criterios DSR-0_flexibilidad y rigidez

SAVE OFFLINE

ESTRUCTURAS 3

CRITERIOS DE ESTRUCTURACIÓN : FLEXIBILIDAD Y RIGIDEZ DE LOS EDIFICIOS

Manuel Suazo Uribe Arquitecto

FLEXIBILIDAD Y RIGIDEZ DE LOS EDIFICIOS Para calificar a una estructura de RIGIDA O FLEXIBLE, hay que considerar: -Los materiales estructurales usados: Acero ≠ Albañilería -Las formas geométricas de sus elementos: secciones macizas, barras huecas - La disposición de los elementos a nivel global.

Laboratorio de Resistencia y Rigidez Traslacional en pórticos planos. (2012)

Laboratorio de Resistencia y Rigidez Traslacional en pórticos planos. (2012)

Laboratorio de Resistencia y Rigidez Traslacional en pórticos planos. (2012) Empotramiento + Unión articulada

La carga aplicada produce una deformación en el pórtico, la unión articulada permite el giro entre barras.

Laboratorio de Resistencia y Rigidez Traslacional en pórticos planos. (2012)

Empotramiento + Unión articulada En el pseudo-empotramiento del observaron dos tipos de fenómenos:

apoyo,

se

1. Se mantiene cierta rigidez de la unión y por tanto deforma previsiblemente. 2. la unión en el pseudoempotramiento no era suficientemente rígida por tanto plastificaba la madera y se giraba: deformaba el pórtico completo.

Laboratorio de Resistencia y Rigidez Traslacional en pórticos planos. (2012) Empotramiento + Arriostramientos

Unión

articulada

+

La triangulación de los elementos introduce una gran rigidez global: las articulaciones entre barras son nodos indeformables. Esto hace que las barras trabajen a esfuerzos axiles de tracción y compresión puro.

Torre de Observación de aves GMP arquitectos, Graswarder, Heiligenhafen, Alemania

Laboratorio de Resistencia y Rigidez Traslacional en pórticos planos. (2012) Empotramiento + Unión articulada + Arriostramientos Se observaron dos tipos de colapsos: las barras comprimidas (la diagonal y el cordón inferior) pandearon en torno al eje débil y la unión de la barra traccionada plastifico . Este pórtico fue el que resistió mayor carga.

Laboratorio de Resistencia y Rigidez Traslacional en pórticos planos.

Laboratorio de Resistencia y Rigidez Traslacional en pórticos planos. (2012) Empotramiento + Unión articulada + Arriostramientos

En el segundo modelo se produjo una deslizamiento de la unión: al existir poca superficie de contacto entre las barras para transmitir las tensiones de compresión, se desgarro la madera, deslizando la unión. Por tanto de una unión en base a riostras, se pasa a dos articulaciones que giran

Laboratorio de Resistencia y Rigidez Traslacional en pórticos planos. (2012) Empotramiento + Unión rígida En la unión rígida se impide el giro, al disponer los elementos de unión (distancia en la unión tradicional o pernos en la corona ) que permiten la transmisión de un momento con sus componentes tensionales de tracción y de compresión.

En las barras ya no priman los esfuerzos axiles, si no el esfuerzo de flexión.

Laboratorio de Resistencia y Rigidez Traslacional en pórticos planos. (2012)

cordón superior

Empotramiento + Union rigida El colapso del pórtico se concentro en la unión, por el desgarro de la madera en su dirección paralela: Montante vertical

-En pseudo empotramiento del cordón superior, se desgarro la madera en la zona inferior de la pieza, por la tensión de tracción. -En el pseudo empotramiento del cordón inferior la escuadra de bronce, plastifico en la zona tensionada a la tracción, pivotando en la zona comprimida. -En el voladizo se produjo el colapso del montante vertical mas débil (uno contra dos) en la union: las tensiones de tracción y compresión en torno al centro de la unión desgarraron el nudo.

cordón inferior

TIPOLOGIAS O SISTEMAS ESTRUCTURALES ESTRUCTURAS FLEXIBLES / RÍGIDAS

ESTRUCTURAS FLEXIBLES

Con Estructuras FLEXIBLES hablamos de Sistemas o Tipologías Estructurales en bases a PÓRTICOS O MARCOS RÍGIDOS: Elementos estructurales lineales (vigas, columnas) se conectan entre sí mediante el uso de UNIONES RIGIDAS: al ser sometida a una carga, la unión columna-viga no presenta rotación y las deformaciones se deben a la flexión de los elementos lineales. Los muros de relleno entre elementos se deben detallar considerando su interacción estructural.

