Diseo sismorresistente de estructuras de acero

CONTENIDODiseo sismorresistente deestructuras de aceroIntroduccin

Mtodos de anlisis

Criterios generales

Sistemas estructurales

Detallamiento ssmico

SISMICIDAD1. IntroduccinActividad Ssmica Mundial

1. IntroduccinCiudad de Mxico, 1985Valparaiso, Chile, 1985 San Salvador, El Salvador, 1986Loma Prieta, California, 1989Northridge, California, 1994Kobe, Japn, 1995Manzanillo, Colombia, 1995 Armenia, Colombia, 1999Puebla, Mxico, 1999Estambul, TurquaChi-chi, Taiwn, 1999Colima, Mxico, 2003 SISMICIDAD

1. IntroduccinCARACTERISTICASDE SISMOS

1. IntroduccinCARACTERISTICASDE SISMOSRespuesta de diferentes elementos y contenido de una edificacin frente a un sismo

Estructura de acero tpica resistente a momento1. IntroduccinConexin tpica viga-columna a momento pre-Northridge.EFECTOSDE SISMOS

Daos en conexiones1. IntroduccinEFECTOSDE SISMOS

1. IntroduccinFactores que influyeron:Ejecucin incorrecta de soldadurasGrietas preexistentes en soldaduras o metal baseTensiones residuales en las uniones generadas durante construccinFalla del ala de la columna ocasionada por tracciones en la direccin del espesorEFECTOSDE SISMOS

1. IntroduccinFactores que influyeron:Aumento de traccin en ala inferior de la viga debido a presencia de la losa de hormignEstados triaxiales de tensinConcentracin en pocos lugares de uniones rgidas para resistir sismoEFECTOSDE SISMOS

1. IntroduccinEFECTOSDE SISMOSRespuesta experimental de conexin viga-columna pre-Northridge

Sistema estructural tpico para edificios de acero en KobeColumnas en cajn HSS y vigas tipo I o H, ambas laminadasEFECTOSDE SISMOS1. Introduccin

Tipos de conexiones trabe-columna usuales en Japn.Conexiones tipo rbol o de brazoEFECTOSDE SISMOS1. Introduccin

Tipos de conexiones para columnas de aceroSistema placa-basea) Conexin placa basesobre concreto reforzadob) Placa base y tramo de columna embebidos en hormignEFECTOSDE SISMOS1. Introduccin

EFECTOSDE SISMOS1. IntroduccinDaos sismo de Kobe, Japn 1995

EFECTOSDE SISMOS1. IntroduccinDaos sismo de Kobe, Japn 1995TRABE

Pandeo en contraventeos en forma de XEdificio tpico de aceroEFECTOSDE SISMOS1. Introduccin

CLASIFICACION2. Mtodos de anlisisAnlisis estticoMtodo de la fuerzas laterales equivalentes

Anlisis dinmicoAnlisis modal (elstico)En el tiempoEspectralAnlisis dinmico inelstico

ANALISIS ESTATICO2. Mtodos de anlisisMtodo de la fuerzas laterales equivalentesVb = Cs SWiVb

ANALISIS DINAMICO2. Mtodos de anlisisAnlisis modal espectral

NIVELES DERIESGO SISMICO3. Conceptos generalesSismos frecuentes: 50% probabilidad excedencia en 50 aos.

Sismos de diseo: ~10% probabilidad excedencia en 50 aos.

Sismos mximos considerados: 2% probabilidad de excedencia en 50 aos

NIVELES DEDESEMPEO SISMICO3. Conceptos generalesOperacional: no hay daos de importancia, la estructura puede seguir cumpliendo sus funciones inmediatamente.Ocupacin inmediata: similar al nivel operacional, pero con posibles daos en elementos no estructurales. Requiere reparaciones mnimas.

NIVELES DEDESEMPEO SISMICO3. Conceptos generalesPreservacin de ocupantes: daos de consideracin en elementos estructurales y no estructurales. No hay riesgo para ocupantes. Reparacin puede ser inviable econmicamente.Prevencin de colapso: daos significativos en elementos estructurales y no estructurales. Riesgo para sus ocupantes. No reparable.

OBJETIVOS DE DISEO3. Criterios generalesSismo frecuenteSismo de diseoSismo mximo consideradoOperacionalOcupacininmediataPreservacinde ocupantesPrevencinde colapsoIIIIII

DUCTILIDADESTRUCTURAL3. Criterios generalesCorte BasalVbelduDesplazamientodyVbdis(m-1)dy(1-1/R)VbelEstructuradctilEstructurafrgil

DUCTILIDADESTRUCTURAL3. Criterios generalesDepende deSistema estructural

Materiales de construccin

Nivel de detallamiento

CLASIFICACION4. Sistemas estructuralesMarcos resistentes a momento

Marcos arriostrados concntricamente

Marcos arriostrados excntricamente

Muros de corte de placas de acero

TIPOS4. Sistemas estructuralesMarcos resistentes a momentoColumnasVigas

TIPOS4. Sistemas estructuralesMarcos arriostrados concntricamenteArriostramiento

TIPOS4. Sistemas estructuralesMarcos arriostrados excntricamenteArriostramientoLink

4. Sistemas estructuralesMuros de corte de placas de aceroPlacasde aceroTIPOS

RECOMENDACIONESGENERALES5. Detallamiento ssmicoMaterial base:Usar aceros con ductilidad y resiliencia significativa.

