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
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Mecanismos de colapso asociados a sistemas mixtos
Rótulas plásticas
muro
Muro mecedor
muro
Modelos de análisis de sistemas mixtos
12
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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
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02-11-2015
Disminución de la rigidez en los pisos inferiores
Disminución de la rigidez en los pisos inferiores
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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
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Trancamiento por subterráneos
Posibles mecanismos
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02-11-2015
Posibles mecanismos, irregularidad en la vertical
y trancamiento por subterráneos
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02-11-2015
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02-11-2015
Mecanismo deseable
Fallas observadas
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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
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Edificio de veintiséis pisos
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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]
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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.
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Factores de amplificación dinámica
Envolventes de diseño -Eurocódigo
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02-11-2015
Distribución de la resistencia a flexión
Distribución de la resistencia al corte
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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
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02-11-2015
Falla de un muro
estructural
Faltan estribos de
confinamiento en bordes
KOBE, 1995
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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
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