Capitulo 3 Pórticos no arriostrados trabajo, lo cual es muy importante para el caso de uniones soldadas.
3.1. INTRODUCCIÓN Los pórticos no arriostrados, o pórticos a momentos, están formados por distintos componentes que se vinculan entre sí para formar una estructura resistente; usualmente los componentes principales son rectilíneos y se disponen en posición vertical (columnas) y horizontal (vigas). Desde el punto de vista estructural, y a los efectos del diseño, se deben considerar los siguientes componentes (ver Figura 3-1): • vigas • columnas • conexiones viga-columnas • panel nodal (o zona panel) • empalmes • base de columnas
Conexión vigacolumna empalme viga
Panel nodal columna
base columna
3.1.1. Comportamiento estructural Las distintas cargas que actúan sobre los pórticos no arriostrados inducen esfuerzos internos, controlando el diseño los momentos flectores. Para el caso particular de la acción sísmica (ver Figura 3-2) los momentos flectores desarrollan sus valores máximos en los extremos de vigas y columnas, donde pueden formarse rótulas plásticas para permitir la disipación de energía por fluencia del acero. Consideraciones analíticas y experimentales indican que se puede lograr una excelente respuesta estructural si se induce, a través del diseño, la formación de un mecanismo de “viga débilcolumna fuerte”. En este mecanismo, las rótulas plásticas se forman en los extremos de las vigas, mientras las columnas permanecen en rango elástico (con excepción de la base de las columnas), como se ilustra en la Figura 3-3. Las columnas están sometidas a carga axial variable por el efecto del sismo, lo cual afecta la resistencia y ductilidad de las mismas; además, la falla de una columna puede originar colapso parcial o total del edificio, mientras que la misma falla en un viga presenta efectos menos significativos. Estas son las razones principales por las que se protegen las columnas del pórtico, mediante la condición de que las mismas se mantengan en rango elástico. Para lograr este objetivo es de fundamental importancia aplicar los conceptos del diseño por capacidad.
Fig. 3-1. Componentes estructurales de un pórtico no arriostrado. La Figura 3-1 muestra el esquema constructivo más usual para edificios, en el cual las columnas son continuas en la zona de los nudos, con empalmes ubicados en la zona central de las mismas. Las vigas se vinculan a las columnas en la etapa de montaje mediante las conexiones correspondientes, que representan uno de los componentes más importante del sistema para asegurar una respuesta dúctil y estable. También se ha desarrollado e implementado un esquema constructivo, denominado pórticos con columna-árbol (column-tree frames, en inglés) en el que las columnas se fabrican en taller con tramos de vigas ya vinculados, y luego en obra se conectan los componentes entre sí para formar el pórtico con empalmes en vigas y columnas (zonas donde las solicitaciones por sismo son mínimas. De esta forma se logra que el nudo viga-columna se construya enteramente en taller bajo condiciones óptimas de
(a)
(b)
Fig. 3-2. Diagramas típicos de (a) momentos flectores y (b) esfuerzos de corte en un pórtico sometido a la acción sísmica. Las especificaciones AISC 341-05 definen tres tipos de pórticos no arriostrados: especiales (SMF), intermedios (IMF) y ordinarios (OMF), de acuerdo al
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