Usar aceros con buena resistencia a fractura.

RECOMENDACIONESGENERALES5. Detallamiento ssmicoElementos estructurales:Evitar pandeo local.Relaciones ancho/espesorNiveles de esfuerzo axialEvitar pandeo global por flexin, torsin o flexo-torsin.Longitudes de arriostramientoRigidez y resistencia de arriostramientosEvitar fallas por cargas concentradasDisear por capacidad elementos que no deben fallar.

RECOMENDACIONESGENERALES5. Detallamiento ssmicoConexiones:Disear para lograr falla dctil de la conexin o del elemento.Evitar concentracin de tensiones.Evitar estados triaxiales de tensionesEvitar delaminacin.Usar electrodos con buena resistencia a fractura.

5. Detallamiento ssmicoSistema estructural:Proveer redundancia.

Evitar falla por inestabilidad (P-D).

Seguir recomendaciones para buena estructuracinRECOMENDACIONESGENERALES

5. Detallamiento ssmicoMecanismo de fallaMARCOS A MOMENTO

5. Detallamiento ssmicoColumna fuerte-viga dbilMARCOS A MOMENTO

5. Detallamiento ssmicoVigas:Usar secciones ssmicamente compactas

Evitar cambios bruscos de seccin

Proteger zonas de rotulacin plsticaNo conectores de corteNo elementos soldadosNo perforacionesMARCOS A MOMENTO

5. Detallamiento ssmicoVigas:Proveer arriostramiento lateral adecuadoLongitud de arriostramiento mxima ssmica

Resistencia de arriostramiento lateral

Rigidez de arriostramiento lateralMARCOS A MOMENTO

5. Detallamiento ssmicoColumnas:Usar secciones ssmicamente compactas

Proveer arriostramiento lateral adecuadoResistencia de arriostramiento lateral

Rigidez de arriostramiento lateralMARCOS A MOMENTO

5. Detallamiento ssmicoColumnas:Disear bases de columna por capacidadEmpalmes con capacidad columnas que unenZonas de panel adecuadamente reforzadasMARCOS A MOMENTO

5. Detallamiento ssmicoConexiones:Resistir grandes desplazamientos entre pisosCapacidad a flexin mayor que la vigaCapacidad al corte mayor que corte en viga biarticulada plsticamenteMARCOS A MOMENTO

5. Detallamiento ssmicoEstructuracinMARCOS ARRIOSTRADOSCONCENTRICAMENTENoS

5. Detallamiento ssmicoEstructuracinMARCOS ARRIOSTRADOSCONCENTRICAMENTENoS, condicionalmenteKV invertidaV

5. Detallamiento ssmicoArriostramientos:Limitar esbeltez global

Usar secciones ssmicamente compactasMARCOS ARRIOSTRADOSCONCENTRICAMENTE

5. Detallamiento ssmicoVigas:Disear para fuerza desbalanceada cuando ocurre pandeoMARCOS ARRIOSTRADOSCONCENTRICAMENTE

5. Detallamiento ssmicoConexiones:Capacidad en traccin mayor que capacidad esperada en fluencia del arriostramiento

Resistir flexin o deformacin asociada al pandeo del arriostramiento

Capacidad en compresin mayor que capacidad esperada del arriostramientoMARCOS ARRIOSTRADOSCONCENTRICAMENTE

5. Detallamiento ssmicoDeformacin inelstica concentrada en los linksVigas, columnas y arriostramientos diseados por capacidadMARCOS ARRIOSTRADOSEXCENTRICAMENTE

5. Detallamiento ssmicoLinks:Usar secciones ssmicamente compactas

Capacidad dada por resistencia al corte, considerando efecto de esfuerzo axial

Longitud restringida (Llink < Lmax)MARCOS ARRIOSTRADOSEXCENTRICAMENTE

5. Detallamiento ssmicoLinks:Diseo basado en deformacinMARCOS ARRIOSTRADOSEXCENTRICAMENTEDdiseoqLlinkqmax0.080.02(AISC)

5. Detallamiento ssmicoLinks:Atiesadores en extremos

Arriostramiento lateral en extremosMARCOS ARRIOSTRADOSEXCENTRICAMENTEAtiesadores

5. Detallamiento ssmicoConexiones:Capacidad de soportar corte y momento en extremos del link.

Capacidad de absorber rotaciones de los extremos del linkMARCOS ARRIOSTRADOSEXCENTRICAMENTE

5. Detallamiento ssmicoDeformacin inelstica concentrada en las placasVigas y columnas diseadas por capacidadMUROS DE CORTEDE PLACAS DE ACERO