ESTRUCTURAS FLEXIBLES

ESTRUCTURAS FLEXIBLES

ESTRUCTURAS FLEXIBLES Para estructuras flexibles ocurrirán períodos (T) largos y fuerzas sísmicas menores (menor aceleración) con flexiones laterales de gran magnitud.

La flexibilidad implica contar con cierta capacidad de deformación disipando parte de la energía inducida por el sismo.

Su diseño implica controlar esta deformación.

ESTRUCTURAS FLEXIBLES La correcta definición de los marcos rígidos implica asegurar una adecuada trasmisión de los momentos a través de uniones altamente rígidas incorporando una ductilidad localizada. En Hormigón Armado:

ESTRUCTURAS FLEXIBLES En Acero. TAR (Tornillos de Alta Resistencia) y Soldadura.

ESTRUCTURAS FLEXIBLES En Madera. De corona (tradicional).

ESTRUCTURAS FLEXIBLES En Madera. De corona (tradicional).

ESTRUCTURAS FLEXIBLES En Madera. Con pasadores dispuestos según el régimen de tensiones.

ESTRUCTURAS FLEXIBLES En Madera y acero.

ESTRUCTURAS FLEXIBLES En Madera. Marco rígido de Madera.

ESTRUCTURAS RIGIDAS

Estructuras RIGIDAS en donde existen líneas resistentes estructuradas en base a Sistemas o Tipologías Estructurales vanos rígidos continuos hasta el nivel del terreno: -

en base a Sistemas de MUROS de CORTANTE, muy rígidos en el plano y con gran resistencia (área); o en base a Sistemas de PORTICOS ARRIOSTRADOS, sobre la base de elementos estructurales lineales con diagonales arriostrantes.

ESTRUCTURAS RÍGIDAS

ESTRUCTURAS RIGIDAS Sistemas de MUROS de Hormigón Armado o para estructuras menores en albañilería confinada (o reforzada) o armada;

ESTRUCTURAS RIGIDAS Una estructura RIGIDA, en base a Muros de cortante puede tener un comportamiento frágil: las fuerzas sísmicas serán elevadas y si no se diseñan y construyen con una adecuada provisión de ductilidad para sismos severos, pueden tener poca capacidad de disipación de energía.

ESTRUCTURAS RÍGIDAS MUROS A CORTANTE Cuando las solicitaciones sísmicas son muy intensas, los arriostramientos necesitan secciones demasiado robustas. Aquí se hace recomendable el uso de muros de hormigón armado que están mejor capacitados para resistir una combinación de esfuerzos de cortante y de cargas verticales.

ESTRUCTURAS RÍGIDAS ARRIOSTRAMIENTOS Una manera de dar mayor rigidez a una estructura es a través del uso del ARRIOSTRAMIENTOS en un Pórtico: elementos diagonales que trabajan fundamentalmente a esfuerzos axiales de tracción o de compresión.

ESTRUCTURAS RÍGIDAS

ARRIOSTRAMIENTOS PÓRTICOS

EN

Estos elementos diagonales permite rigidizar vanos estratégicos de una estructura.

Se este modo las solicitaciones laterales las toman los componentes horizontales de la diagonal para trasmitir las cargas hacia abajo.

Se pueden construir en acero o en hormigón armado, en forma de cruz de San Andrés o en forma de K.

ESTRUCTURAS RÍGIDAS ARRIOSTRAMIENTOS EN PÓRTICOS Al concentrar la rigidez del sistema completo en las diagonales, se concentran tensiones en las barras, lo que sumado a las cargas axiales propias del peso propio y de uso del edificio (lo que exige secciones mas robustas en directa relación con la altura del edificio), implica el uso de barras de mayor capacidad (altura moderada o en construcciones industriales). En los ejemplos: un sistema Combinado de pórtico arriostrado en cruz en dirección transversal y pórtico rígido en dirección longitudinal y pórtico arriostrado en K.

