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An�lisis por desempe�o de p�rticos de acero arriostrados exc�ntricamente tipo Y con diferentes longitudes de v�nculos

 

Performance analysis of eccentrically braced Y-type steel frames with different link lengths

 

 

 

An�lise de desempenho de p�rticos de a�o tipo Y com contraventamento exc�ntrico com diferentes comprimentos de elos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: orlando.guerrerov@yahoo.com

 

 

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas ��������������������

Art�culo de Investigaci�n ��

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* Recibido: 27 de marzo de 2022 *Aceptado: 17 de abril de 2022 * Publicado: 19 de mayo de 2022

 

1. Unidad Acad�mica de Posgrado, Universidad Cat�lica de Cuenca, Cuenca, Ecuador.
2. Unidad Acad�mica de Posgrado, Universidad Cat�lica de Cuenca, Cuenca, Ecuador.

Resumen

La existencia de actividad s�smica debido al movimiento continuo de las placas tect�nicas ha conllevado la b�squeda para lograr construcciones que sean capaces de soportar las fuerzas laterales creadas por estos eventos. Existen varios sistemas estructurales capaces de disipar la energ�a que genera un sismo. Dentro de los cuales se encuentran los p�rticos de acero arriostrados exc�ntricamente (PAE). Diferentes estudios de estos sistemas han demostrado que presentan una mayor rigidez y ductilidad que sistemas convencionales. Estos sistemas concentran el da�o en el elemento de uni�n entre el p�rtico y el arriostramiento (v�nculo), que puede ubicarse en diferentes configuraciones. Por otro lado, se ha encontrado una diferencia de comportamiento del sistema en funci�n de la longitud del v�nculo, clasific�ndolo en v�nculos: cortos, intermedios y largos. En este estudio se realiza la comparaci�n de PAE con los tres tipos de v�nculos en configuraci�n tipo Y. Para la evaluaci�n del comportamiento se plantea un an�lisis est�tico no lineal (pushover) a trav�s de modelos de elementos finitos elaborados en el software ABAQUS. A partir de lo cual se realiza una comparaci�n de la curva de capacidad y capacidad de rotaci�n del PAE con cada v�nculo. Obteniendo como resultado que los v�nculos cortos otorgan una mayor rigidez y ductilidad que los v�nculos intermedios y largos.

Palabras clave: P�rticos arriostrados exc�ntricamente; tipo Y; arriostramiento; Pushover; Abaqus; curva de capacidad.

 

Abstract

The existence of seismic activity due to the continuous movement of tectonic plates has led to the search for constructions that are capable of withstanding the lateral forces created by these events. There are several structural systems capable of dissipating the energy generated by an earthquake. One of them is the eccentrically braced frame (EBF). Different studies of these systems have shown that they have greater stiffness and ductility than conventional systems. These systems concentrate the damage on the connection element between the frame and the bracing (link), which can be located in different configurations. On the other hand, a difference in the behavior of the system has been found depending on the length of the link, classifying it into links: short, intermediate and long. In this study, the comparison of EBF with the three types of links in a Y-type configuration is carried out. For the evaluation of the behavior, a non-linear static analysis (pushover) is proposed through finite element models elaborated in the ABAQUS software. From which a comparison of the capacity curve and rotation capacity of the EBF with each link is made. Obtaining as a result that the short links provide greater rigidity and ductility than the intermediate and long links.

Keywords: Eccentrically braced frame; Y-type configuration; braced; Pushover; Abaqus; capacity curve.

 

Resumo

A exist�ncia de actividade s�smica devido ao movimento cont�nuo das placas tect�nicas tem levado � procura de constru��es que sejam capazes de suportar as for�as laterais criadas por estes eventos. Existem v�rios sistemas estruturais capazes de dissipar a energia gerada por um terremoto. Dentro do qual est�o as arma��es de a�o excentricamente contraventadas (PAE). Diferentes estudos desses sistemas mostraram que eles possuem maior rigidez e ductilidade que os sistemas convencionais. Esses sistemas concentram os danos no elemento de conex�o entre a estrutura e o contraventamento (link), que pode ser localizado em diferentes configura��es. Por outro lado, foi encontrada uma diferen�a no comportamento do sistema dependendo do comprimento do enlace, classificando-o em enlaces: curto, intermedi�rio e longo. Neste estudo, � realizada a compara��o do PAE com os tr�s tipos de links em uma configura��o do tipo Y. Para a avalia��o do comportamento, � proposta uma an�lise est�tica n�o linear (pushover) atrav�s de modelos de elementos finitos elaborados no ABAQUS Programas. A partir do qual � feita uma compara��o da curva de capacidade e capacidade de rota��o do PAE com cada link. Obtendo como resultado que os elos curtos proporcionam maior rigidez e ductilidade que os elos intermedi�rios e longos.

