Entre los sistemas estructurales resistentes a cargas laterales, típicamente usado en aplicaciones sísmicas, podemos encontrar los sistemas de pórticos arriostrados.

Dependiendo de la disposición geométrica de los arriostres, estos sistemas se subdividen en arriostramientos concéntricos o excéntricos. Los primeros, caracterizados por la intersección de los ejes de los diferentes elementos estructurales, tales como columnas y vigas, idealmente en un solo punto (Ver Fig. 1), mientras que los segundos la intersección de los ejes de los arriostres se encuentra fuera de los los ejes de los otros elementos estructurales (Ver Fig. 2).

Como consecuencia de lo anterior, ante una carga lateral dada, los arriostres de ambos sistemas estructurales serán solicitados a compresión y a tracción.

Figura 1, Figura 2

La diferencia principal entre estos sistemas radica en la definición de sus elementos fusibles, elementos cuyo propósito es la disipación de energía mediante la deformación plástica ante un evento sísmico. En caso de los arriostres excéntricos, estos se encuentran dispuestos de manera que obliga a que la deformación inelástica ocurra en un tramo determinado denominado eslabón (Ver Fig. 3), típicamente pero no limitado a un tramo de la viga y cuya deformación viene dada por deformación y/o corte.

En el caso contrario, los arriostres concéntricos se diseñan para que su deformación sea por cedencia cuando se traccione y por pandeo cuando se comprima. En el diseño de estos elementos se debe considerar que la resistencia a compresión viene dada por las propiedades del perfil, sus condiciones de contorno y además, que luego de su deformación inelástica su resistencia disminuye considerablemente y debe ser considerada como máximo el 30% de la resistencia inicial (Ver Fig. 4).

Figura 3, figura 4

Existe otro sistema que se denomina sistema con arriostramiento de pandeo restringido (BRB, por sus siglas en inglés) que es similar al sistema de arriostramientos concéntricos mencionados anteriormente ya que comparten la misma disposición geométrica. En este caso, los arriostres son los elementos fusibles y son elementos compuestos.

Generalmente consisten en un núcleo de acero y un sistema que restringe a dicho núcleo ante el pandeo. Esta configuración tiene como finalidad que el elemento estructural, ante las cargas axiales, ceda tanto en compresión como en tracción. Esto tiene como consecuencia que las resistencias a compresión y a tracción sean similares, siendo la resistencia a compresión ligeramente mayor (Ver Fig. 9 y Fig.10).

Figura 9, figura 10

Como requisitos del elemento tenemos:

– El núcleo debe ser una sola pieza, continua y sin uniones.

– El sistema que restringe al núcleo típicamente estará compuesto por una camisa de acero (un tubo) y un mortero de concreto que conecta a ambos elementos. Este sistema debe ser capaz de restringir al núcleo ante el pandeo local y global (Ver Fig. 5 y Fig.6).

 

Figura 5, figura 6

 

Para que el sistema funcione adecuadamente, el núcleo no debe adherirse al mortero de concreto. De lo contrario se podría esperar que el elemento se comporte como un elemento de sección compuesta y su mecanismo de falla sea por pandeo.

Entre las características principales del sistema podemos encontrar:

– Su alta eficiencia ya que el elemento es capaz de disipar energía a través de la cedencia tanto en compresión como en tracción y se ve reflejado en un comportamiento histerético simétrico y estable (Ver Fig. 7).

– Mayor ductilidad que los arriostramientos concéntricos convencionales, permitiendo un factor de reducción de respuesta de 8 cuando las vigas del sistema resistente a sismos tienen conexiones a momento con las columnas del pórtico (Ver Fig. 11).

Figura 7, figura 11

– Debido a que el diseño contempla que el elemento ceda en compresión, las uniones pueden ser totalmente articuladas sin limitar o disminuir la resistencia del elemento (Ver Fig. 8, Fig. 8a y  Fig. 8b).

Figura 8, figura 8a

Figura 8b

– El sistema con arriostramientos de pandeo restringido proporciona una rigidez global similar a la del sistema de arriostramientos excéntricos.

– Luego del diseño preliminar requiere de ensayos que validen el comportamiento y las estimaciones de resistencia.

El sistema es relativamente nuevo y presenta muchas ventajas respecto al sistema de arriostramientos convencionales. Es un sistema que debe ser considerado para zonas de alta y moderada sismicidad, teniendo en cuenta que la fabricación de estos elementos tiene requerimientos particulares que tienen un alto nivel de control de calidad.

 

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