PROYECTO DE CONEXIONES DE VIGAS DE ACERO A MUROS …

1 Universidad Cat lica Andr s Bello Vicerrectorado Acad mico Direcci n General de los Estudios de Postgrado rea: Ingenier a Programa: Ingenier a Estructural PROYECTO DE CONEXIONES DE VIGAS DE ACERO A MUROS de concreto EN ESTRUCTURAS MIXTAS Trabajo Especial de Grado presentado como requisito parcial para optar al T tulo de Especialista en Ingenier a Estructural. Autor: ING. JUAN PABLO SOTO AROCHA Asesor ING. EDUARDO L PEZ Abril del a o 2012 iAGRADECIMIENTOS Al Profesor Eduardo L pez sin cuya ayuda y orientaci n habr a sido imposible la elaboraci n de este trabajo. A los Profesores Arnaldo Guti rrez y Velquis Velandria quienes me pusieron en contacto con el Profesor Eduardo L pez e intercedieron para que aceptara asesorar este trabajo. Al Profesor Emmanuel L pez quien realiz la revisi n de la parte metodol gica del presente trabajo especial de grado.

2 A todos ellos mi mayor y eterno agradecimiento. iiTABLA DE CONTENIDO TABLA DE FIGURAS .. iv CARTA DE APROBACION DEL ASESOR .. v INTRODUCCI N .. 1 CAP TULO I .. 2 EL PROBLEMA .. 2 Planteamiento del Problema .. 2 Objetivos de la investigaci n .. 3 Objetivo General .. 3 Objetivos Espec ficos .. 3 Justificaci n de la Investigaci n .. 4 Alcance de la Investigaci n .. 4 CAP TULO II .. 5 MARCO METODOL GICO .. 5 Tipo de Investigaci n .. 5 Dise o de la Investigaci n .. 6 T cnicas e Instrumentos para la Recolecci n de Datos .. 6 T cnicas para el An lisis de los Datos .. 6 Fases de la Investigaci n .. 6 Operacionalizaci n de los Objetivos .. 7 CAP TULO III.. 8 MARCO TE RICO .. 8 Antecedentes de la Investigaci n .. 8 Bases Te ricas .. 9 CONEXIONES .. 9 Consideraciones Generales de Dise o .. 10 CONEXIONES VIGAS Met licas a MUROS de concreto .

3 14 CONEXIONES MUROS VIGAS de Acople .. 14 CONEXIONES MUROS VIGAS de Soporte .. 15 Bases Legales .. 19 CAP TULO IV .. 20 iiiPROYECTO DE CONEXIONES DE VIGAS DE ACERO A MUROS de concreto .. 20 CONEXIONES de VIGAS de Acople a MUROS de concreto .. 20 Caso de Aplicaci n .. 27 CONEXIONES de VIGAS de Soporte a MUROS de concreto .. 29 CONEXIONES a Corte .. 29 CONEXIONES a Momento .. 32 Caso de Aplicaci n de CONEXIONES a Corte .. 32 CAP TULO IV .. 49 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .. 49 BIBLIOGRAF A .. 51 ivTABLA DE FIGURAS Figura 1. Planta T pica de una Estructura MUROS de Corte P rticos de ACERO .. 2 Figura 2. Conexi n Muro Viga de Acople .. 15 Figura 3 Conexi n de corte entre viga de soporte y muro estructural .. 16 Figura 4 Conexi n de Momento entre viga de soporte y muro (momentos peque os) .. 17 Figura 5 Conexi n de Momento entre viga de soporte y muro (momentos grandes).

4 18 Figura 6. Conexi n entre cerchas y muro .. 19 Figura 7 Modelo de dise o para sistema de MUROS acoplados mediante VIGAS de ACERO .. 21 Figura 8 Modelo para calcular ngulo de corte de VIGAS de acople met licas .. 22 Figura 9 Modelo para calcular longitud a embutir .. 23 Figura 10 Placa Frontal de Soporte .. 26 Figura 11 Plano de planta de la estructura del caso de aplicaci n .. 28 Figura 12 Detalle del Dise o .. 28 Figura 13 Resultado del Dise o .. 29 Figura 14 Fuerzas actuantes en una conexi n a corte .. 30 Figura 15 Equilibrio de fuerzas en conexi n a corte excentrico .. 31 Figura 16. Caso de Aplicaci n de Conexi n Viga de Soporte Muro de concreto .. 33 Figura 17. Arreglo de Pernos. Caso de Aplicaci n .. 35 Figura 18. Dimensiones de la Plancha. Caso de Aplicaci n .. 37 Figura 19. Equilibrio de Fuerzas. Caso de Aplicaci n .. 38 Figura 20. Resultado del Dise o.

5 Caso de Aplicaci n .. 40 Figura 21. Modelo en elementos finitos, SAP2000 .. 41 Figura 22. Pernos modelados como resortes .. 44 Figura 23. Cargas .. 45 Figura 24. Reacciones .. 46 Figura 25. Deformada de la Conexi n .. 47 Figura 26. Diagrama de Esfuerzos de la Conexi n .. 48 vCARTA DE APROBACION DEL ASESOR Caracas, 30 de Marzo de 2012 Se ores Director Programa Ingenier a Estructural UCAB. Presente. Referencia: Aprobaci n del Asesor del Trabajo de Grado Estimado Se or: Por medio de la presente hago constar que supervis , en calidad de Asesor, el Trabajo Especial de Grado titulado PROYECTO DE CONEXIONES DE VIGAS DE ACERO A MUROS de concreto EN ESTRUCTURAS MIXTAS , desarrollado por el Ing. Juan Pablo Soto Arocha., titular de la c dula de identidad n mero , como requisito parcial para optar al T tulo de Especialista en Ingenier a Estructural.