Palavras-chave: p�rticos contraventados excentricamente; tipo Y; �rtese; Empurr�o; Abaqus; curva de capacidade.

 

Introducci�n

El planeta Tierra est� conformado por capas semiesf�ricas conc�ntricas. En la capa exterior se encuentra una corteza r�gida de aproximadamente 30 km de espesor, conformada por placas tect�nicas de diferentes tama�os. Bajo esta capa existe un n�cleo semi fundido, cuya temperatura incrementa significativamente conforme se acerca a su centro. Lo cual genera corrientes convectivas que provocan desplazamientos en la corteza r�gida (Covacevic, 1985). Los sismos se originan por la fricci�n permanente entre los bordes de las placas, denominados como: divergentes, convergentes y transformantes; en los que se acumula energ�a hasta su liberaci�n de manera repentina (Hu et al., 1996). En los bordes convergentes se encuentran las llamadas zonas de subducci�n (lugares en los que una placa se desliza por debajo de otra).

La magnitud con la que un movimiento tel�rico se presentar� es a�n desconocida. Debido a que no se ha podido establecer la incidencia exacta de las diferentes caracter�sticas de la corteza terrestre en el sismo (Bak & Tang, 1989). Por lo que, para el estudio de la ingenier�a estructural se ha tratado de establecer el movimiento del suelo en base al terremoto caracter�stico del sector, a trav�s de ecuaciones que est�n en funci�n de: la magnitud del sismo, distancia del epicentro al lugar, velocidad de onda promedio del sector y el tipo de falla (Boore & Atkinson, 2008). Los eventos s�smicos de gran magnitud pueden generar una actividad s�smica posterior a su ocurrencia, a causa de la activaci�n de fallas tect�nicas superficiales en zonas cercanas al epicentro del evento principal (Hoskins et al., 2021). Situaci�n que deriva en la afecci�n de edificaciones previamente debilitadas por el sismo principal y que no han podido ser evaluadas y de ser el caso reparadas. Durante el a�o 2016 se registr� un total de 16 terremotos con una magnitud mayor a 7 en la escala de Richter, siendo el terremoto que afect� al Ecuador el 16 de abril de 2016 el m�s mort�fero (Insurance Information Institute, 2019).

Dentro del Dise�o Sismorresistente se han empleado diferentes tipos de sistemas estructurales con el objeto de resistir las solicitaciones por cargas normales de uso y la acci�n s�smica. Para lograr este cometido, inicialmente se plante� el uso de p�rticos resistentes a momento (Alavi & Krawinkler, 2004). Por consiguiente, las Normativas establecieron los par�metros para el dise�o de estructuras sismorresistentes con p�rticos resistentes a momento de hormig�n armado (Mangal & Cheng, 2018), as� como de acero estructural (Hatzigeorgiou, 2012). De la evaluaci�n de estos sistemas estructurales se evidenci� que los elementos en los que no se disipaba energ�a, como las columnas, requer�an un sobredimensionamiento para cumplir con un correcto dise�o por desempe�o. Por lo cual, naci� la idea de emplear elementos diagonales rigidizadores en edificios de gran altura, para estabilizarlos con respecto a las fuerzas laterales a las que se encuentran sometidos, es decir, cargas de viento y sismo (Kazemzadeh Azad & Topkaya, 2017).

