Secciones Criticas en Muros_PBonelli
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02-11-2015 SANTIAGO 27 y 29 Octubre 2015 Curso Diseño en Hormigón Armado según ACI 318- 14 Clase: Secciones críticas en muros Relator: Patricio Bonelli Secciones críticas • • • • Concepto de rótula plástica Sistemas estructurales y mecanismos de falla Irregularidad en la vertical Diseño por capacidad – Distribución de la resistencia para asegurar el mecanismo deseado – Fallas frágiles prematuras, flexión y esfuerzo axial Conclusiones 1 02-11-2015 Secciones críticas • • • • Concepto de rótula plástica Sistemas estructurales y mecanismos de falla Irregularidad en la vertical Diseño por capacidad – Distribución de la resistencia para asegurar el mecanismo deseado – Fallas frágiles prematuras, flexión y esfuerzo axial Conclusiones Concepto de rótula plástica La longitud equivalente de rótula plástica, lp, depende de: • La relación entre el momento último y el momento de fluencia, • La esbeltez del muro, • De la interacción entre la flexión y el corte • Se usan expresiones empíricas simplificadas para lp : Diagramas para primera fuencia lp = 0.4 to 0.5 lw donde lw es el largo del muro Columna diagrama de momentos diagrama de curvatura diagrama de curvatura equivalente 2 02-11-2015 Curvatura última y desplazamiento lateral del techo Concepto de Rótula Plástica 3 02-11-2015 Secciones B y D según ACI318 Ensayo de un muro en voladizo M P V Campo paralelo de de tensiones de compresión Campo abanicado de de tensiones de compresión Zona de interfase & momento máximo V Ensayo Seccion 1 - Antecedentes C T Hipótesis de Bernoulli-Hooke se acepta como válida 7 Elevación – Porción inferior Secciones B y D según ACI318 Ensayo de un muro en voladizo M P V Campo paralelo de de tensiones de compresión D Zona de interfase & momento máximo V Ensayo Seccion 1 - Antecedentes D C T Elevación – Porción inferior Hipótesis de Bernoulli-Hooke se acepta como válida 8 4 02-11-2015 Concentración del daño debido al pandeo del refuerzo vertical y acoplamiento de la fachada 5 02-11-2015 Ensayo tridimensional Catherine French Muro edificio Alto Río Esparcimiento de la Rótula Plástica Potenciómetro externo Galgas en barras Acortamiento ? Estiramiento ey Anclaje Deformación unitaria Ciclo mD = 4x1 6 02-11-2015 Esparcimiento de la Rótula Plástica Distribución de Curvatura Diagrama de momentos Normalizado My / Mn 1 Distribución medida de curvatura Potenciómetro externo Galgas en barras Extensión de la plastificación Acortamiento Estiramiento ey 0.76 0 ? 1 1.04 Anclaje M / Mn Deformación unitaria Ciclo mD = 4x1 Concepto de Rótula Plástica Equivalente 2.5 Distance from column base / D 2 D = 914 mm 1.5 Actual curvature distribution Distribución real de curvatura 1 Idealized distribution Distribución supuesta de curvatura 0.5 largo plástico equivalente l p ( Equivalent plastic en el elemento hinge length) 0 0 y 0.025 0.05 x y + 0.075 p 0.1 D 7 02-11-2015 Secciones críticas Concepto de rótula plástica Sistemas estructurales y mecanismos de falla Irregularidad en la vertical Diseño por capacidad – Distribución de la resistencia para asegurar el mecanismo deseado – Fallas frágiles prematuras, flexión y esfuerzo axial Conclusiones aceptable Less desirable preferido Preferred Mecanismos en Puentes (a) (b) (e) (c) (f) (h) Indeseable Undesirable • • • • (d) (g) (i) (j) Plastic Rótulahinge plástica 8 02-11-2015 Mecanismos en Edificios Muro en voladizo o columna (b) marcos Deformada elástica Sistema (a) Rótula plástica por flexión Mecanismo Flexural plastic hinge Rótula plástica Flexural Por flexión plastic hinge Mecanismo mixto tipo piso blando columna fuerte viga débil Mecanismos en Edificios (d) Sistema dual Losa diafragma) (c) Muros acoplados Sistema muro muro marco Deformada elástica viga Mecanismo Rótula plástica por corte Rótula plástica en flexión Rótula Plástica En flexión 9 02-11-2015 Mecanismo de colapso con rótulas en las columnas Mecanismo de colapso con rótulas en las columnas ACI 318S-14 18.7.3.3. Cuando 18.7.3.222 no se cumple en un nudo, la resistencia lateral y la rigidez de las columnas que lleguen a ese nudo se deben ignorar al calcular la resistencia y rigidez de la estructura. Estas columnas deben cumplir con 18.14. 