SISTEMA DUALEs un sistema conformado por pórtico resistente a momentos sin diagonales y un sistema de pórticos con diagonales o muros estructurales. La totalidad de las cargas verticales son resistidas por el pórtico resistente a momentos y las fuerzas sísmicas son resistidas por lo pórticos (mínimo el 25%) y los muros (mínimo el 75%). Los muros estructurales son diseñados para las fuerzas obtenidas del análisis, según la NTE E.030 Diseño Sismoresistente.

En este sistema los muros tienden a tomar una mayor proporción de los esfuerzos en los niveles inferiores, mientras que los pórticos pueden disipar energía en los niveles superiores.

Figura 1 _ Distintos sistemas duales.

Se genera una estructura con una resistencia y rigidez lateral sustancialmente mayor al sistema de pórticos, lo cual lo hace muy eficiente para resistir fuerzas sísmicas. Y siempre y cuando haya una buena distribución de los elementos rígidos, también se puede obtener las ventajas del sistema aporticado, en cuando a su ductilidad y distribución de espacios internos.

Se debe ser muy cuidadoso al momento de diseñar el sistema, ya que la interacción entre el sistema aporticado y el de muros es compleja. El comportamiento de un muro esbelto es como el de una viga de gran altura en voladizo, y el problema de interacción se origina porque el comportamiento que tendría un sistema aporticado sería muy distinto al de un muro de concreto.

Como se puede apreciar en la figura 2.90, en los pisos inferiores la rigidez del muro es muy alta, por lo que se restringe prácticamente el desplazamiento, mientras que en los pisos superiores el muro en vez colaborar a resistir lar cargas laterales, termina incrementando las fuerzas que los pórticos deben resistir. Es por esto que se deben tener consideraciones muy puntuales con el diseño del muro, intentando propinarle un gran momento de inercia para no producir grandes desplazamientos

TIPOS

a) DUAL TIPO I: Cuando en la base de la estructura, la fuerza cortante inducida por el sismo en los muros sea mayor o igual al 60% del cortante total y menor o igual al 80%.

b) DUAL TIPO II: Cuando en la base de la estructura, la fuerza cortante inducida por el sismo en los muros sea menor de 60% del cortante total.

REQUISITOS:

Los requisitos que debe cumplir

a) El pórtico espacial resistente a momentos sin diagonales, esencialmente completo, debe ser capaz de soportar las cargas verticales.

b) Las fuerzas horizontales son resistidas por la combinación de muros estructurales o pórticos con diagonales, con diagonales, con el pórtico resiste a momentos, el cual puede ser un pórtico de capacidad especial de disipación de energía (DES), cuando se trata de concreto reforzada o acero estructural un pórtico de capacidad moderada disipación de energía de concreto reforzado, o un pórtico con capacidad mínima de disipación de energía estructural. El pórtico resistente a momentos, actuando independientemente, debe diseñarse para que sea capaz de resistir como mínimo el 25% del cortante sísmico en la base.

c) Los dos sistemas deben diseñarse de tal manera que en conjunto sean capaces de resistir la totalidad del cortante sísmicos en base, en proporción a su rigidez relativas, considerando la interacción del sistema dual en todos los niveles de la edificación, pero en ningún caso la responsabilidad de los muros estructurales o los pórticos con diagonales puede ser menor del 75% del cortante sísmico de la base.

SISTEMAS RESISTENTES A FUERZAS LATERALES

ELEMENTOS ESTRUCTURALES

A) DISEÑO DE VIGAS

Requisitos geométricos en vigas

DUAL TIPO II:

ln≥4 h

bw≥0.25h

bw≥250mm

Refuerzo longitudinal en vigas

Dual tipo I:

Deberá existir refuerzos continuos a todo lo largo de la viga, constituido por dos barras tanto en la cara superior como en la inferior.

La resistencia a momento positivo en la cara del nudo debe ser menor que un tercio de la resistencia del momento negativo provista en dicha cara. La resistencia a momento negativo y positivo en cualquier sección a lo largo de la longitud del elemento deben ser mayores de un cuarto de la máxima resistencia a momento proporcionada en la cara de cualquiera de los nudos.

- En cada extremo: Mn¿- En toda la viga: Mn¿

Dual tipo II:

Deberá existir refuerzos continuos a todo lo largo de la viga, constituido por dos barras tanto en la cara superior como en la inferior.

La resistencia a momento positivo en la cara del nudo debe ser menor que la mitad de la resistencia a momento negativo proporcionada en esa misma cara. La resistencia a momento negativo o positivo, en cualquier sección a lo largo de la longitud del elemento, no debe ser menor de un cuarto de la resistencia máxima a momento proporcionada en las caras de los nudos.