Los sistemas estructurales conformados por p�rticos y diagonales rigidizadoras son conocidos como p�rticos arriostrados. Dentro de esta denominaci�n se clasifican en p�rticos arriostrados conc�ntricamente (PAC) y p�rticos arriostrados exc�ntricamente (PAE). La principal diferencia entre estos sistemas se evidencia en el elemento que funciona como disipador de la energ�a s�smica de entrada. En el caso de los PAC la energ�a se disipa a trav�s de da�o en la o las diagonales rigidizadoras (Annan et al., 2009). Mientras que en los PAE, el componente m�s d�bil del sistema estructural, encargado de absorber la energ�a en forma de da�o es el elemento de conexi�n entre el p�rtico y el sistema de arriostramiento (Tian et al., 2018). Esta tipolog�a de sistema estructural se compone de: columnas, vigas de enlace, vigas conectoras y arriostramientos (Tong et al., 2019).

Los PAE se caracterizan por presentar una elevada rigidez, excelente ductilidad, as� como una buena disipaci�n de energ�a (Wang et al., 2016). Permitiendo obtener estructuras sismorresistentes m�s livianas, y cuyo desempe�o s�smico se mantenga en el rango el�stico para sismos peque�os y para eventos severos se presente deformaci�n inel�stica, pero manteniendo la estabilidad de la edificaci�n (Hjelmstad et al., 1984). Existen varias configuraciones de PAE, basados en la ubicaci�n y alineaci�n del elemento que funciona como conector entre el p�rtico y el arriostramiento. Este componente puede ubicarse como las opciones de la figura 1: en uno de sus extremos (Engelhardt & Popov, 1992), en el centro de las vigas principales (Mansour et al., 2011) y como un elemento vertical conectado a la viga principal (Keivan & Zhang, 2019).

 

(a)

(b)

(c)

Figura 1. Configuraciones de PAE y su mecanismo pl�stico

 

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Como se indic� anteriormente, los PAE concentran los esfuerzos en los elementos de conexi�n, de tal manera que estos miembros tengan deformaciones pl�sticas y que los otros componentes se mantengan dentro de su rango el�stico. Por ende, con el objeto de aprovechar este comportamiento se han realizado estudios para determinar sus modos de falla, de tal manera que efectivamente funcione como un fusible estructural que en lo posterior podr� ser reparado o reemplazado (Okazaki & Engelhardt, 2007; Yin et al., 2019). En este contexto, se ha clasificado a los elementos de conexi�n en: cortos, intermedios y largos; en funci�n de la relaci�n entre la longitud del v�nculo y sus resistencias pl�sticas a momento (figura 2).

 

Figura 2. Clasificaci�n de v�nculos en PAE

 

 

En elementos cortos la energ�a es disipada a trav�s de esfuerzos de corte, para elementos largos mediante esfuerzos de flexi�n, mientras que para intermedios se presenta una combinaci�n de esfuerzos de corte y flexi�n (Lukačević et al., 2019). Siendo los elementos cortos los que han mostrado un valor m�s elevado de resistencia y ductilidad (Suswanto et al., 2017). En la figura 1 se observa la relaci�n de rotaci�n del v�nculo con la deriva presentada en el sistema y mediante las ecuaciones (1), (2) y (3) se establece la relaci�n entre la deriva y la rotaci�n del v�nculo.

De las configuraciones presentadas en la figura 1, los PAE con un elemento vertical de conexi�n demostraron tener un mejor desempe�o ante los PAE con elementos horizontales convencionalmente usados. Teniendo en cuenta que los elementos verticales llegaron a su deformaci�n inel�stica en todos los niveles de la estructura con una peque�a variaci�n de carga, y que se obtuvo mayor ductilidad y disipaci�n de energ�a (Saffari et al., 2017). As� mismo, se han obtenido buenos resultados ante el efecto de acciones s�smicas reiteradas que se presenten en un periodo corto de tiempo, situaci�n generalmente esperada debido a las r�plicas que produce un sismo (Mohsenian et al., 2021).

De hecho, se ha empleado este sistema en la rehabilitaci�n de estructuras de acero con un dise�o deficiente, en donde se obtuvo una reducci�n de riesgo de una falla fr�gil (Mohsenian et al., 2020). Cabe recalcar que el elemento de conexi�n al encontrarse fuera de los elementos que conforman el p�rtico principal se facilita los trabajos de reparaci�n o reemplazo del v�nculo. Tomando en cuenta los diversos enfoques de estudios realizados, el presente estudio plantea analizar el efecto de la variaci�n de la longitud del v�nculo en PAE tipo Y caso (c) de la figura 1, con el objeto de conocer la influencia de este elemento en el PAE.