5. Detallamiento ssmicoPlacas:Capacidad controlada por fluencia en corteRazn altura/largo limitadaVigas, columnas, conexiones viga-columna:Cumplir con requisitos de marcos a momentoConexiones placa-columna/vigaControladas por fluencia en traccin inclinadaMUROS DE CORTEDE PLACAS DE ACERO

5. Detallamiento ssmicoViga de seccin reducidaESTRATEGIASAVANZADAS

5. Detallamiento ssmicoArriostramientos de pandeo restringidoESTRATEGIASAVANZADAS

*Diseo sismorresistente de estructuras de acero.*En este captulo se presentan los conceptos principales del diseo sismorresistente de estructuras de acero. El captulo comienza con una introduccin a las caractersticas de los sismos, sus efectos en estructuras de acero y la importancia de estos efectos. A continuacin se describen los diferentes mtodos de anlisis actualmente en uso para estimar los efectos de sismos en una estructura y los criterios generales por los que se rigen gran parte de los cdigos de diseo sismorresistente hoy en da. Se presentan luego los tipos de sistemas estructurales utilizados para resistir los efectos de los sismos para, finalmente, describir las recomendaciones principales en el diseo de los elementos estructurales individuales.*Los sismos son impredecibles y recurrentes y pueden afectar significativamente la infraestructura de las ciudades afectadas, haciendo retroceder su desarrollo econmico en varios aos y obligando a gastar recursos en la reconstruccin.Debido al crecimiento poblacional mundial y al desarrollo econmico, la posibilidad de que un sismo afecte zonas con una poblacin significativa se ha incrementado. Las prdidas econmicas y de vidas humanas causadas por los sismos en el mundo en los ltimos 30 aos, han sido cuantiosas y sin precedentes.El 30% de las grandes ciudades del mundo (Los ngeles y San Francisco, California; Tokio, Japn; Tang Shan, China; Santiago, Chile; Estambul, Turqua; Auckland, Nueva Zelanda; ciudad de Mxico, Mxico) se encuentran ubicadas en zonas de alta sismicidad. Los graves daos ocasionados por los ltimos sismos en Estambul, Atenas y Taiwan se debieron fundamentalmente a que los epicentros se localizaron muy prximos a zonas densamente pobladas.Del mapa de la actividad ssmica mundial se puede ver que gran parte de Amrica Latina se encuentran en zonas de alta sismicidad, lo que indica la importancia de un adecuado diseo sismorresistente en la regin.*Esta es una lista no exhaustiva de los sismos ms destructivos de los ltimos aos. Se puede ver que ms de la mitad han ocurrido en pases de Amrica Latina.*La forma, amplitud y duracin del movimiento ssmico dependen entre otras cosas, del tamao (magnitud) del sismo, la distancia hipocentral (es decir la distancia a la fuente), el mecanismo de falla que origin el sismo y las caractersticas del suelo.*En general, el movimiento ssmico se presenta en todas direcciones, con movimientos horizontales, verticales y rotaciones. La figura muestra esquemticamente algunos de los efectos de sismos en elementos estructurales y no estructurales.*Para ilustrar los efectos de sismos en estructuras de acero vamos a considerar dos sismos cuyas consecuencias motivaron cambios en la filosofa de diseo de este tipo de estructuras: el sismo de Northridge en California el ao 1994 y el sismo de Kobe en Japn en 1995.La figura muestra un edificio de marcos de momento tpico y el detalle de conexin viga-columna ms comn previo al terremoto de Northridge. Las alas de la viga se encargan de transmitir el momento a la columna a travs de soldaduras de penetracin completa, mientras el corte se transfiere a travs de una placa de corte desde el alma de la viga a la columna. Para la correcta ejecucin de la soldadura se perforaba un agujero de acceso en el alma de la viga, para poder pasar el electrodo de lado a lado del ala, y se utilizaba una placa de respaldo para asegurar la penetracin completa de la soldadura, la que no siempre era retirada al terminar de soldar.*El terremoto de Northridge fue un sismo de intensidad moderada, despus del cual no se registraron mayores problemas estructurales. Sin embargo, a poco andar fueron descubiertas fracturas en el ala inferior de vigas. Fracturas tpicas en las conexiones viga-columna como consecuencia del sismo de Northridge incluan fracturas de la soldadura, fractura iniciadas en el borde de la soldadura que se propagaban al ala de la columna en la direccin de laminacin, fracturas similares a las anteriores que luego se devolvan a la cara exterior del ala de la columna y fracturas que atravesaban completamente el ala y se propagaban en el alma de la columna. Este tipo de fallas fue completamente inesperado.*Aun no se llega a un acuerdo en las causas de las fracturas, sin embargo, existen varios factores que contribuyeron a la falla. Entre ellos podemos mencionar:La ejecucin incorrecta de las soldaduras, incluyendo el uso de temperatura inadecuada, interrupcin de la soldadura, etc.Grietas preexistentes en soldaduras o metal base, ya sea por el deficiente proceso de soldadura o por defectos de fabricacin del material.Tensiones residuales en las uniones efecto del proceso de fabricacin y construccinDelaminacin del ala de la columna debido a la traccin aplicada por el ala de la viga.