ESTRUCTURAS RÍGIDAS ARRIOSTRAMIENTOS PÓRTICOS

EN

Además se deben considerar los efectos asociados a las compresiones en las barras al estar comprimidas: el efecto de segundo orden denominado Pandeo. A nivel de diseño requiere un detallado complejo y a nivel de ejecución, una mano de obra calificada.

ESTRUCTURAS RÍGIDAS ARRIOSTRAMIENTOS EN PÓRTICOS

ESTRUCTURAS RÍGIDAS ARRIOSTRAMIENTOS EN PÓRTICOS

Hancock Tower, Chicago

ESTRUCTURAS RÍGIDAS ARRIOSTRAMIENTOS

ESTRUCTURAS RÍGIDAS SISTEMAS COMPLETAMENTE ARRIOSTRADOS

COMBINACIÓN DE PORTICOS Y MUROS Es común que los muros a cortante o los arriostramientos se combinen con marcos continuos de vigas y pilares. Hablamos de combinados.

sistemas

La resistencia a las fuerzas sísmicas dependerá de la combinación de ambos sistemas.

COMBINACIÓN DE PORTICOS Y MUROS

Una estrategia para edificios medianos y altos es el uso de Núcleos resistentes que incrementen la rigidez a flexión (además de procurar una segunda línea resistente) colocando machones en L o T para mejorar la estabilidad perpendicular del muro. También se aumenta el Momento de Inercia del muro mediante el incremento del área en sus extremos, siempre y cuando se unan ambos sistemas convenientemente (vigas de acoplamiento)

COMBINACIÓN DE PORTICOS Y MUROS A modo orientativo, se puede indicar que los arriostramientos o muros resistirán el 100% de la carga sísmica actuante. Los pórticos tomaran al menos el 25% del cortante de entrepiso, proporcionando una segunda línea de defensa (Redundancia), que bajo un comportamiento dúctil, se llevara parte de la Resistencia Lateral de los elemento más frágiles, como son muros agrietados por sismos severos.

COMBINACIÓN DE PORTICOS Y MUROS Se debe garantizar la transmisión de todas las cargas hasta el nivel de la cimentación, cuidando que la ubicación guarde una simetría en planta y continuidad en elevación hasta la cimentación.

COMBINACIÓN DE PORTICOS Y MUROS

COMPORTAMIENTO DE UNA ESTRUCTURA EN BASE A PÓRTICOS SOMETIDA CARGAS NORMALES (ESTATICAS) -Vigas iguales en las distintas plantas. Las dimensiones de las vigas dependerán de la carga y de la luz, no del número de plantas. - En las plantas inferiores los pilares la fuerza axial gobierna el proyecto y por ello los pilares son más robustos. - En las Plantas superiores el Momento Flector gobierna el proyecto y por ello los pilares centrales son tan robustos como los exteriores

DEFORMACIONES

AXIALES CORTANTES

MOMENTOS

COMPORTAMIENTO DE UNA ESTRUCTURA EN BASE A PÓRTICOS SOMETIDA A CARGAS SÍSMICAS

COMPORTAMIENTO DE UNA ESTRUCTURA EN BASE A PÓRTICOS SOMETIDA A CARGAS SÍSMICAS -Si el edificio es muy alto o la sismicidad es muy fuerte, las acciones horizontales rigen el dimensionamiento. -En las plantas inferiores las vigas deben ser más robustas que en las superiores. -Pilares mas robustos en las plantas inferiores y mucho mas robustos los pilares de los extremos. -En cada Planta todos los pilares deben ser iguales.

DEFORMACIONES

AXIALES

CORTANTES MOMENTOS

COMPORTAMIENTO DE UNA ESTRUCTURA EN BASE A PÓRTICOS CON ARRIOSTRAMIENTO EN UN MISMO VANO SOMETIDA A CARGAS SÍSMICAS

AXIALES

DEFORMACIONES

CORTANTES

MOMENTOS

COMPORTAMIENTO DE UNA ESTRUCTURA EN BASE A PÓRTICOS CON ARRIOSTRAMIENTO EN VARIOS VANOS SOMETIDA A CARGAS SÍSMICAS

DEFORMACIONES

CORTANTES

AXIALES

MOMENTOS