerar la carga sismica amplificada. Pn: Resistencia Axial Nominal de la Columna.

g.1) La Resistencia Axial Requerida de Tracción y Compresion sin considerar los momentos, debe determinarse utilizando las combinaciones de carga con la aplicación del factor de Amplificación Sísmica del sistema. Compresión: (1.2 + 0.2 SDS) +  CV + Ωo QE

Tracción: (0.9 - 0.2 SDS) - Ωo QE

Ωo = 2

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). g) Resistencia Requerida en Columnas (15.8 AISC Seismic Provisions ) VMP g.2) Las Columnas deben resistir a Compresion y Tracción, las fuerzas generadas por la sumatoria de los cortes máximos probables en los eslabones por encima de su nivel, mas la carga gravitacional mayorada.

MMP VMP MMP

Para tal fin, la carga sísmica se define:

QE =

 1.1 Ry Vn

Luego, se aplican las Combinaciones Comp: (1.2 + 0.2 SDS) +  CV + QE

Tracc: (0.9 - 0.2 SDS) - QE

VMP MMP

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Porticos con Arriostramientos Excéntricos (EBF). g) Zonas Protegidas (15.9 AISC Seismic Provisions )

Zonas protegidas