*Aumento de la traccin en el ala inferior debido a la presencia de la los a de hormign, la que eleva la posicin del centro de gravedad y adems provee restriccin al acortamiento de la viga al actuar como diafragma rgido.Estados triaxiales de tensin en la soldadura del ala, cuya contraccin transversal bajo traccin longitudinal estaba restringida, generando un estado de traccin en las tres direcciones.Concentracin de los ejes resistentes en pocos lugares de la estructura.*Como resultado de todo lo anterior la conexin exhiba un comportamiento como el mostrado en que la fractura se produca a niveles muy por debajo de la capacidad de la viga.*El sismo de Kobe tuvo un efecto similar en el diseo de estructuras de acero en Japn. La figura muestra la estructuracin ms comn de los edificios de acero previo al sismo de Kobe en 1995.*Las conexiones tpicas en edificios de acero consistan en columnas tubulares atiesadas con diafragmas de acero a los que se soldaban las alas de un pedazo de viga y, mientras el alma se soldaba directamente a la pared del tubo. Estas columnas eran llevadas a la obra y ensambladas con el resto de la viga en terreno.*En el caso de las bases de las columnas, se utilizaba tato las placas bases convencionales como las bases embebidas en hormign.*Despus del sismo de Kobe se pudo observar daos en las vigas como: pandeo local del ala inferior de la viga bajo momentos negativos, pandeo local del alma en las mismas condiciones, fractura de la soldadura del ala inferior de la viga al diafragma de la columna.*En el caso de las columnas, se observaron fallas como: el pandeo local de las alas de la columna en el caso de columnas I, la fractura horizontal de la pared de la columna tubular en la cercana de la conexin y la fractura transversal de la columna tubular.*En marcos arriostrados, la falla ms comn fue el pandeo de las diagonales de arriostramiento y la fractura de la diagonal debido a los ciclos pandeo-estiramiento.*Los mtodos de anlisis para el diseo sismorresistente de estructuras pueden dividirse en anlisis estticos y anlisis dinmicos.El anlisis esttico ms usado es el mtodo de las fuerzas laterales equivalentes, en el cual la accin del sismo es reemplazada por una distribucin de fuerzas laterales cuya magnitud depende de las caractersticas de la estructura, las caractersticas del suelo y la ubicacin en trminos de sismicidad.Existen dos tipos de anlisis dinmico. En el caso del anlisis modal elstico la respuesta de la estructura se determina considerando los modos de vibrar de la estructura. Si se trata de un anlisis en el tiempo, la respuesta en el tiempo de cada modo se determina por separado y luego se superponen para encontrar la respuesta de la estructura. Si se trata de un anlisis espectral, se determinan los mximos por modo de las cantidades de inters y luego se superponen usando alguna regla de combinacin apropiada. En el caso del anlisis dinmico inelstico, es necesario calcular la respuesta de la estructura a un determinado sismo para cada instante de tiempo y repetir el procedimiento para varios sismos representativos del nivel de riesgo ssmico de inters.Mientras ms riguroso sea el anlisis se puede obtener un diseo ms ajustado, sin embargo existe una complejidad y un costo asociados. La seleccin del mtodo de anlisis depender de la importancia de la estructura, la configuracin estructural y otras caractersticas de la estructura que hagan ms o menos ventajoso usar uno de los mtodos de anlisis por sobre otro.Se presentarn en ms detalle el mtodo de las fuerzas laterales equivalentes y el anlisis modal espectral, por ser los ms comunes en los cdigos de diseo ssmico modernos.*El mtodo de las fuerzas laterales equivalentes se deriva del mtodo del modal espectral en el que un modo de vibracin particular es predominante en comparacin con los dems. Este es el caso de los edificios ordinarios (distribucin de la rigidez y de la masa normales en la altura del edificio). El sistema se modela con precisin mediante un sistema de un grado de libertad. Normalmente, el primer modo a flexin se considera como un modo de vibracin primario que es posible simplificar en mayor grado a una simple lnea.Las fuerzas estticas equivalentes se calculan de la manera que se indica en la figura. Entonces es posible efectuar un anlisis esttico clsico bajo la accin de estas fuerzas estticas equivalentes.El nico requisito previo de este mtodo consiste en el perodo de vibracin fundamental T de la estructura. Es necesario calcularlo con el fin de hallar el valor del coeficiente ssmico Cs apropiado, necesario para calcular el corte basal Vb. Alternativamente, en el caso de que no se disponga de un valor preciso del perodo T, es posible calcular aproximadamente el valor del perodo fundamental mediante la utilizacin de una de las frmulas recomendadas.El mtodo de las fuerzas laterales equivalentes es un mtodo aproximado que resulta adecuado para ciertos tipos de estructuras y para el proyecto preliminar de otras. Puede haber casos en los que este mtodo no sea prudente debido a la posibilidad de que la contribucin de los modos de vibracin ms elevados sea significativa. En estos casos es aconsejable un anlisis del espectro de respuesta dinmico completo para la etapa final del proyecto.