Fusibles Sísmicos

Los Fusibles Estructurales ayudan a incrementar la posibilidad de predecir el comportamiento de los edificios- y disipar la energía sísmica- durante un sismo.

Uno de los grupos de fuerzas más difíciles de evaluar para los ingenieros son aquellas que son producidas por los sismos.

La distribución de fuerzas se basa en las características propias del edificio, así como los movimientos de la tierra durante un sismo, los cuales son imposibles predecir. Además, la rigidez de un edificio es solamente una estimación y puede cambiar durante el sismo pues los elemento llegan a ceder.
Para sobrevivir un sismo grande, la estructura de un edificio debe disipar la energía impartida por las aceleraciones de la tierra. Introducir un fusible en el marco estructural puede proporcionar esta disipación, así como puede crear una respuesta estructural fiable a un sistema impredecible de fuerzas. De hecho, los documentos tales como International Building Code asignan tal solución.

Los documentos del AISC relacionados con los sismos indican que las provisiones sísmicas en edificios de acero estructural se piensan para las estructuras con altas demandas de ductilidad. Esto corresponde generalmente a las categorías sísmicas de diseño: D, E, y F, según lo determinado en el código aplicable al edificio.

Por otro lado, las Provisiones Sísmicas se aplican siempre que el factor R de modificación de la respuesta se tome mayor a 3. El sistema que resiste la carga sísmica (SLRS) es la porción de la estructura que resiste las fuerzas creadas por el sismo, y proporciona los medios para disipar la energía de una manera dúctil.

En los edificios de acero la disipación de la energía se logra en gran parte con el rendimiento cíclico de segmentos específicos de miembros de acero específicos. Las Provisiones Sísmicas contienen una serie de requisitos para los miembros del SLRS para proporcionar ductilidad estable al sistema, y tienen dos metas totales: para forzar deformaciones para que ocurran en las localizaciones específicas (fusibles); y para asegurarse de que los marcos puedan experimentar la deformación controlada de una manera dúctil, bien-distribuida.


El Concepto de Fusible

Forzando la demanda de ductilidad a los fusibles, el comportamiento del sistema llega a ser más predecible. El fusible es generalmente un tipo de miembro de cada sistema de marco, y las Provisiones Sísmicas se proponen para que estos elementos permanezcan dúctiles con el rendimiento cíclico.

Estos miembros generalmente requieren tener cocientes bajos de anchura-grueso para evitar enlaces locales, y eventuales fracturas en el rango elástico. Deben también ser apoyados adecuadamente para evitar enlaces del elemento en deformaciones grandes. Los elementos restantes del marco son diseñados para seguir siendo esencialmente elásticos mientras que los fusibles disipan la energía. Estos elementos a menudo son clasificados basándose en la expectativa de que el fusible es el elemento sobrecargado en el sistema

Deformación Controlada

Mientras que el fusible soporte, la distribución de la fuerza en el sistema cambia mientras las deformaciones aumentan. Estas deformaciones son cíclicas, que posteriormente aumentan las demandas. Como tal, las Provisiones Sísmicas contienen los requisitos para los elementos y las conexiones del SLRS fuera del fusible, tales como limitaciones de cocientes anchura-grueso para retrasar o imposibilitar enlaces locales, y requisitos para los elementos apoyados y la estabilidad global. Las Provisiones Sísmicas también se piensan para dar lugar a deformaciones distribuidas a través del marco para aumentar el nivel de disipación de energía disponible y el nivel correspondiente del movimiento de tierra que puede ser soportado.

Calificando Conexiones para Uso

Marcos Concéntricamente Apoyados
Fusible: Tensión de rendimiento de apoyos y compresión de los enlaces de los apoyos para SCBF

Marcos Especiales Concéntricamente Apoyados

• La disipación de la energía se alcanza con la tensión que rinde y la compresión de los enlaces de los apoyos.
• El efecto acumulativo de los requisitos en las provisiones sísmicas se piensa para dar lugar a los apoyos que mantienen un alto nivel de la ductilidad.
• La limitación del cociente de esbeltez del elemento prevé una resistencia a pandeo relativa razonable de la compresión del apoyo, con respecto a la fuerza de la producción de la tensión.
• Los límites anchura-grueso ayudan a prevenir enlaces locales y fracturas subsecuentes durante ciclos inelásticos repetidos.
• La conexión del apoyo a la viga y a la columna se debe proporcionar para la tensión prevista y la fuerza de la compresión del apoyo para retrasar un mecanismo de la conexión.
• Se espera que el apoyo se enlace en compresión, y la placa de refuerzo se debe diseñar para la fuerza flexural del apoyo. La placa de refuerzo se puede también detallar para acomodar las rotaciones del apoyo enlazado.
  

Marcos Ordinarios Apoyados Concéntricamente (OCBF)

• La deformación elástica limitada es esperada.
• Los marcos se diseñan para fuerzas mayores y utilizan elementos más grandes para explicar la ductilidad limitada del sistema.
• El enlace en compresión del apoyo no es esperado.
• Hay menos requisitos de diseño para OCBF que para SCBF.
• El uso de este sistema es limitado a estructuras de baja demanda de ductilidad por el código aplicable al edificio (ABC).

Nota sobre Conexiones de Apoyo SCBF

Sección 13.3b de Provisiones Sísmicas para Edificios de Acero Estructural (AISC) indica que las conexiones se deben diseñar para la fuerza flexural plástica prevista del apoyo sobre el eje de unión crítico. Esto satisface el requisito de confinar la rotación inelástica al apoyo.
Esta sección también contiene una excepción que permite que las conexiones sean diseñadas para acomodar las rotaciones al contrario de ser diseñadas en el apoyo. Para una sola conexión de la placa de refuerzo, esto puede ser logrado detallando el refuerzo para permitir que el apoyo se enlace fuera del plano terminando el apoyo antes de la línea de refuerzo restringida. El comentario describe un método para lograr esto, demostrando eso donde se utiliza una sola conexión de la placa de refuerzo, las rotaciones se puede acomodar mientras el extremo del apoyo se separe por lo menos dos veces el grueso del refuerzo desde una línea perpendicular al eje del apoyo, sobre el cual la placa de refuerzo puede doblarse libremente por la viga, columna, u otro de los empalmes del apoyo. Esta excepción es el método más común para confinar la rotación inelástica al apoyo.

Paredes Especiales del Cortante de la Placa

Fusible: Rendimiento del cortante de las placas con la acción del campo de la tensión.

• El rendimiento de las telas ocurre por el desarrollo de la acción del campo de la tensión en un ángulo en la vecindad de 45° y en enlaces de compresión de la placa en la dirección ortogonal. Este rendimiento proporciona la disipación de la energía en este sistema.
• A excepción del elemento horizontal del límite (viga) que abisagra en sus extremos, los elementos del límite se diseñan para seguir siendo nominal elástico y para proporcionar bastante fuerza y tiesura para rendir completamente las placas.
  
  Fuentes
  
  Página Web www.aisc.org
  Autor: Jason Ericksen. Mayo 2007.
  
  Página Web www.modernsteel.com