- En cada extremo: Mn¿- En toda la viga: Mn¿

Cortante de diseño de vigas

Dual tipo I:

Los momentos nominales se pueden limitar a Mn≤2.5Msismo

Mn = Momento nominal resistente del muro

Dual tipo II:

Se basa en las resistencias probables en flexión Mpr=1.25Mn

CONFINAMIENTO EN VIGAS

Dual tipo I:

En ambos extremos del elemento deben disponerse estribos cerrados de confinamiento en longitudes iguales a dos veces el peralte del elemento medido desde la cara del elemento de apoyo hacia el centro de la luz.

- El primer estribo debe estar colocado a no más de 100mm de la cara del elemento de apoyo.

- Los estribos serán como mínimo de 8mm de diámetro para barras longitudinales de hasta 5/8” de diámetro, de 3/8” para barras longitudinales de hasta 1” de diámetro y de 1/2“ para barras longitudinales de mayor diámetro.

El espaciamiento delos estribos cerrados de confinamiento no debe exceder del menor de:

a) d/4, pero no es necesario que el espaciamiento sea menor de 150mm,b) Diez veces el diámetro de la barra longitudinal confinada de menor diámetro,c) 24 veces el diámetro de la barra del estribo cerrado de confinamientod) 300mm

Dual Tipo II:

Deben disponerse de estribos cerrados de confinamiento en las siguientes regiones:

A) En una longitud igual a dos veces el peralte del elemento, medida desde la cara del elemento de apoyo hacia el centro de la luz, en ambos extremos del elemento de flexión.

B) En longitudes iguales a dos veces el peralte de elemento a ambos lados de una sección donde puede ocurrir fluencia por flexión debido a desplazamientos laterales inélasticos de la estructura.

Los estribos serán como mínimo de 3/8” para barras longitudinales de hasta 1” de diámetro y de 1/2 “ para barras longitudinales de mayor diámetro. El primer estribo cerrado de confinamiento debe estar situado a no más de 50mm de la cara del elemento de apoyo. El espaciamiento de los estribos cerrados de confinamiento no debe exceder de

a) d/4b) Ocho veces el diámetro delas barras longitudinalesc) 24 veces el diámetro de la barra del estribo cerrado de

confinamientod) 300mm

Fuera de las zonas de confinamiento, deben colocarse estribos cerrados con ganchos sísmicos en ambos extremos, espaciados a no más de d/2 n toda la longitud del elemento.

B) DISEÑO DE COLUMNAS

Requisitos geométricos en columnas

Dual Tipo II

B≥250mm

B≥0.25 L

Resistencia mínima a flexión

Dual Tipo II

Mnci+Mncs≥1.2(Mnvi+Mnvd)

Mnc = Suma de los momentos nominales de flexión de las columnas que llegan al nudo, evaluados en las caras del nudo.

Mnv = Suma de los momentos resistentes nominales a flexión de las vigas que llegan al nudo.

DISPOSICIÓN ESTRUCTURAL GENERAL EN PLANTA

RECOMENDACIONES

Distribuir de manera uniforme y simétrica los elementos rígidos en la planta intentando

evitar la obstrucción al uso del espacio interno del edificio.

Es preferible no concentrar los elementos rígidos y resistentes cercanos al centro de masa

ya que son menos efectivos para resistir torsión y las columnas de la periferia serán más

susceptibles al cortante por torsión. Si estos elementos son ubicados en la periferia de la

estructura de forma simétrica su efectividad se incrementará considerablemente.

Para lograr un diseño económico y estructuralmente óptimo se debe considerar la

interacción del sistema aporticado y de muros para resistir todas las solicitaciones. De esta

forma se reducen los momentos flectores en los muros, debido a la participación de los

pórticos, y se mejora el desempeño de estos si se diseña considerando su aporte para

resistir cargas gravitacionales, ya que las cargas gravitacionales pueden compensar los

momentos volcantes debidos a las cargas laterales.

Se debe verificar que los esfuerzos transmitidos por los muros al suelo no sobrepasen su

capacidad portante, esto se puede lograr aumentando la cuantía de muros en planta o

aumentando el espesor de estos.

EJEMPLOS

GLOSARIO

- Momento volcante: Es el momento producido por fuerzas del viento o sísmicas capaces de voltear un estructura.

- Rigidez: La rigidez es la capacidad de un elemento estructural para soportar esfuerzos sin adquirir grandes deformaciones y/o desplazamientos.

- Esbletez: Es una característica mecánica de las barras estructurales o prismas mecánicos que relaciona la rigidez de la sección transversal de una pieza prismática con su longitud total, interviene en el cálculo de las tensiones y predice las inestabilidades elásticas de las barras.

- Disipación de energía: Consiste en introducir en la estructura elementos cuyo fin es disipar la energía recibida durante un terremoto, y que no tienen una función resistente durante el resto de la vida normal del edificio

- Mn: Momento nominal resistente del muro

- Mnc: Suma de los momentos nominales de flexión de las columnas que llegan al nudo.

- Mnv: Suma de los momentos resistentes nominales a flexión de las vigas que llegan al nudo.