*El mtodo de clculo modal espectral es el procedimiento tpico de las normas modernas para la construccin ssmica. Su objetivo consiste en calcular directamente los efectos mximos del sismo en los diversos elementos de la estructura.El mtodo general consiste en el clculo de los diversos modos de vibracin de la estructura y de la magnitud de respuesta mxima en cada modo, tomando como referencia un espectro de diseo. Luego, se hace uso de una regla para combinar las respuestas de los diferentes modos. Debido a esta razn, este mtodo tambin se denomina el mtodo de la superposicin modal. Normalmente, la regla de combinacin consistir en la raz cuadrada de la suma de los cuadrados de las diversas respuestas modales. Esta regla de combinacin debe aplicarse a todas las cantidades calculadas, es decir, momentos flectores, esfuerzos cortantes, esfuerzos normales y desplazamientos. Como consecuencia de ello, los esfuerzos resultantes no representan un conjunto equilibrado.*Presentaremos a continuacin los conceptos principales del diseo sismorresistente. Estos conceptos son aplicables a cualquier tipo de estructura.En los cdigos de diseo ssmico modernos se identifican diferentes niveles de riesgo ssmico de acuerdo a la probabilidad de que ocurra un sismo de igual o mayor magnitud en un perodo determinado de tiempo. Normalmente, los sismos se clasifican en tres categoras principales para una regin: sismos de ocurrencia frecuente, sismos de nivel de diseo y sismos mximos esperados.*Paralelamente, se definen niveles de desempeo ssmico, que no son ms que niveles de dao asociados al estado de la estructura despus de un sismo. Si seguimos la clasificacin de cdigos modelo como NEHRP en Estados Unidos, podemos definir cuatro niveles de desempeo ssmico:Operacional: bsicamente, la estructura no presenta daos. Su rigidez y resistencia no han sido afectadas y las reparaciones que puedan requerirse son mnimas y pueden llevarse a cabo con la estructura en condiciones de servicio normal.Ocupacin inmediata: similar al nivel operacional, pero con un grado mayor de dao en elementos no estructurales. Resistencia y rigidez de la estructura no han sido comprometidas, pero la reparacin de daos puede causar interrupciones de servicio menores.*Preservacin de ocupantes: se pueden observar daos importantes en elementos estructurales y no estructurales los que, sin embargo, no representan un peligro para los ocupantes. La estructura o algunos elementos estructurales pueden haber alcanzado su capacidad, pero aun tienen una capacidad de deformacin inelstica significativa. No hay degradacin de resistencia, pero si de rigidez. La estructura requiere reparaciones mayores antes de poder estar en servicio nuevamente y, en algunos casos, el costo puede significar que la reparacin es econmicamente inviable.Prevencin de colapso: daos generalizados en elementos estructurales y no estructurales, con potencial riesgo de colapso de estos ltimos. La estructura ha perdido casi completamente su resistencia y rigidez y podra colapsar debido a rplicas de menor intensidad. La reparacin es absolutamente inviable y la estructura debe ser desalojada inmediatamente.*Una vez definidos los niveles de riesgo ssmico y los niveles de desempeo, es posible definir objetivos de diseo en trminos del nivel de desempeo esperado para un nivel de riesgo ssmico dado. Estructuras ms importantes, como hospitales, centros de manejo de emergencias y otros tendrn objetivos de diseo ms exigentes.*Uno de los conceptos centrales del diseo sismorresistente es el ductilidad estructural. La ductilidad puede identificarse con la capacidad de deformacin inelstica ms all de la primera fluencia y se cuantifica a travs del parmetro de ductilidad mu, definido como la deformacin de falla dividida por la deformacin de fluencia. La figura ilustra el comportamiento de una estructura dctil y una estructura frgil bajo cargas laterales crecientes. Bsicamente, la estructura frgil, al no tener capacidad de deformacin inelstica, debe disearse para permanecer elstica para las cargas de diseo. Esto significa que debe disearse con una capacidad igual o superior al corte basal elstico. En contraste, la estructura dctil puede disearse para un corte basal reducido y aprovechar la capacidad de deformacin inelstica. Bajo el principio de desplazamientos equivalentes, los desplazamientos resultantes en la estructura frgil y dctil son similares.Se puede definir entonces un factor de reduccin de la respuesta, R, como la fraccin del corte basal elstico que debe resistir la estructura dctil. Este factor est relacionado con la ductilidad mu de la estructura. En el caso de la figura, R es igual a mu.*La ductilidad de una estructura va a depender de varios factores, los ms importantes siendo:El sistema estructural utilizado: distintos sistemas estructurales tendrn distintos niveles de ductilidad de acuerdo al modo de falla que controle el comportamiento del sistemaLos materiales de construccin: materiales como el acero tienen un comportamiento dctil en su estado inalterado, mientras que tros presentan una ductilidad limitada que depende de las condiciones de uso e instalacin.El nivel de detallamiento: la ductilidad del sistema estructural depende de la ductilidad de sus componentes estructurales y, en general, es menor que la ductilidad de estos. La utilizacin de detalles de conexin y elementos que presenten un comportamiento dctil redundan en un mejor comportamiento del sistema estructural.