10 02-11-2015 Mecanismo de colapso con rótulas en las columnas Decreto 60 Deformadas de marcos, muros y sistemas mixtos 11 02-11-2015 Mecanismos de colapso asociados a sistemas mixtos Rótulas plásticas muro Muro mecedor muro Modelos de análisis de sistemas mixtos 12 02-11-2015 Modelo para simular la rotación de la base de un muro Comparación del momento y del corte en el muro de un edificio de doce pisos con base rígida y rotulada Base fija Base rotulada Diagramas de momentos MNm Base fija Base rotulada Diagramas de corte kN 13 02-11-2015 mecanismo de colapso con rótulas en el vano Cómo imponer un mecanismo en un marco de un piso 14 02-11-2015 Cómo imponer un mecanismo en un marco de un piso ACI 318-14 Disposiciones de diseño para muros δu/hw ≥ 0.005 15 02-11-2015 ACI 318-14 Disposiciones de diseño para muros δu/hw ≥ 0.005 Sistema de muros en paralelo 16 02-11-2015 Sistema de muros en paralelo Secciones críticas • • • • Concepto de rótula plástica Sistemas estructurales y mecanismos de falla Irregularidad en la vertical Diseño por capacidad – Distribución de la resistencia para asegurar el mecanismo deseado – Fallas frágiles prematuras, flexión y esfuerzo axial Conclusiones 17 02-11-2015 Disminución de la rigidez en los pisos inferiores Disminución de la rigidez en los pisos inferiores 18 02-11-2015 Disminución de rigidez en los pisos superiores Disminución de rigidez en los pisos superiores 19 02-11-2015 Cambio de forma en la vertical Cambio de forma en la vertical 20 02-11-2015 Disminución de la cantidad de muros en la vertical Disminución de la cantidad de muros en la vertical 21 02-11-2015 Cambio de forma en la vertical, rotulación en el cambio de rigidez Cambio de forma en la vertical, rotulación en el cambio de rigidez 22 02-11-2015 Cambio de forma en la vertical, rotulación en el cambio de rigidez Edificios con subterráneos o placa comercial 23 02-11-2015 Trancamiento por subterráneos Posibles mecanismos 24 02-11-2015 Posibles mecanismos, irregularidad en la vertical y trancamiento por subterráneos 25 02-11-2015 26 02-11-2015 Mecanismo deseable Fallas observadas 27 02-11-2015 Secciones críticas • • • • Concepto de rótula plástica Sistemas estructurales y mecanismos de falla Irregularidad en la vertical Diseño por capacidad – Distribución de la resistencia para asegurar el mecanismo deseado – Fallas frágiles prematuras, flexión y esfuerzo axial Conclusiones Definición de los factores de modificación de respuesta R ; factor de sobre resistencia ΩO ; y factor de amplificación de desplazamientos, Cd . respuesta elástica . sucesión de secciones plastificadas resistencia en modo de mecanismo resistencia calculada con el espectro de diseño reducido Desplazamiento calculado con el espectro de diseño reducido Desplazamiento 1.5 Desplazamiento De diseño De diseño 56 28 02-11-2015 Definición de los factores de modificación de respuesta R ; factor de sobre resistencia ΩO ; y factor de amplificación de desplazamientos, Cd . respuesta elástica . zona posible de respuesta para máximo sismo considerado ? resistencia calculada con el espectro de diseño reducido Desplazamiento calculado con el espectro de diseño reducido Desplazamiento 1.5 Desplazamiento De diseño De diseño 57 Edificio de veintiséis pisos 29 02-11-2015 Diseño a flexo-compresión MURO T Diagrama de interacción y momento curvatura, muro T dirección X 14000 Mn-Pn M-P Diseño 12000 Mu-Pu Sub. Mu-Pu P01 10000 Mu-Pu P02 8000 δ=67 cm, 1 % H δ=12 cm, 0.18 % H M<Mn 6000 P [T] M≈Mn P2=3495 T P1=2256 T 4000 δ=9 cm, 0.13 % H 2000 11657 T-m 0 -15000 -10000 -5000 0 -2000 5000 10000 15000 10650 T-m M [T-m] 15000 11657 T-m 10650 T-m 10000 Sobreresistencia M [T-m] 65.5 m -0.001 Ω MU=7609 T-m ME=5435 T-m 5000 0 -0.0005 0 0.0005 0.001 -5000 P1=2256 [T] (PP+SC+PE) -10000 -15000 P2=3495 [T] (Ultimo) Curvatura [1/m] 30 02-11-2015 Proposición de Restrepo, Rodriguez y Carr para cálculo de diafragmas, y Priestley para edificios de muros PRIESTLEY, CALVI Y KOWALSKY. “DISPLACEMENTBASED SEISMIC DESIGN OF STRUCTURES”. IUSS Press, Pavia, ITALY. 31 02-11-2015 DISEÑO POR CAPACIDAD* La amplificación dinámica aumenta con la intensidad del sismo (i.e. ductilidad).El criterio de superposición para análisis con espectros reducidos queda como: Vi (V12 m 2 (V22 V32 ...) 0.5 M i 1.1 * ( M 12 m 2 ( M 22 M 32 ...) 