6 As mismo hago constar que he revisado y aprobado la versi n final del mencionado trabajo, estando conforme con el mismo. Atentamente, Ing. Eduardo L pez N 1 INTRODUCCI N El uso de Estructuras Mixtas ACERO Concreto, se ha ido haciendo cada vez m s popular en Venezuela, entre otras razones porque, en muchos casos, resultan m s econ micas que realizar las mismas estructuras totalmente en ACERO o totalmente en concreto. Adem s son estructuras que con una adecuada planificaci n, se erigen en periodos relativamente cortos y combinan las mejores caracter sticas estructurales del ACERO y el concreto reforzado. Por otra parte dentro de las Estructuras Met licas el tema de las CONEXIONES cobra una particular importancia, la utilizaci n de una conexi n equivocada puede cambiar completamente el comportamiento estructural previsto en el modelo con el cual se dise.

7 La Patolog a Estructural ha demostrado que el colapso de muchas estructuras met licas, bien sea por causas s smicas u otras, ha obedecido mayormente a la poca relevancia que se le ha dado al adecuado dise o e inspecci n de las CONEXIONES . Dentro de las Estructuras Mixtas existe un caso particular que combina dos MUROS r gidos de concreto reforzado o n cleo central con p rticos de ACERO flexible. De esta manera se logra controlar la carga s smica con los MUROS y la carga vertical con la estructura de ACERO , as las CONEXIONES dentro de los p rticos de ACERO son mucho m s sencillas ya que no tienen que ser a Momento. En el presente trabajo se estudiar n las CONEXIONES entre la viga de acople de ACERO y el muro de concreto ; entre las VIGAS de soporte y el muro de concreto .

8 Se revisaran las opciones com nmente utilizadas para realizar dichas CONEXIONES , sus caracter sticas t cnicas y recomendaciones de dise o. Se considera que este tema tiene particular importancia debido a las ventajas que ofrece el uso de estructuras compuestas de MUROS de concreto y p rticos de ACERO , y a que existe muy poca bibliograf a sobre este tipo de CONEXIONES en nuestro idioma y en nuestro pa s. 2A continuaci n revisaremos en primer lugar el planteamiento del problema objeto de estudio de la presente investigaci n, luego plantearemos los marcos metodol gicos y te ricos para posteriormente presentar los m todos de dise o de las CONEXIONES y finalizar con las conclusiones y recomendaciones del trabajo especial de grado. CAP TULO I EL PROBLEMA Planteamiento del Problema Se entiende como Estructura Mixta aquella cuyos miembros est n constituidos por perfiles de ACERO y concreto reforzado unidos estructuralmente de manera que trabajen en conjunto.

9 Un caso particular de estas estructuras lo constituye la mostrada en la figura 1, que combina dos MUROS r gidos de concreto reforzado o n cleo central con p rticos de ACERO flexible. Usualmente, los p rticos de ACERO no son muy pesados ya que las deformaciones laterales son controladas por el concreto armado . Figura 1. Planta T pica de una Estructura MUROS de Corte P rticos de Acero1 1 AISC, Engineering Journal, FQ 1981, pag. 22 3 Al ser las cargas s smicas controladas por los MUROS , las CONEXIONES dentro de la estructura de ACERO se simplifican mucho ya que no tienen que ser CONEXIONES a momento. Sin embargo esto crea el problema de c mo realizar adecuadamente la uni n entre las VIGAS de ACERO y los MUROS de concreto de manera que se transmitan adecuadamente los momentos y se garantice el comportamiento del modelo estructural proyectado.

10 Se nos plantean en consecuencia las siguientes interrogantes: C mo proyectar y detallar adecuadamente las CONEXIONES de las VIGAS de conexi n al muro de concreto ? C mo proyectar y detallar adecuadamente las CONEXIONES de las VIGAS de soporte al muro de concreto ? Estas son las preguntas que se pretende responder a trav s del presente trabajo de investigaci n. Objetivos de la investigaci n Objetivo General Proponer lineamientos para el dimensionado y detallado de las CONEXIONES de VIGAS de ACERO y MUROS de concreto . Objetivos Espec ficos Desarrollar una metodolog a de PROYECTO para las CONEXIONES com nmente utilizadas para la uni n de VIGAS de ACERO con MUROS de concreto en estructuras mixtas. Proponer los requisitos a ser incorporados en la normativa venezolana para el uso de estos nodos Justificaci n de la Investigaci n Existe muy poca bibliograf a en espa ol sobre las CONEXIONES de VIGAS de ACERO a MUROS de concreto en estructuras mixtas, por lo que este trabajo le permite a los proyectistas, ingenieros residentes, inspectores de obra y estudiantes conocer las diferentes alternativas de CONEXIONES de que dispone para estos casos, sus caracter sticas, consideraciones de dise o y los resultados de las diferentes pruebas experimentales a las que han sido sometidas.