*Podemos agrupar los sistemas estructurales de acero para resistir cargas laterales en cuatro grupos principales:Marcos rgidos o resistentes a momentoMarcos arriostrados con diagonales concntricasMarcos arriostrados con diagonales excntricas yMuros de corte construidos con placas de acero*Los marcos resistentes a momento soportan las cargas aplicadas principalmente a travs de la flexin de sus elementos. Debido a ello, presentan grandes desplazamientos laterales y su diseo normalmente est controlado por deformacin en lugar de resistencia. Vigas y columnas estn conectadas a travs de uniones que transmiten momento y corte.*Los marcos arriostrados concntricamente obtienen su rigidez y resistencia lateral principalmente de las diagonales de arriostramiento. Son sistemas ms rgidos, pero de ductilidad menor que los marcos a momento, debido a que el pandeo de las diagonales en compresin es inevitable, y este estado lmite tiene una ductilidad muy limitada. Vigas y columnas se consideran como elementos sometidos a esfuerzo axial principalmente.*Los marcos arriostrados excntricamente obtienen su rigidez y resistencia a cargas laterales de sus arriostramientos y del link que se forma al separarlos. Los arriostramientos estn sometidos a esfuerzo axial, mientras que el link se deforma principalmente en corte. Se ha observado que la falla en corte puede proveer una alta ductilidad si los elementos sometidos a corte estn apropiadamente diseados y delimitados.*Los muros de corte de placas de acero resisten cargas y deformaciones laterales por medio de la deformacin por corte de la placa. Tambin toman ventaja de la ductilidad del modo de falla por corte.*Presentaremos a continuacin algunas recomendaciones de detallamiento ssmico. Para mayores detalles se recomienda revisar el captulo de Estructuracin.Las primeras recomendaciones son generales a cualquier tipo de sistema estructural escogido.Es recomendable utilizar aceros dctiles desde el principio, ya que lograr una buena ductilidad a partir de materiales no dctiles es generalmente ms complicado.Los detalles de conexin invariablemente introducen concentraciones de tensin y aumentan la vulnerabilidad a fractura de los elementos. Por tanto, es buena prctica utilizar aceros que tengan una buena resistencia a la fractura frgil, determinada a partir de los ensayos de Charpy.*En trminos de los elementos estructurales, hay que evitar todos los estados lmite que tienen una ductilidad limitada o nula, como el pandeo local, pandeo global, y fallas localizadas.En el caso del pandeo local, se deben usar elementos con relaciones ancho espesor baja de sus componentes (alas, alma) y controlar el nivel de esfuerzo axial.En el caso de la inestabilidad global, los miembros estructurales deben estar arriostrados lateralmente en forma adecuada y los elementos que proveen el arriostramiento fuera del plano deben poseer resistencia y rigidez adecuada.Para las fallas localizadas, se debe decidir entre utilizar secciones ms pesadas o proveer atiesadores que eviten fallas como la plastificacin del ala, pandeo del alma, aplastamiento del alma y otros bajo cargas concentradas.Por ltimo, se debe escoger los miembros estructurales y modos de falla ms dctiles y disear el resto de la estructura de modo que no est sujeta a fallas incluso paras las cargas ms altas esperadas, considerando efectos como la sobrerresistencia y el endurecimiento por deformacin del material.*Las conexiones son crticas en la ductilidad de una estructura. Un mal diseo puede significar eliminar todo el aporte a la ductilidad asociado al material y a los elementos estructurales.Como recomendaciones generales podemos mencionar:Disear conexiones con la suficiente resistencia para forzar la falla en los elementos estructurales, los que , en general poseen modos de falla ms dctiles. Si esto no es posible, disear la conexin de modo que falle en su modo ms dctil.Evitar concentraciones de tensiones, las que aumentan la vulnerabilidad a fractura. Esto significa, por ejemplo, no generar perforaciones o uniones con ngulos agudos.Evitar estado triaxiales de tensiones, especialmente en las soldaduras, es decir, evitar detalles de conexin en que las deformaciones estn muy restringidas.Evitar fallas por delaminacin del acero, las que ocurren cuando se aplican fuerzas significativas en la direccin perpendicular a la direccin de laminacin. Estas fuerzas causan la separacin de las capas de laminacin generando una fractura que luego se propaga rpidamente.Usar electrodos hechos de material resistente a la fractura, segn los ensayos de Charpy, y cuya composicin proteja a la soldadura de la entrada de contaminantes como hidrgeno, los que aumentan la fragilidad de la misma.*En trminos de recomendaciones respecto al sistema estructural podemos mencionar:Proveer redundancia estructural, es decir que la falla de un eje resistente no signifique la prdida de toda la resistencia de la estructura.Evitar la falla por inestabilidad de la estructura como conjunto. En este sentido, es importante considerar el efecto desestabilizante de las columnas gravitacionales, las que estn sometidas a cargas axiales significativas que inducen fuerzas de segundo orden importantes cuando la estructura es desplazada.Seguir las recomendaciones para una estructuracin sana, algunas de las cuales se presentan en el captulo de Estructuracin. Estas incluyen procurar la regularidad en planta y altura de la estructura, tanto en masa como en rigidez.*Presentaremos, a continuacin, recomendaciones particulares para cada sistema estructural individualizado previamente.Comencemos por los marcos a momento. El mecanismo de falla que se espera de este tipo de sistemas estructurales se muestra en la figura. Es un mecanismo global en que se generan rtulas plsticas en los extremos de todas las vigas y en la base de las columnas.*Para lograr que se produzca la rotulacin en las vigas y no en las columnas, es necesario que la resistencia de las columnas en flexin sea superior a la demanda impuesta por las vigas. Esto es lo que se conoce como el criterio de columna fuerte-viga dbil que se ilustra en la figura. Existen diferentes expresiones para verificar si este criterio se cumple. En el caso de la AISC, se debe comparar las proyecciones de los momentos mximos en las zonas de plastificacin y el momento plstico de las vigas debe calcularse considerando la sobrerresistencia del material y el endurecimiento por deformacin.*En el caso de las vigas, debe utilizarse solo secciones ssmicamente compactas. Estas secciones tienen un lmite mximo de relacin anchoespesor ms restrictivo que asegura una capacidad de deformacin inelstica significativa sin pandeo local. Debe, adems, evitarse los cambios de seccin abruptos, ya que generan concentraciones de tensiones cuyos efectos en la resistencia a la fractura ya hemos discutido previamente. Por ltimo, es necesario evitar discontinuidades, como conectores de corte y otros elementos soldados o perforaciones, en las zonas donde se espera rotulacin plstica, debido a que crean potenciales zonas de iniciacin prematura de fracturas.*Para evitar la inestabilidad global es necesario que la viga est adecuadamente arriostrada lateralmente. Esto significa:Poner arriostramientos a una distancia que permita aprovechar la capacidad plstica de la viga con una capacidad de rotacin inelstica significativa. Por eso la especificacin ssmica de la AISC establece la longitud de arriostramiento mxima Lps que, en general es ms restrictiva que la longitud de arriostramiento Lp de la especificacin AISC no ssmica.Proveer arriostramientos con suficiente resistencia para soportar las reacciones inducidas por la viga al tratar de moverse fuera del plano.Proveer arriostramientos suficientemente rgidos para evitar desplazamientos laterales significativos en las vigas. Si el arriostramiento es muy flexible, la reaccin sobre el arriostramiento se incrementa, lo que produce mayor deformacin y as escala rpidamente hasta que la viga se pandea globalmente, es decir, un arriostramiento flexible no es efectivo.*En el caso de las columnas, tambin se requiere que stas sean ssmicamente compactas. Normalmente no se acostumbra arriostrar lateralmente columnas entre pisos, por lo que solo se especifican requisitos de resistencia y rigidez.*No es recomendable tener fallas en la base de la columna, que conecta la estructura a la fundacin, o en los empalmes de columna que son inevitables en edificios sobre tres pisos. Es por eso que deben disearse estas conexiones con una capacidad superior al mximo esfuerzo que se espera que la columna puede desarrollar, incluyendo los efectos de sobrerresistencia del material y endurecimiento por deformacin, cuando corresponda.Por otro lado, en la zona de unin de vigas y columna (zona de panel), es necesario proveer refuerzos adecuados para evitar una deformacin excesiva que imponga una demanda de deformacin exagerada en la conexin. Se deben proveer placas de continuidad dimensionadas de acuerdo a la carga transferida por las alas de la viga al ala de la columna, adems de una placa de refuerzo del alma que evite la fluencia en corte de la zona de panel antes de que se produzca la plastificacin en las vigas.*En el caso de las conexiones, estas deben ser capaces de acomodar las rotaciones impuestas por los desplazamientos entre pisos para el sismo mximo esperado, adems de tener capacidad suficiente para soportar el momento y corte generado en la conexin cuando la viga est plastificada en sus dos extremos, considerando el momento mximo esperado en la zona de rotulacin plstica.*Para marcos arriostrados concntricamente, debido a la ocurrencia de pandeo de los arriostramientos en compresin, no se debe colocar todos actuando en al misma direccin, de modo que si fallan aquellos en compresin, todava haya resistencia provista por los arriostramientos en traccin.*Por la misma razn no es recomendable utilizar arriostramientos en K, ya que al producirse el pandeo se genera una fuerza desbalanceada que introduce fuerzas axiales adicionales en la columna, pudiendo causar la falla por pandeo de la columna. Es posible utilizar arriostramientos en V o V invertida, siempre que se considere la fuerza desbalanceada en el diseo de la viga.*Se limita la esbeltez global de los arriostramientos para obtener una capacidad de deformacin inelstica aceptable antes de que se produzca la fractura del arriostramiento.Adems, se evita la ocurrencia de pandeo local considerando solo secciones que sean ssmicamente compactas.*En el caso de configuraciones en V o V invertida, cuando se produce le pandeo del arriostramiento en compresin se genera un desbalance entre la fuerza en el arriostramiento en traccin y la capacidad residual en el arriostramiento pandeado. Este desbalance genera cargas puntuales transversales y longitudinales en la viga que afectan el momento y el esfuerzo axial que la viga debe resistir. Esto debe ser tomado en cuenta en el diseo de estas vigas.*Las conexiones de los arriostramientos deben ser capaces de:Resistir la mayor traccin que se pueda desarrollar en el arriostramiento, basado en la capacidad esperada de la seccin bruta, considerando la sobrerresistencia del material y el endurecimiento por deformacin.La flexin o la deformacin de flexin que ocurre cuando el arriostramiento se pandea fuera del plano. De otra forma se producira a falla inmediata sin capacidad de deformacin inelstica.La mayor fuerza de compresin que se espera que el arriostramiento desarrolle.*En marcos arriostrados excntricamente, la disipacin de energa se produce por deformacin del link en corte y flexin y se disea el resto de los elementos estructurales para que se mantengan dentro del rango elstico para la mxima deformacin que pueda desarrollar el link.*Debido a que son los elementos crticos, se restringe las secciones que se pueden usar en los link al grupo de secciones ssmicamente compactas. La capacidad de este elemento se determina de la capacidad al corte o la flexin, considerando el efecto de la carga axial cuando esta es suficientemente significativa. Adems, se limita la longitud mxima del link en funcin de la relacin entre las tensiones de corte y axiales en l.*Links ms largos actuarn mayormente en flexin, mientras link ms cortos actuaran principalmente en corte. En el rango intermedio se producir una combinacin de los dos efectos. La capacidad de deformacin inelstica es en general mayor para el caso de links bajo corte que para links en flexin. Es por eso que se establecen los lmites mostrados a la deformacin del link bajo desplazamientos iguales al desplazamiento de diseo.*Para lograr un comportamiento estable en fluencia por corte, es necesario reforzar adecuadamente la zona en corte en sus bordes. Por eso se requiere de atiesadores en los extremos del link, los que adems sirven para transferir los esfuerzos de corte en el link al resto de la estructura.*Las conexiones del link al resto de la estructura deben ser capaces de soportar los mximos esfuerzos esperados en el link y a la vez ser capaces de acomodar las distorsiones significativas que genera el tipo de deformacin asociado al mecanismo de disipacin.*El mecanismo de disipacin de energa en los muros de corte de placas de acero consiste en la fluencia y pandeo de la placa de acero en corte bajo las fuerzas lateralesaplicadas a la estructura. Vigas y columnas se mantienen principalmente elsticas, a excepcin de posibles fluencia en los extremos de las vigas.*Como ya se mencion, la capacidad del sistema est dada por la capacidad de fluencia en corte de las placas de acero. La razn de aspecto de las placas se limita para poder desarrollar el mecanismo de plastificacin completo en la placa que permita aprovecharla mejor.Vigas y columnas se disean y deben cumplir con los requisitos de vigas y columnas en marcos de momento.Las conexiones de la placa a vigas y columnas se dimensionan considerando la fuerza que genera en dichas conexiones la traccin inclinada que aparece en la placa deformndose por corte.*Para terminar el captulo, mostraremos dos ejemplos de estrategias avanzadas que se han utilizado para mejorar la resistencia ssmica de estructuras.El primer caso se aplica en marcos de momento y corresponde a las vigas de seccin reducida. En este caso, se reduce la seccin de la viga en lugares apartados de la conexin, de forma de forzar la rotulacin plstica en estas secciones debilitadas, lo que evita que se produzcan demandas de deformacin inelstica considerables en la conexin. La viga as diseada muestra ciclos de histresis estables y llenos, lo que significa que tiene una gran capacidad de disipacin de energa y de deformacin inelstica.*El segundo caso se aplica en el caso de marcos arriostrados concntricamente y consiste en la utilizacin de arriostramientos de pandeo restringido. Estos arriostramientos consisten, esquematicamente, en una placa de acero rodeada por hormign, el cual impide que la barra se pandee en compresin. Con estos arriostramientos es posible mejorar la capacidad de disipacin de energa y de deformacin inelstica de los marcos arriostrados concntricamente en forma significativa.Tanto la viga de seccin reducida como los arriostramientos de pandeo restringido han sido incluidos en las ltimas recomendaciones ssmicas de la AISC.