0.5 con V1,V2 ,M1,M2 Calculados con espectros reducidos según las normas vigentes La amplificación dinámica dependería del Periodo T (no del número de pisos), y de la ductilidad m. Nota: estas relaciones pueden ser lineales con m 32 02-11-2015 Momento de diseño sugerido * 1 Bilineal, con Dimensionless Height 0.8 M = 0.75 x M basal 0.6 en la mitad de la altura 0.4 0.2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Dimensionless Moment Para prevenir fallas prematuras por corte se debe incorporar un factor de magnificación V, o modificar los criterios de superposición modal. 1.5 para muros rectangulares y 1.6 para muros T. Detallar adecuadamente los muros y mantener la resistencia a la flexión en la altura. 33 02-11-2015 Factores de amplificación dinámica Envolventes de diseño -Eurocódigo 34 02-11-2015 Distribución de la resistencia a flexión Distribución de la resistencia al corte 35 02-11-2015 Secciones críticas • • • • Concepto de rótula plástica Sistemas estructurales y mecanismos de falla Irregularidad en la vertical Diseño por capacidad – Distribución de la resistencia para asegurar el mecanismo deseado – Fallas frágiles prematuras, flexión y esfuerzo axial Conclusiones Concentración del daño debido al pandeo del refuerzo vertical y acoplamiento de la fachada 36 02-11-2015 Falla de un muro estructural Faltan estribos de confinamiento en bordes KOBE, 1995 37 02-11-2015 Daño por vaciamiento de un muro estructural KOBE, 1995 Falla por deformación de un muro fuera de su plano KOBE, 1995 38 02-11-2015 Falla al corte Terremoto de San Fernando, 1971. FALLA AL CORTE EN COLUMNA Y EN NUDO, PUENTE DE FERROCARRIL - SHINKANSEN KOBE, 1995 39 02-11-2015 40 02-11-2015 Secciones críticas • • • • Concepto de rótula plástica Sistemas estructurales y mecanismos de falla Irregularidad en la vertical Diseño por capacidad – Distribución de la resistencia para asegurar el mecanismo deseado – Fallas frágiles prematuras, flexión y esfuerzo axial Conclusiones Conclusiones Se mostró la necesidad de controlar el modo de falla de un edificio, de manera de evitar fallas frágiles prematuras y dotar a la estructura de capacidad de deformación. Dar capacidad de deformación no implica que se debe diseñar para que el edifcio alcance su estado límite último, la demanda de desplazamientos debe ser mucho menor que la capacidad de deformarse de la estructura. 41 02-11-2015 Ello implica que DE la resistencia a acciones DISTRIBUCIÓN LA RESISTENCIA laterales deEN la LAestructura ALTURA se alcanzará siempre. Dependiendo de las características delrespuesta sismo y de estructura, la demanda de La no la lineal debe ocurrir solo en las secciones de la estructura resistenciacríticas, dentro el de resto la respuesta no lineal debe permanecera dentro del rango alineal de es diferente la calculada bajas respuesta. deformaciones, debiendo ser corregida. La demanda de resistencia depende de la resistencia de las secciones críticas y de la intensidad del sismo, se alcanza a bajas deformaciones relativas, del orden de 0.003 a 0.005. SANTIAGO 27 y 29 Octubre 2015 Curso Diseño en Hormigón Armado según ACI 318- 14 Clase: Secciones críticas Relator: Patricio Bonelli FIN 42 02-11-2015 Displacement and ductility compatibility in Buildings with Mixed Structural Systems Paulay y Restrepo SESQC Journal Displacement and ductility compatibility in Buildings with Mixed Structural Systems Paulay y Restrepo 43 02-11-2015 Displacement and ductility compatibility in Buildings with Mixed Structural Systems Análisis elástico desplazamientos laterales respuesta elástica fuerzas reducidas Paulay y Restrepo Displacement and ductility compatibility in Buildings with Mixed Structural Systems Deformaciones unitarias diagramas momento curvatura Paulay y Restrepo 44 02-11-2015 Displacement and ductility compatibility in Buildings with Mixed Structural Systems Curvatura de fluencia Paulay y Restrepo Displacement and ductility compatibility in Buildings with Mixed Structural Systems Aproximación a una respuesta elastoplástica Desplazamiento lateral relativo Paulay y Restrepo 45 02-11-2015 Displacement and ductility compatibility in Buildings with Mixed Structural Systems Aproximación a una respuesta elastoplástica Desplazamiento lateral relativo Paulay y Restrepo Displacement and ductility compatibility in Buildings with Mixed Structural Systems Aproximación a una respuesta elastoplástica Desplazamientos laterales relativos Paulay y Restrepo 46 02-11-2015 Displacement and ductility compatibility in Buildings with Mixed Structural Systems Aproximación a una respuesta elastoplástica Desplazamiento lateral relativo Paulay y Restrepo 47