 

Metodolog�a

Este estudio presenta un an�lisis num�rico de 5 PAE tipo Y, implementando en estos modelos v�nculos cortos PAE-C, intermedio PAE-I y largos PAE-L; los cuales cumplen con los criterios de clasificaci�n indicados en la figura 2. Estos sistemas fueron dise�ados para resistir las cargas verticales correspondiente al peso muerto, mamposter�a, recubrimientos y carga viva; as� como para soportar el efecto de cargas laterales generadas por sismos; cumpliendo las especificaciones establecidas en la Norma Ecuatoriana de la Construcci�n (NEC-15), y las del American Institute of Steel Construction (AISC 360-16, AISC 341-16). Los p�rticos tienen un nivel, con una altura de 3.5 m y una luz de 5.5 m. Las secciones y longitudes de los elementos se presentan en la figura 3. El material utilizado e Acero Estructural ASTM A36 con fy = 248.21 MPa y fu = 399.8 Mpa.

 

(a)	(b)		(c)
(d)		(e)

Figura 3. Secciones y dimensiones: (a) PAE-C, (b) PAE-C, (c) PAE-I, (d) PAE-L, (e) PAE-L

 

 

El predise�o de los elementos que conforman el PAE se realiz� mediante el M�todo del Dise�o Basado en Fuerzas (DBF). Los par�metros que determinan espectro de dise�o el�stico, tipo de suelo, coeficiente de importancia (I), factor de reducci�n de resistencia s�smica (R); se encuentran detallados en la Tabla 1. En base a lo cual, se verific� en cumplimiento de la deriva inel�stica de piso para estos sistemas que es de 0.02 (MIDUVI & CAMICON, 2015).

 

 

 

Para la determinaci�n de las secciones de los elementos fuera del v�nculo se procedi� con el dise�o por capacidad. Considerando que deben resistir las combinaciones de cargas detalladas en la Norma, donde se considere la fuerza amplificada que se desarrolla en los extremos el v�nculo (1.25RyVn). Los arriostramientos y las vigas fuera del enlace fueron dise�adas como un elemento en el que se presentan esfuerzos de flexi�n y compresi�n.

Adicionalmente, se verific� que las secciones escogidas cumplan con los criterios de relaciones ancho espesor detallados en la secci�n D1.1 del AISC 360-16 (ANSI/AISC 360-16, 2016). Esto es, para el caso del v�nculo y las columnas deben cumplir las limitaciones para elementos de alta ductilidad, mientras que para los arriostramientos y vigas fuera del enlace se debe satisfacer las limitaciones para elementos de moderada ductilidad. Otro criterio a verificarse es el �ngulo de rotaci�n del v�nculo de acuerdo a lo constante en la secci�n F3.4a del AISC 341-16. Para v�nculos cortos debe ser menor a 0.08 radianes, para v�nculos largos menor a 0.02 radianes y en el caso de v�nculos intermedios se debe realizar una interpolaci�n entre los valores indicados previamente considerando la relaci�n Mp/Vp. El espesor y ubicaci�n de los rigidizadores de los v�nculos se calcularon acorde a las provisiones de la secci�n F3.5b.4 del AISC 341-16.

La evaluaci�n del desempe�o se realiz� mediante un m�todo de an�lisis est�tico no lineal (Pushover). M�todo que plantea la hip�tesis de que el comportamiento del sistema estructural se asemeja a la de un sistema equivalente de un grado de libertad. Considerando dominante el primer modo de vibraci�n de la estructura, debido a que tiene el mayor factor de participaci�n modal. Para la obtenci�n de la curva de capacidad de la edificaci�n se aplic� una carga lateral creciente. Este an�lisis se realizada en la estructura bajo el efecto de las cargas muertas y el 25% de la carga viva de dise�o. La curva de capacidad se genera con los puntos del cortante basal vs el desplazamiento lateral, representados esquem�ticamente en la figura 4. En base a lo cual se puede determinar la ductilidad de la estructura. Para este prop�sito la deriva escogida es del 2% de acuerdo con el FEMA 356 (FEMA 356, 2000).

 

Figura 4. Curva est�tica no lineal idealizada

 

 

El an�lisis num�rico se realiz� a partir de modelos de elementos finitos elaborados en el programa ETABS y en ABAQUS. Esto con el efecto de analizar a profundidad el comportamiento de los elementos del p�rtico y validar los resultados obtenidos en ABAQUS mediante su comparaci�n con los modelos de ETABS. Los modelos generados en ETABS fueron realizados con elementos tipo frame con las secciones definidas previamente y detalladas en la figura 3, como material se utiliz� Acero ASTM A36. Se ubicaron r�tulas pl�sticas en los extremos de los elementos, mismas que poseen la relaci�n momento�rotaci�n de acuerdo a las tablas para procedimientos no lineales definidas en el ASCE/SEI 41-13(ASCE/SEI Standard 41-17, 2017). Para los modelos elaborados en ABAQUS se utilizaron elementos tipo s�lido con un mallado conformado por elementos tipo C3D8, los cuales tienen 8 nodos con 3 grados de libertad por nodo (ABAQUS, 2014). Se defini� el material con las resistencias a fluencia y pl�stica del Acero A36, un m�dulo de Poisson de 0.3 y una elongaci�n en su rango pl�stico de 0.2. Con el objeto de optimizar el tiempo de an�lisis computacional se realiz� una diferenciaci�n del mallado de los elementos. En las columnas, vigas y arriostramientos se utiliz� un mallado de 5cm para zonas de transici�n y 2.5 cm para zonas de contacto. En el caso de las placas de continuidad de las columnas y rigidizadores de la viga se utiliz� un mallado de 2.5cm. Mientras que para el v�nculo y sus rigidizadores se utiliz� una malla de 1cm. El tipo de an�lisis realizado corresponde a un procedimiento est�tico no lineal sin considerar la inclusi�n del fallo por rotura de elementos.

 

Resultados y Discusi�n

Los PAE se modelaron en los softwares de ETABS y ABAQUS con el fin de calibrar el modelo de ABAQUS, garantizando que estos modelos representen adecuadamente el comportamiento del p�rtico. En la figura 5 se muestra el mecanismo de colapso de los PAE-C, PAE-I y PAE-L correspondientes a los casos (a), (c) y (e) de la figura 3; modelos en los que se implementaron r�tulas conforme el ASCE/SEI 41-13. El incremento de desplazamiento del punto de control genera esfuerzos en los otros elementos por lo que se presentan r�tulas en vigas y columnas.

 

(a) PAE-C	(b) PAE-I	(c) PAE-L

Figura 5. Ubicaci�n de r�tulas pl�sticas

 

 

Para la verificaci�n de los modelos de ABAQUS se realiz� la comparaci�n de las curvas de capacidad obtenidas de ETABS correspondientes a los mecanismos de fallo de la figura 5, con las curvas de los modelos de ABAQUS. En estas gr�ficas, las abscisas representan el desplazamiento lateral del nudo de control ubicado en la parte lateral del primer nivel y en las ordenadas los valores de cortante en la base. Los resultados de la comparaci�n se muestran en la figura 6. Se evidencia ligeras variaciones, debido a que la fluencia de p�rticos modelados con elementos tipo barras se captura en las r�tulas colocadas en los elementos, por lo que los efectos son transmitidos entre nudos y no a trav�s de elementos. Es decir, que la rigidez del elemento tipo barra no captura en su totalidad la cedencia de los nudos r�tulas. Sin embargo, estas diferencias indican la validez de los modelos elaborados en ABAQUS.

 

Figura 6. Comparaci�n de Pushover de los PAE

 

 

En la parte inicial de las curvas de capacidad se obtiene una relaci�n lineal entre el desplazamiento y el cortante en la base, correspondiente a la secci�n el�stica del sistema estructural. Posterior a esto se evidencia una p�rdida incremental de rigidez. En los casos analizados se llega al 3% (10.5 cm) de la deriva. Sin embargo, no se presenta una p�rdida significativa de capacidad que indique el colapso de la estructura. A partir de la idealizaci�n de los Pushover indicada en la figura 4 se obtiene la ductilidad de los p�rticos utilizando la ecuaci�n (4). En la tabla 2, se muestran los resultados de la ductilidad obtenida para cada sistema estructural en funci�n de la relaci�n de longitud y resistencias pl�sticas ρ (e Vp/Mp). Con respecto al cortante basal se alcanz� un valor de 404.25 kN para el PAE-C, 335.43 kN en el caso del PAE-I y 308.47 kN en el PAE-L. Obteniendo una disminuci�n del cortante del 17.02% en el PAE-I y del 23.69% en el PAE-L.

 

 

 

En la tabla C1-3 del FEMA 356 �consta que para p�rticos de acero arriostrados la deriva para el nivel de ocupaci�n inmediata debe ser menor al 0.5%, mientras que para prevenci�n al colapso define un valor del 2% (FEMA 356, 2000). En las figuras 7, 8 y 9 se muestra el estado de los elementos de las diferentes configuraciones de PAE en estos dos puntos de la curva de desempe�o.

En el PAE-C para el desplazamiento de 17 mm figura 7 (a), se observa que en v�nculo se presentan esfuerzos cercanos al l�mite de fluencia en el alma, mientras que en los extremos de la viga y en la base de las columnas se tienen esfuerzos m�ximos del alrededor del 67.74% del esfuerzo de fluencia, los arriostramientos trabajan a compresi�n y tensi�n con esfuerzos muy peque�os. Para la deformaci�n de 70 mm figura 7 (b), el alma del v�nculo se encuentra en deformaci�n pl�stica e incluso se evidencia la presencia de esfuerzos superiores al l�mite de ruptura (399.8 Mpa), lo que corresponde a la ruptura del alma, pero no se evidencia en la gr�fica debido a que no se ha considerado este criterio en el modelo. Este comportamiento es acorde con los ensayos de v�nculos cortos en los que el modo de fallo es la ruptura del alma (Kazemzadeh Azad & Topkaya, 2017). Los extremos de la viga y la base de las columnas tienen esfuerzos cercanos al l�mite de fluencia, sin embargo, se mantienen dentro del rango el�stico.

 

(a)              Desplazamiento 17 mm
(b)              Desplazamiento 70 mm

 

Figura 7. Esfuerzos en el PAE-C

 

(a)              Desplazamiento 17 mm
(b)              Desplazamiento 70 mm

 

Figura 8. Esfuerzos en el PAE-I

 

(a)              Desplazamiento 17 mm
(b)              Desplazamiento 70 mm

 

Figura 9. Esfuerzos en el PAE-L

 

 

Con el desplazamiento de 17 mm figura 8 (a), el v�nculo del PAE-I tiene esfuerzos en el alma sin llegar al l�mite de fluencia, sin embargo, se presenta pandeo local en los extremos de los patines. Al igual que en el caso del PAE-C los esfuerzos en las columnas, arriostramientos y viga; permanecen dentro del rango lineal. Este caso presenta la mayor transferencia de esfuerzos desde los extremos del v�nculo hacia el alma de la viga y de los arriostramientos. Para el desplazamiento de 70 mm figura 8 (b), los extremos del alma del v�nculo presentan fluencia y un incremento del pandeo de los extremos de los patines, evidenci�ndose la interacci�n de esfuerzos de corte y flexi�n, caracter�stico de los PAE con v�nculos intermedios. Las columnas, vigas y arriostramientos permanecen con esfuerzos dentro del rango el�stico. En el PAE-L con un desplazamiento de 17 mm figura 9 (a), de igual manera los elementos fuera del v�nculo presentan esfuerzos muy peque�os. En el caso del v�nculo se evidencia la existencia de esfuerzos de corte en el alma sin llegar al l�mite de fluencia y el pandeo local de los extremos de los patines. En el desplazamiento de 70 mm figura 9 (b), existe un incremento en los esfuerzos de las columnas y vigas sin llegar al l�mite de fluencia. En el v�nculo los esfuerzos en el alma no llegan al l�mite de fluencia por lo que el fallo corresponde a esfuerzos de flexi�n.

