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20/05/2016
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FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL Y GEOMATICA
SISTEMAS
ESTRUCTURALES
Profesor: Ing. Efrén Ramírez M.ScAbril/2016
Capital Gate (Abu Dhabi)
Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
SISTEMAS ESTRUCTURALES
• Existen cuatro grupos principales desistemas estructurales reconocidos por laNSR-10, se subdividen según el sistemavertical de resistencia sísmica y el gradode disipación de energía.
Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
Sistemas Estructurales
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Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
Muros de Carga
• No disponen de un pórtico esencialmentecompleto.
– 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.ScCali, 2015
Muros de carga
Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
Combinado
• Es un sistema estructural que empleapórticos resistentes a momento (PRM)combinado con muros o pórticos condiagonales(PAE O PAC) y que no cumplelos requisitos del sistema Dual.– PRM
• 100% Cargas Verticales
• > 25% Cortante sísmico en la base
– MUROS, PAC O PAE• < 75% Cortante Sísmico en la base
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Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 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.ScCali, 2015
Combinado
Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
Combinado
• Pórtico Arriostrado Excéntricamente (PAE)
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Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
Combinado
Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
Combinado
• Muros de cortante con placas de acero
Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
Combinado
20/05/2016
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Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
Combinado
• Pórtico Arriostrado Concéntricamente (PAC)
Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
Pórticos
• Sistema estructural compuesto por unpórtico 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.ScCali, 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.
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Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
Dual
• Es un sistema estructural que empleapórticos resistentes a momento (PRM)combinado con muros o pórticos condiagonales(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.ScCali, 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.ScCali, 2015
• Para calcular la fuerza sísmica de diseño E, sobre los elementos estructurales, se deben evaluar las irregularidades de la estructura.
E= Fs/RR = 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
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Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
• Espectro de Diseño
R
Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
• fp: Irregularidades en planta
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
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Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
• fp: Irregularidades en planta
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
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Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
• fp: Irregularidades en planta
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
Configuración en Planta
• Debe existir resistencia sísmica en todaslas direcciones horizontales, lo cual selogra empleando sistema de resistenciaen dos direcciones ortogonales
Contenido
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Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
• Resistencia sísmica en las direccioneshorizontales ?
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Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
Configuración en Planta
• Cómo garantizo que una estructura conplanta irregular sea diseñada en la direcciónque produzca los efectos más críticos?
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Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
Configuración en Planta
• Una estructura “bien diseñada” debe sercapaz de resistir los movimientos sísmicosen cualquier dirección posible.
Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
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Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
Configuración en Planta
• Se deben calcular los ejes principales dela estructura los cuales difieren de los ejescartesianos en estructuras irregulares orealizar combinación direccional de losefectos sísmicos?
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Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
Configuración en Planta
• La dirección de la cortante en la base dela forma modal asociada con lafrecuencia fundamental del sistema esvalida para definir las direccionesprincipales en un modelo tridimensional.
𝑡𝑎𝑛∅ =𝑌𝐷𝑖𝑟
𝑋𝐷𝑖𝑟
Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
FALSA SIMETRÍA o TORSIONAL
DISTRIBUCIÓN RIGIDEZ EN PLANTA
Contenido
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Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
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Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
FALSA SIMETRÍA o TORSIONAL
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Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
CM
CR
GEOMETRÍA EN PLANTA
Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
• fa: Irregularidades en Alzada
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
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Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
• fa: Irregularidades en Alzada
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
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Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
• fa: Irregularidades en Alzada
• ASCE/SEI 7–10
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
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Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
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Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
PISO FLEXIBLE
CONFIGURACION EN ALTURA
Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
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Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
DISTRIBUCIÓN RIGIDEZ EN ALTURA
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Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
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Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
ELEMENTOS VERTICALES DISCONTINUOS
• Las fuerzas axiales mayoradas de loselementos verticales que sostengan loselementos que se suspenden se debenobtener utilizando las combinaciones decarga apropiadas y considerando para lasfuerzas sísmicas E amplificadas elcoeficiente de sobrerresistencia Ωopropio del sistema estructural.
Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
DESPLAZAMIENTOS DENTRO DEL PLANO DE ACCIÓN
DISCONTINUIDAD TRAYECTORIA CARGAS
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Configuración Estructural
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Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
DISCONTINUIDAD TRAYECTORIA CARGAS
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Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
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Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
DESPLAZAMIENTOS DENTRO DEL PLANO DE ACCIÓN
Marco excéntrico
A
DISCONTINUIDAD TRAYECTORIA CARGAS
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Configuración Estructural
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Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
PISO DÉBIL, POR DISCONTINUIDAD DE RIGIDECESEN ELEVACIÓN
DISCONTINUIDAD TRAYECTORIA CARGAS
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Configuración Estructural
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Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
Cambio Brusco de Rigidez
DISCONTINUIDAD TRAYECTORIA CARGAS
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Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
COLUMNA CORTA
DISCONTINUIDAD TRAYECTORIA CARGAS
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Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
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Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 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.ScCali, 2015
COLUMNA CORTA
DISTRIBUCIÓN RIGIDEZ EN ALTURA
20/05/2016
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Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
Columna corta
DISTRIBUCIÓN RIGIDEZ EN ALTURA
Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 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.ScCali, 2015
• fr=1.0, si el sistema estructural cumple:
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
20/05/2016
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Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
• fr=1.0,
-En los pisos que resistan más del 35% delcortante basal.
-Aunque no cumple los literales (a) a (d), peroel sistema estructural de resistencia sísmica esregular en planta y tiene al menos dos vanosen la periferia a ambos lados de la planta en lasdos direcciones principales.
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
• fr=1.0,
• fr=0.75,
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
• Ejemplo. Cálculo factor Redundancia fr
Evaluación de redundancia
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Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
• Ejemplo. Cálculo factor Redundancia fr
Evaluación de redundancia
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Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
• Ejemplo. Cálculo factor Redundancia fr
Evaluación de redundancia
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Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
Evaluación de redundancia
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Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
Evaluación de redundancia
Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
• Wo: Sobrerresistencia, cuando losrequisitos para el material estructural y elgrado de disipación de energía requierenque los elementos frágiles o lasconexiones entre elementos se diseñenpara fuerzas sísmicas, E, amplificadas porel coeficiente de sobrerresistencia, seemplea:
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
Contenido
Introducción
Sistemas Estructurales
Configuración Estructural
Derivas
Ing. Efrén A. Ramírez M.ScCali, 2015
Wo: Sobreresistencia, debe ser empleadaprincipalmente en los siguientes casos:
• Columnas metálicas en PRM, PAC, PAE yMuros de cortante.
• Conexiones a momento totalmenterestringidas.
• Pórticos con cerchas Dúctiles.• Vigas metálicas y sus conexiones en sistemas
PAC, PAE.• En sistemas con elementos verticales
discontinuos.
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL