diseño por capacidad

DISEÑO POR CAPACIDAD
NORMA INPRES - CIRSOC 103
DEFINICIÓN
Método de diseño para estructuras sometidas a la acción sísmica.
En el diseño de estructuras por capacidad, los elementos
estructurales que resistirán las fuerzas gravitatorias y las originadas
por la acción sísmica son cuidadosamente seleccionados y
apropiadamente diseñados y detallados para ser capaces de disipar
energía por deformaciones inelásticas en zonas preestablecidas.
Todos los otros elementos no pensados para dispar energía deben
poseer suficiente resistencia para asegurar su comportamiento
elástico mientras las fuentes de disipación de energía desarrollan
toda su capacidad.
Mecanismos de Colapso Básicos
Mecanismo estructural estáticamente admisible y cinemáticamente
posible que el diseñador debe elegir para aplicar los principios de
Diseño por Capacidad
• Ductilidad global (m): Habilidad que tiene una estructura para
mantener su capacidad resistente sin sensibles degradaciones y
disipar energía cuando está sometida a ciclos de desplazamientos
inelásticos durante un terremoto.
• Ductilidad local: Capacidad que tiene una sección o un elemento
para deformarse inelásticamente y dispar enegía a través de un
comportamiento histerético, sin degradación importante de su
resistencia
• Sobrerresistencia: La sobrerresistencia desarrollada en las rótulas
plásticas indica valores de resistencia, por encima de los nominales
especificados. Los factores de sobrerresistencia tiene en cuenta
principalmente las variaciones entre la tensión de fluencia
especificada y la real, el endurecimiento por deformación del acero
y el aumento de resistencia por confinamiento del hormigón
Factores de reducción de resistencia (f): Tienen en cuenta:
1) La probabilidad de que la resistencia de un elemento sea menor
que la especificada, debido a variaciones en la resistencia de los
materiales y en las dimensiones.
2) Aproximaciones en las ecuaciones de diseño
3) Tipo de mecanismo de resistencia y las consecuencias del modo
de falla
4) Grado de ductilidad y confiabilidad requerida de elemento
cargado
5) Importancia del elemento en la estructura
Resistencia requerida (SU): Demanda de resistencia que surge
de la aplicación de los estados de carga o de las demandas de
resistencia originadas por el desarrollo de las rótulas plásticas,
siguiendo los principios de diseño por capacidad.
Resistencia nominal (Sn): Resistencia teórica de una sección
de un elemento de hormigón armado calculada utilizando las
dimensiones y armaduras reales provistas, y las resistencias
especificadas del hormigón y acero que se indican en el
Reglamento.
Resistencia de diseño: Resistencia mínima a ser provista a los
elementos estructurales calculada como el producto de la
resistencia nominal del elemento por el factor de reducción de
resistencia.
Sdiseño = Sn f > SU
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Hormigones:
• Zonas 4 y 3:
20 Mpa < f’c < 40 Mpa
•Zonas 2 y 1:
20 Mpa < f’c < 45 Mpa
•Aceros:
fyreal / fy < 1.30
Rtreal / fy > 1.25
ESTADOS DE CARGA
Se adoptan las siguientes alternativas:
E1 = 1.20 D + 1.00 E + f1 L + f2 S
E2 = 0.90 D + 1.00 E
dónde :
f1 = 1.00 Lugares de concentración de público con sobrecarga > 5.00
KN/m2 y playsa de estacionamiento.
f1 = 0.50 Para otras sobrecargas.
S = Carga de nieve
f2 = 0.70 Configuraciones de techos que no permiten evacuar la nieve
f2 = 0.20 Para otras configuraciones de techo.
ESTADOS DE CARGA DEBIDOS A SISMO
E = EH + EV
/ EV = 0.20 b D gd
FACTORES DE REDUCCIÓN DE RESISTENCIA
DISEÑO DE VIGAS
Momento de Inercia:
Forma de la sección transversal
Momentos de Inercia efectivos
de la sección ( le )
a) Secciones rectangulares
0,40 Ig
b) Secciones T o L
0,35 1g
Momento de diseño:
• En extremos de vigas dónde se prevea la formación de rótulas plásticas
se consideran los factores f correspondientes (Art 1.6).
• Dónde no se prevea la formación de rótula plástica f = 1
• Se permite el 30 % de redistribución de momentos a condición de
restablecer el equilibrio
DISEÑO DE VIGAS
Longitud de Rótulas Plásticas
DISEÑO DE VIGAS
Alejamiento de Rótulas Plásticas de la Cara de la Columna
Cuantías Longitudinales
Máxima:
f 'c +10
f +10 6 f
y o
r =
rmáx =
'
c
max
6× fy
rmáx = 0.025
ó
rmax .025
El menor de ambos valores. Para su cálculo se emplea el ancho del alma (bw)
Mínima:
rmín =
f 'c
4 fy
En zonas de formación potencial de rótulas plásticas el ärea de
armadura comprimida (A’s) debe ser al menos la mitad de la
armadura longitudinal traccionada (As). Se exceptúan las vigas en
L o T para momento positivo coladas in situ con la losa.
Armadura Transversal en Zonas de Rótulas Plásticas
A te =
S Ab fy
16 f yt
s
6 db
Diámetro mínimo 6 mm. Separación de estribos 6db ó d/4 (el menor)
Contribución de Hormigón a la Resistencia al Corte
ub = (0.07 + 10 r w ) f 'c £ 0.20 f 'c
En zonas de rótulas plásticas no se considera contribución del hormigón a
resistir el corte. En zona normal se considera la totalidad de la contribución.
Separación máxima de estribos:
(a) 0.50 d ó 600 mm
(b) Cuando
( un - uc ) > 0.07 f 'c : 0.25 d ó 300 mm
un < 0.16 f 'c 0.85 f 'c Salvo que todo el corte se tome con barras diagonales
Si un > 0.25 ( 2 + r ) f 'c se provee armadura diagonal en una o ambas direcciones
para tomar un corte de:
æ u
ö
Vdi = 0.70 çç n + 0.40 ÷÷ ( -r ) Vn
è f 'c
ø
Solo se considera si:
-1.00 < r < -0.20
Dónde: r =
Vu mín
Vu máx
<0
Disposiciones Sobre Anclaje de Armaduras
DISEÑO DE COLUMNAS
Momento de Inercia:
Nivel de esfuerzo axial
Momentos de inercia
Efectivos de la sección (Icr)
a) Pu / f’c * Ag > 0.50
0.80 Ig
b) Pu / f’c * Ag > 0.20
0.60Ig
c) Pu / f’c * Ag > -0.05
0.40Ig
Factor de sobrerresistencia:
f ob
M bn * l o
=S
M bE
•La sumatoria se extiende a las dos vigas adyacentes o a una viga en el caso
de columna de esquina.
•Los momentos se evalúan en el eje de la columna.
• M bE Se refiere a los momentos por sismo solamente
• lo = 1.4
Momentos de Diseño
En las columnas en cuyos extremos no se esperan rótulas plásticas:
M u = f ob * w * M cE - 0.3 * h b * Vu
Vu = corte último en la columna. En este caso el factor de reducción
de resistencia f = 1
w = factor de amplificación dinámico, obtenido a partir de:
1.30 £ w = 0.60 * T1 + 0.85 £ 1.80 (pórticos planos)
En las columnas del último piso y en la sección inferior de las columnas del primer
piso, deberá tomarse w =1,00
1.50 £ w = 0.50 * T1 + 1.10 £ 1.90
(pórticos espaciales)
En as columnas del último piso y en la sección inferior de las columnas del primer
piso, deberá tomarse w =1,10.
Variación del Factor de Amplificación Dinámica w
Columnas con Acción de Voladizo
Pórtico Plano
Columnas con Acción de Voladizo
Pórtico Espacial
Cuando el esfuerzo axial de diseño a la compresión no supera el valor 0.10* f'c * Ag,
el momento de diseño se reduce de acuerdo con la siguiente expresión:
M u red = R m (f ob w M cE - 0.3 h b Vu )
Donde Rm está dado en la tabla siguiente y Pu se toma como negativo si es de
tracción, considerando que:
• El valor de Pu no se toma menor que (- 0,15) ni menor que (- 0,50 rt * fy / f c ).
• El valor de Rm no es menor que 0,30.
• La reducción de momento de columnas contenidas en un mismo plano vertical en
un piso, no es mayor que el 10% de la suma de los momentos de diseño no
reducidos de todas las columnas contenidas en dicho plano y en dicho piso.
Factor de Reducción de Momentos Rm
Esfuerzos Axiales de Diseño
o
PEo = R v SVEb
o
: Suma de esfuerzos de corte inducidos en vigas por encima del nivel considerado,
S VEb
cuando estas desarrollan su sobrerresistencia en las caras de las columnas y RV
factor de reducción
Resistencia a Flexión y Esfuerzo Axial
• Dónde no se prevea formación de rótula plástica f = 1
• Dónde se prevea formación de rótula plastica f de acuerdoa a Art. 1.6
Carga máxima de diseño:
Pu £ 0.70 f Pn
Pn = a1 f 'c A g - A st ) + f y A st
a1 0.85 - 0.004 (f 'c - 55)
• Armadura longitudinal > 0.008 Ag.
•Número mínimo de barras. 4 en sección rectangular y 6 en circular
• Ast < 18 Ag/fy. En zona de empalme Ast < 24 Ag/fy
• En cualquier fila de barras el menor diámetro > 2/3 del mayor diámetro utilizado