Para el an�lisis de la capacidad de rotaci�n del v�nculo de las tres configuraciones de PAE se tom� el punto de la curva de capacidad en el que existe un cambio fuerte de pendiente pues se considera que el p�rtico ha perdido rigidez de manera considerable. Los valores de la capacidad de rotaci�n de los v�nculos constan en la tabla 3 calculados con la ecuaci�n (3) en funci�n de ρ. Existe un desplazamiento en la uni�n del v�nculo con los arriostramientos pero debido a la min�scula magnitud se lo despreci�. Se denota que para el PAE-C con ρ = 0.89 el v�nculo llega a tener una rotaci�n de 0.11 radianes, superior al l�mite establecido por el AISC 341-16 (ANSI/AISC 360-16, 2016). Sin embargo, el PAE-C con ρ = 1.48 cumple la restricci�n.� Para v�nculos largos se requiere de una rotaci�n menor a 0.02, los valores obtenidos para ρ = 2.63 y ρ = 3.29 se mantuvieron por encima de este l�mite. El PAE-I presento una rotaci�n de 0.052 radianes, menor que el valor obtenido de la interpolaci�n lineal entre 0.08 y 0.02, de 0.06 radianes.

 

 

 

Conclusiones

Con respecto al software de elementos finitos utilizado (ABAQUS), luego de la comparaci�n con los modelos realizados en ETABS se evidenci� que los p�rticos elaborados simularon adecuadamente la rigidez de los PAE y su comportamiento ante la acci�n de una fuerza lateral. Validando con esto el tama�o de la malla de elementos finitos escogida, las suposiciones de interacci�n entre los elementos del p�rtico, cargas aplicadas y condiciones de apoyo establecidas.

Del an�lisis de la capacidad de deformaci�n de los PAE, se obtuvo que la ductilidad de los PAE decrece de manera cuadr�tica conforme incrementa el valor de ρ. La ductilidad m�s alta μ = 10.40 se obtuvo con el link corto con ρ = 0.89. Con respecto al cortante basal el PAE-C obtuvo el mayor valor con 34.19 tonf, seguido por el PAE-I y finalmente el PAE-L. Por lo que se denota que los v�nculos cortos son la mejor alternativa para un PAE, ya que se obtiene la mayor ductilidad y rigidez posible.

Los esfuerzos y deformaciones en los elementos, resultantes del procedimiento para la obtenci�n de las curvas de capacidad de los PAE evidencian una concentraci�n de esfuerzos en el v�nculo. Los dem�s elementos del p�rtico presentaron esfuerzos por debajo del l�mite de fluencia, garantizando que el v�nculo sea el fusible de la estructura y que de ser necesario se pueda reparar solo este elemento luego de un evento s�smico. En el caso de los PAE-C la falla en el v�nculo se da por esfuerzos de corte, por esfuerzos de flexi�n para el PAE-L y por una combinaci�n de esfuerzos de corte y flexi�n para el PAE-I.

En cuanto a la capacidad de rotaci�n de los v�nculos se evidenci� que el v�nculo corto logr� una rotaci�n de 0.132 radianes, mayor a lo establecido AISC 341-16 (ANSI/AISC 360-16, 2016), concordante con varias investigaciones que han indicado que estos v�nculos tienen una mayor capacidad . Con respecto a los v�nculos largos, de igual manera se present� una mayor capacidad de rotaci�n que lo establecido. Por otro lado, el v�nculo intermedio exhibi� una rotaci�n por debajo del l�mite definido.

 

Agradecimientos

Mi m�s sincero agradecimiento al Ing. Juan Barbecho por su apoyo y gu�a durante la realizaci�n de esta investigaci�n. A mis padres y hermanas por el cari�o y amor que me han entregado a lo largo de mi vida. A mi futura esposa por su compresi�n y amor incondicional, sin ella no ser�a posible cumplir esta meta y muchas m�s que me faltan.

 

Referencias

1.      ABAQUS. (2014). ABAQUS User Manual (6.14). SIMULIA World Headquarters. Rissing Sun Mills 166 Valley Street, Providence (RI 02909-2499, USA).

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3.      Annan, C. D., Youssef, M. A., & El Naggar, M. H. (2009). Experimental evaluation of the seismic performance of modular steel-braced frames. Engineering Structures, 31(7), 1435�1446. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2009.02.024

4.      ANSI/AISC 360-16. (2016). Specification for Structural Steel Buildings.

5.      ASCE/SEI Standard 41-17. (2017). Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings American Society of Civil Engineers. Reston, Virginia, USA.

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